沖壓模具的設(shè)計與制造分析

潘志勇 歐服科技（沈陽）有限公司

目前，我國裝備制造業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展已經(jīng)變得尤為驚人和迅速。在我國傳統(tǒng)制造業(yè)科技進(jìn)步日新月異的基礎(chǔ)上，機械制造業(yè)也面臨著新的經(jīng)濟發(fā)展形勢。隨著機械科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在生產(chǎn)力提高、速度變化的發(fā)展趨勢下，市場對沖孔、滾壓鑄造模具制造技術(shù)制定的機械產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的機械模具產(chǎn)品加工和制造工藝生產(chǎn)方法，無論是在產(chǎn)品精度和效率方面，似乎也充分揭示了機械模具的使用壽命，可以看出它有很多缺點。

一、沖壓工藝展望

沖壓成形模是通過沖壓模具設(shè)備和成形壓力機直接加工工件材料或在現(xiàn)場施加任何外力，以獲得客戶所需形狀的幾何公差和幾何尺寸。在現(xiàn)實生活中，有許多大型機械設(shè)備制造過程可能需要同時用于沖壓模具加工。例如，汽車上的許多重要零件，如沖壓車身和底盤總成，往往需要進(jìn)行組合。因此，掌握沖壓制造工藝和沖壓模具技術(shù)的使用是不言而喻的。我們必須同時進(jìn)行所有沖壓設(shè)計工作，規(guī)劃和設(shè)計各種沖壓制造過程中的工藝流程，包括模具設(shè)計和制造以及零件制造。對于沖壓模具制造工藝，還需要根據(jù)現(xiàn)有各種模具的各種沖壓工藝流程，對各種模具產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝設(shè)計和制造。目前，我國沖壓模具制造設(shè)備的生產(chǎn)率水平不能真正滿足絕大多數(shù)中國人的實際需求。它往往需要重復(fù)進(jìn)口，不能完全滿足中外大型模具企業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)、高重復(fù)利用率、高效率、多功能門類和個性化生產(chǎn)的基本要求。因此，我國沖壓模具行業(yè)需要大力進(jìn)行數(shù)字化改革，從工藝設(shè)計制造到裝備制造，還需要跟上社會制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢——綠色智能制造現(xiàn)代化和生產(chǎn)數(shù)字化。

二、沖壓模具的設(shè)計分析

（一）提高加工效率

在金屬沖壓成形模的設(shè)計、制造和加工中，利用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化傳統(tǒng)的加工和制造設(shè)計過程，進(jìn)一步打破傳統(tǒng)單一工藝模式設(shè)計的缺陷，并提高模具加工設(shè)計水平和加工過程管理效率，進(jìn)一步保證沖壓產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。通過采用數(shù)控技術(shù)獨立進(jìn)行精密沖壓和模具實體加工，保證了模具實體形狀與精密設(shè)計精度之間的高度相似性，可以對各種模具零件的加工尺寸精度進(jìn)行更詳細(xì)的規(guī)劃，能夠準(zhǔn)確靈活地實現(xiàn)對過程中幾個主要工藝環(huán)節(jié)的精確控制，靈活調(diào)整模具加工模數(shù)，提高整個模具整體加工質(zhì)量的相對精度。減少了一些相對不需要控制的加工環(huán)節(jié)，保證了模具相對準(zhǔn)確、高水平的工藝操作水平。

（二）提高設(shè)計精度

與傳統(tǒng)的沖壓和模具工藝設(shè)計相比，針對沖壓件排樣工藝和沖裁應(yīng)力計算中出現(xiàn)的實際問題，一定要充分利用模具設(shè)計人員積累的生產(chǎn)實踐和操作經(jīng)驗。沖壓過程一旦出現(xiàn)任何實質(zhì)性問題，勢必間接影響沖壓產(chǎn)品的加工質(zhì)量水平、精度和工藝質(zhì)量，企業(yè)遭受的巨大損失更難以預(yù)測?；谛律a(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，沖壓模具材料的制造和加工手段將逐步簡化沖壓模具材料的設(shè)計和制造過程，從而逐步提高材料設(shè)計的準(zhǔn)確性，使沖壓模具材料設(shè)計過程更加科學(xué)合理，并從根本上解決了沖壓模具的高質(zhì)量設(shè)計問題。

（三）降低組件損壞率

沖模的裝配和調(diào)整方法應(yīng)主要包括調(diào)整方法、分組方法、互換裝配方法和修復(fù)方法。這四種方法之間可能存在一些差異，它們也可以靈活有效地應(yīng)用于成形模的制造和加工系統(tǒng)中。根據(jù)照相反應(yīng)的加工過程選擇各種進(jìn)口加工和裝配方法，可以大大提高模具零件加工和裝配的精度要求，顯著降低裝配損壞率，提高模具制造和生產(chǎn)的整體效率。

三、沖壓模具的制造分析

（一）零件熱處理

熱處理退火工藝熱處理是模具零件制造和加工過程中另一種成熟和常用的成形方法。其形成過程的主要環(huán)節(jié)是退火-淬火和回火-淬火-滲碳-再氮化?？赏瑫r進(jìn)行熱處理的材料在金屬硬度等級方面也必須完全滿足設(shè)計要求，因此，在選擇熱處理材料時，必須首先關(guān)注材料本身的金屬硬度，以便在熱塑性加工和成型過程中，能夠很好地控制模具的內(nèi)應(yīng)力，以確保其滿足待加工成形零件的模具尺寸，減少后期加工變形。其次，由于處理過程中使用的材料類型不同，應(yīng)在處理過程的要求等許多方面做出相應(yīng)的差異。特別是隨著近年來我國開發(fā)的各種新型處理工藝材料產(chǎn)品的應(yīng)用，其材料處理和加工技術(shù)的應(yīng)用選擇也需要有更明顯的應(yīng)用多樣化。但同時，對于一些超脆性金屬材料，其表面的熱表面淬透性要求往往低于鑄鋼。在熱表面淬火和加工熱處理過程中，必須與零件內(nèi)部保持相對高度和良好的溫度連續(xù)性，否則會在整個零件中出現(xiàn)一系列質(zhì)量問題，如逐漸老化導(dǎo)致的表面裂紋和極低的耐熱系數(shù)，整個焊接部件的結(jié)構(gòu)材料的實際焊接質(zhì)量降低。為了進(jìn)一步有效提高沖壓模具零件的制造質(zhì)量、性能和交貨質(zhì)量，在零件加工制造過程中，還需要對相關(guān)零件的制造和熱處理生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格、詳細(xì)的全過程控制，特別是在零件熱處理控制全過程的管理中，應(yīng)著重滿足以下要求：（1）逐步建立健全零件熱處理工藝和工藝管理的有效監(jiān)督考核體系，加強工藝技術(shù)人員能力的有效培養(yǎng)，提高專業(yè)技術(shù)水平和專業(yè)技能。在產(chǎn)品圖紙的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡明并提出零件產(chǎn)品的工藝熱處理工作流程描述和工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作方法，確保所有零件的質(zhì)量和性能符合標(biāo)準(zhǔn)。（2）制定加工生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的檢查維護(hù)或大修制度，定期進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)或修理工作，確保設(shè)備在生產(chǎn)加工過程中的性能和完善。安全使用考核標(biāo)準(zhǔn)卡和安全點檢維修記錄表應(yīng)及時張貼在主要設(shè)備放置地點。（3）必須嚴(yán)格檢查零件加工所用材料的工藝質(zhì)量。不同類型的零件材料往往需要同時使用三種不同類型的機械熱處理技術(shù)，以避免通用材料的單一加工熱處理方法。必須區(qū)別對待，盡一切努力提高零件整體切割的精度、性能和質(zhì)量。

（二）模具零件加工（精加工）

對于一些熱處理工藝完成后形成的精密小零件，由于其長期低溫加熱，會出現(xiàn)局部輕微的小變形。因此，有必要進(jìn)行新的表面精密磨削加工和表面加工，從而逐步形成下一步精密加工過程的基準(zhǔn)，為后續(xù)精密小零件的表面加工和精加工奠定基礎(chǔ)。在磨削和數(shù)控加工兩個領(lǐng)域，目前常用數(shù)控加工方式的精密數(shù)控機械設(shè)備主要涉及平面磨床、光學(xué)磨床和數(shù)控內(nèi)外角雙圓弧磨床三種新型專業(yè)機床。其中，平面磨床設(shè)備的一般工作和用途主要是磨削毛坯面，為工件準(zhǔn)備零件切割和模具加工。其主要功能是加工和磨削的基本內(nèi)容，包括磨削平面、基準(zhǔn)面磨削、磨頭平面磨削和邊緣端面磨削；外圓磨削和內(nèi)圓磨削的部分機床主軸零件主要用于機床導(dǎo)柱端面的精密磨削，加工制造各種圓凸模具零件的端面及其他相關(guān)幾何尺寸的模具零件，磨削各種模具零件表面的內(nèi)外圓表面。內(nèi)圓磨削和外圓磨削的一些端面也可以直接加工，用于機床導(dǎo)套表面的精密磨削，用于圓凹模零件端面和其他幾何尺寸相關(guān)零件端面的表面切割或加工，主要切割任務(wù)是外圓和內(nèi)圓表面的精磨等；成形砂輪用于磨削。固定磨削工藝一般可以直接進(jìn)行凸模和圓凹模的鑲塊，或直接完成電極等零件表面的曲面。一般需要在專用光學(xué)磨床的夾具上進(jìn)行研磨，也可以直接在專用平面磨床的夾具上進(jìn)行研磨，但一般需要結(jié)合專用研磨夾具進(jìn)行研磨和固定，然后根據(jù)需要使用專用砂輪夾具進(jìn)行成型研磨或固定；光學(xué)曲線精磨的主要工藝技術(shù)主要針對可直接使用的復(fù)雜零件的一些精加工細(xì)節(jié)，如孔曲線、精磨零件表面，或針對結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的零件表面的一些精磨表面處理方法和表面加工技術(shù)；坐標(biāo)磨削的主要技術(shù)主要是指一項專有技術(shù)，專門用于設(shè)計或直接設(shè)計復(fù)雜零件的孔曲線（淬火后），以對表面零件進(jìn)行更高精度的微加工。在精密磨削零件的過程中，往往容易產(chǎn)生機械變形和機械裂紋。為了防止這種異常情況的發(fā)生，我們需要嚴(yán)格控制砂輪精密磨削時的機械進(jìn)給余量，使用少量的進(jìn)給刀來保證砂輪的冷液充分循環(huán)，并使用各種最適合自己的精密砂輪。如果使用的零件材料含有大量的鉻、釩、鐵和鎢鉬，還需要注意使用GD單晶剛玉砂輪；如果材料本身的淬火表面硬度值較高，則砂輪一般采用金剛石砂輪，其表面有機粘結(jié)劑也能充分保證其產(chǎn)品的性能，從而具有更好的表面自磨性。

（三）模具制造工藝

（1）模具外殼的材料選擇。沖壓模一般主要加工鋼板、鋁等硬質(zhì)材料。因此，模具的設(shè)計需要具有相對優(yōu)良產(chǎn)品的材料特性，如沖壓剛度、硬度、耐磨性和導(dǎo)熱性，以避免模具材料的頻繁更換。

（2）用于模具零件材料表面的表面粗化。首先，模具零件通常需要通過手動數(shù)控進(jìn)行粗略切割。如果精度不太高，一般可以選擇使用墊板零件進(jìn)行精確的點加工和定位，然后將其交給專業(yè)的模具大師手動數(shù)控銑床進(jìn)行精確的鉆孔和銑削，如果精度要求較高，一般可以使用direct NC程序自動設(shè)置加工，自動更換加工和刀具，并獨立手動完成直接數(shù)控加工。

（3）零件表面的機械熱處理。在表面熱處理過程中，工件材料通常需要選擇一定硬度的原材料，以避免零件材料加工和熱處理后變形。因此，表面熱處理前的維護(hù)過程變得更加重要。因此，我們需要特別注意熱處理前后工藝和設(shè)備系統(tǒng)的全面維護(hù)，并對工件材料和加工進(jìn)行個性化處理，提高產(chǎn)品表面加工和熱處理的維護(hù)質(zhì)量。

四、結(jié)語

在模具生產(chǎn)和銷售過程中，產(chǎn)品制造成本降低，企業(yè)利潤逐年穩(wěn)步增長。因此，我們必須與時俱進(jìn)，實現(xiàn)整體設(shè)計、研發(fā)和創(chuàng)新的不斷改革、優(yōu)化和科技創(chuàng)新；沖壓模具設(shè)計制造模式，堅持綠色、節(jié)能、環(huán)保生產(chǎn)理念，實現(xiàn)模具資源開發(fā)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)、快速發(fā)展，應(yīng)用計算機數(shù)字技術(shù)加工和模具計算機輔助加工設(shè)計，逐步深入優(yōu)化沖壓制造工藝，優(yōu)化模具內(nèi)部制造結(jié)構(gòu)，降低沖壓設(shè)計過程中人工和失誤造成的失效概率，提高沖壓模具生產(chǎn)的設(shè)計精度和設(shè)計水平，延長沖壓模具零件的正常使用壽命，而優(yōu)化沖壓模具的工作模式可以顯著提高企業(yè)生產(chǎn)力的綜合運營競爭力。