分析沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造

肖帥

摘要：經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也推動著制造業(yè)的改革，在實(shí)際的生產(chǎn)制造中，沖壓模具是一個關(guān)鍵性的工藝產(chǎn)品，沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造影響到零件的生產(chǎn)效率、質(zhì)量等，為了提高加工的生產(chǎn)效率，本文將對沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行研究，通過分析現(xiàn)在的模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，提出未來的模具的兩大發(fā)展趨勢：綠色環(huán)保制造、數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)一步的提高模具的利用率，改善工作效率，提高模具的精確度，讓沖壓模具制造行業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，最終具有高質(zhì)量、短周期、低成本等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：沖壓模具;設(shè)計(jì)分析;制造分析;發(fā)展趨勢

0 ?引言

制造業(yè)的改革讓市場對于沖壓模具需求變大，要求更高，市場越來越關(guān)注模具的質(zhì)量、研發(fā)設(shè)計(jì)等。傳統(tǒng)的沖壓模具制造工藝顯然達(dá)不到市場的要求，不管是在工作效率上還是在精確度上，如果沖壓模具再不進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，將會被市場淘汰。因此本文將對模具的設(shè)計(jì)與制造方面進(jìn)行分析，提出模具的未來發(fā)展新趨勢，將新思想、新技術(shù)應(yīng)用到模具的設(shè)計(jì)與制造中，提高模具的質(zhì)量與效率，達(dá)到滿足市場需求的目的。

1 ?沖壓工藝的前景

沖壓模具即在通過模具和壓力機(jī)對材料施加外力進(jìn)行處理與加工，獲得需要的形狀與尺寸。生活中不少機(jī)械制造都需要用到?jīng)_壓加工，比如汽車的車身、底盤等多個零件都需要使用，因此沖壓工藝和沖壓模具的重要性不言而喻，必須要做好沖壓工作，規(guī)劃好沖壓工藝的制作流程，包括設(shè)計(jì)與制造，對于沖壓模具則需要根據(jù)現(xiàn)有的沖壓工藝進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造。目前中國的模具制造生產(chǎn)率并不能滿足國人的需求，還需要進(jìn)口，也無法滿足中大型企業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)、高利用率、高效率、多品類、個性化的要求，因此沖壓模具需要進(jìn)行改革，從設(shè)計(jì)方面到制造方面都需要緊跟社會發(fā)展趨勢—綠色制造和數(shù)字化。

2 ?沖壓模具的設(shè)計(jì)分析

模具的設(shè)計(jì)關(guān)乎著投入生產(chǎn)的效果，零件的尺寸是否合適、性能是否良好，模具的前期設(shè)計(jì)需要考慮到多方面的因素，包括尺寸的設(shè)計(jì)、實(shí)際技術(shù)與需求，然后將總體的零件圖、局部的零件圖繪制出來。

2.1 確定產(chǎn)品的尺寸

設(shè)計(jì)師需要根據(jù)實(shí)際的需求、產(chǎn)品材料與工藝等多方面來衡量產(chǎn)品的尺寸大小，要給產(chǎn)品留一個公差范圍，要考慮產(chǎn)品的后期磨損等因素，決定產(chǎn)品的取值。確定尺寸的大小是設(shè)計(jì)師來決定，因此需要設(shè)計(jì)師有豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠非常精確的估計(jì)出合適的尺寸，對于沖壓工藝非常了解，能夠預(yù)判產(chǎn)品的未來變化，豐富的經(jīng)驗(yàn)可以幫助設(shè)計(jì)師減少調(diào)整的次數(shù)和時間，使得產(chǎn)品盡快投入生產(chǎn)[1]。

2.2 排樣圖設(shè)計(jì)

精確度越高的產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)越需要放在靠后的工步里，這種精妙的設(shè)計(jì)需要大量的時間去計(jì)算核實(shí)是否符合實(shí)際生產(chǎn)。因此設(shè)計(jì)過程中需要繪制出排樣圖，根據(jù)排樣圖的各種成形等工步，去計(jì)算力學(xué)，了解模具的承受外力壓力區(qū)間范圍，根據(jù)這個范圍來確定彈簧力、卸料力，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)計(jì)算。

2.3 總裝圖繪制

排樣圖的設(shè)計(jì)完成之后，可以開始選擇沖壓設(shè)備，并根據(jù)不同設(shè)備的參數(shù)，進(jìn)行總裝圖的繪制。需要繪制的有沖壓設(shè)備的安裝尺寸、合模等高度，同時需要繪制出模具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)不再采用人工手繪，而是采用電腦分層繪圖，因此需要注意分清圖層，有利于零件的拆分。

2.4 部件圖繪制

總裝圖的完成之后需要進(jìn)行分層，完成部分零件模具圖的繪制，用標(biāo)準(zhǔn)視圖標(biāo)出零件的形狀、結(jié)構(gòu)。部件圖的繪制主要考慮因素為是否能夠在實(shí)際過程中完成加工過程，如何降低成本的加工[2]。

3 ?沖壓模具的制造分析

模具的制造中盡量采用一條龍的方式，保證模具零件的各個部件加工水平線一致，避免出現(xiàn)模具零件差異過大，無法完成組裝的問題。

3.1 模具加工的工藝

主要是根據(jù)模型的尺寸和結(jié)構(gòu)、企業(yè)設(shè)備、沖件批量三方面來選擇加工工藝。盡量選用企業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備，避免固定資產(chǎn)的限制，造成資源的浪費(fèi)，成本的增加，如果個別不符合加工要求可以單工序外加工根據(jù)模型的尺寸與結(jié)構(gòu)。進(jìn)行壓件的制造中需要放置模具的備份，方便受損零件的及時更換，進(jìn)行單獨(dú)加工的零件不用進(jìn)行配做工藝。

3.2 傳統(tǒng)制造技術(shù)

①高速銑削加工技術(shù)：高速銑削加工的優(yōu)勢在于高效率、高精確度，可以使用數(shù)控高速度和小切削參數(shù)處理硬材料[3]。

②電火花銑削加工技術(shù)：是將成型電極加工模具淘汰的技術(shù)，不需要再使用造價(jià)極高的成型電極，工作原理為采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極，進(jìn)行輪廓加工。

③慢走絲線切割加工技術(shù)：屬于比較完備的自動化技術(shù)，其優(yōu)勢在于切割速度高、精確高加工。

④磨削及拋光加工技術(shù)：主要用于精密模具的加工過程，其優(yōu)勢在于其精度高且表面粗糙度較低。

3.3 模具制造的過程

3.3.1 模具的材質(zhì)選擇

沖壓加工一般加工鋼板等材料，因此模具需要具備優(yōu)秀的剛度、硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性等特征，避免模具的頻繁更換。

3.3.2 模具零件的粗加工

模具首先需要進(jìn)行粗加工，精確度不高的可以采用墊板零件進(jìn)行精準(zhǔn)打點(diǎn)定位，再由人工進(jìn)行手動銑床鉆銑加工，精確度高的可以直接程序設(shè)定加工，自動更換刀具，自主完成加工。

3.3.3 零件的熱處理

進(jìn)行熱處理的材料需要選擇一定硬度的，避免零件加工后的變形，因?yàn)闊崽幚淼墓げ捷^為重要因此需要格外注意熱處理工藝的監(jiān)管、設(shè)備的保養(yǎng)，個性化的對待材料加工，提高產(chǎn)品加工的質(zhì)量。

3.3.4 模具的精加工

由于熱處理的零件會出現(xiàn)變形，因此需要先進(jìn)行研磨表面。磨削過程需要嚴(yán)格把控精磨的進(jìn)刀量，根據(jù)不同的加工材料選擇不同尺寸的磨削砂輪，整個加工過程需要保持砂輪的銳利性，避免摩擦生熱損傷零件，降低零件的強(qiáng)度。

3.3.5 進(jìn)行電加工

電加工技術(shù)使用簡單、可控制，能夠提高模具的加工精度，面對不同的零件加工要求，有不同種類的設(shè)備，品質(zhì)得到保證的同時還可以降低成本[4]。

4 ?沖壓模具的未來發(fā)展趨勢

4.1 綠色制造

為了響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的號召，在確保沖壓模具的質(zhì)量與功能良好的情況下，可以考慮制造對于環(huán)境的影響以及資源的最大使用率[5]。

4.1.1 綠色設(shè)計(jì)

①模具材料的選擇：選用的材料盡量以環(huán)保、無污染、低成本為主，為了避免一次性的模具生產(chǎn)，同樣需要選擇可重復(fù)使用，可降解的材料。目前的材料要么成本較高，要么成本低但是不環(huán)保，因此還需要對沖壓模具的材料進(jìn)行開發(fā)，但是企業(yè)可以盡可能的選用符合要求的材料，降低污染。

②延長模具的使用壽命：模具的壽命延長同樣是一種環(huán)保舉動，在滿足技術(shù)要求的同時，盡量選擇模具縫隙大的，或者使用保護(hù)套，減少磨損、折斷的風(fēng)險(xiǎn)，提高沖壓模具使用壽命，精準(zhǔn)的模具可以通過高精度去減少凸凹模的磨損，從而達(dá)到延長模具壽命的目的。

③模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化的流程可以節(jié)約設(shè)計(jì)時間，可直接進(jìn)行采購，降低成本，縮短了制造周期，使多余的資源得到優(yōu)化配置。

4.1.2 綠色制造工藝

①超高速加工技術(shù)：利用高自動化、高精度的制造設(shè)備，高速的切削可以快速切除材料，縮短處理材料的時間，降低操作人員的勞動量，同時提高模具的質(zhì)量和生產(chǎn)率，節(jié)約資源消耗。

②干切削技術(shù)：不用或使用少量的切削液，從源頭上控制環(huán)境污染，節(jié)約切削液的相關(guān)流程成本，減少生產(chǎn)步驟，最后殘余的垃圾可進(jìn)行回收處理。

4.2 數(shù)字化的應(yīng)用

4.2.1 數(shù)字化的技術(shù)

①沖壓成型CAE分析技術(shù)：可以快速找出模具成型中存在的問題，在模具的設(shè)計(jì)階段就可以預(yù)分析模具相關(guān)信息，減少模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試的時間，對模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行評估，提高模具的質(zhì)量。

②快速設(shè)計(jì)技術(shù)：建立模具設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫，錄入目前需要的模具結(jié)構(gòu)的參數(shù)，方便后期設(shè)計(jì)人員的查閱與修正，縮短設(shè)計(jì)周期，盡快進(jìn)入制造過程。

③數(shù)字化裝配技術(shù)：數(shù)字化裝配技術(shù)線上測量并記錄模座導(dǎo)向、導(dǎo)柱的精度，可以及時調(diào)整出現(xiàn)的誤差[6]。

4.2.2 數(shù)字化的管理

①構(gòu)建數(shù)字化管理體系：該體系可以優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和制造流程，共享沖壓模具的相關(guān)知識與研究，也可以將企業(yè)的特色專屬設(shè)計(jì)傳輸上去，保存收集各大優(yōu)秀模具設(shè)計(jì)方案，方便后期經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)師學(xué)習(xí)。

②沖壓模具設(shè)計(jì)與制造的項(xiàng)目管理：該平臺可以監(jiān)控模具的設(shè)計(jì)、制造過程、后期的質(zhì)量問題等，也可以進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理，將信息整合，實(shí)現(xiàn)操作的一體化，縮短調(diào)整時間，提高企業(yè)員工的工作效率[7]。

5 ?結(jié)束語

沖壓模具在生產(chǎn)過程中使得成本降低，企業(yè)的利潤穩(wěn)步提升，因此需要緊跟時代步伐，實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與制造的改革創(chuàng)新，秉持綠色環(huán)保的理念，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助性設(shè)計(jì)，深層次地優(yōu)化沖壓技術(shù)和模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低沖壓過程的人工出錯概率，提高模具的精度和水準(zhǔn)，延長模具的壽命，沖壓模具工作的優(yōu)化可以提升企業(yè)綜合競爭力。

參考文獻(xiàn)：

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