冲压模具特点及制造过程分析

冲压模具特点及制造过程分析

李雷雷 金成成

长城汽车股份有限公司 河北保定 071000

摘要：冲压模具广泛地应用于各个领域，包括汽车、电子以及日用五金等，在所有模具中其使用量最大。对于冲压模具的设计与制造来说，其具有知识密集和技术密集的特点，目前很多冲压模具均需要通过进口，我国在自发设计和制造方面还存在较多不足，还需要积极应用各项技术，在现有基础上做出优化，以便于更大程度地来满足市场发展需求。
关键词：模具设计；冲压技术；制造
1、冲压模具的概念及其特点
　　冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，所以也叫冷冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
2、冲压模具设计分析
　　2.1 设定目标尺寸
　　在设计模具图纸的过程中，第一步要在对产品图的尺寸分析的基础之上，对最终得到产品的尺寸进行设定。具体说来在产品公差允许的范围之内，以冲头、凹模的磨损趋向为依据，决定最终的产品尺寸值。举例来说，在孔径尺寸的选择上应当尽可能选择上量值;在外形尺寸的设定上应当充分考虑冲头磨损以及毛边等因素，尽可能选择下限值。综合来说，目标尺寸的选择与设计人员工作经验、专业技术水平以及对产品的预见性判断等多种因素具有密切的联系。如若缺乏相关的经验，可以参考借鉴成功的案例，以此保障最终得到产品的质量。
　　2.2 排样图设计以及力学计算
　　以产品成形工艺特点作为安排工步的参考标准，其基本原则是越精确的尺寸，其工步安排越要向后布置。力学计算的开展应该以排样图的冲裁、成形，弯曲等工步为依据，计算弹簧力、卸料力以及冲裁力等力学指标。力学计算与冲压模型最终能否完成生产，在使用过程中能否承受机械压力有着直接的联系，因此力学计算的重要意义不言而喻。为了保障力学计算数据的准确性，应当对使用过程中模具受到的外力因素做出全方位的考量。在确定了上述因素之后，根据确定的结果选择符合需求的冲压设备，接下来在进行总装图的设计。
　　2.3 模具总装图绘制
　　模具总装图的绘制过程应当以排样图作为基准，在此基础之上进行设计工作。除此之外，需要结合冲压设备的合模高度、设备的安装尺寸以及送料装置的高度，最终绘制出冲压模具的详细结构。除此之外，在总装图的设计过程中还应当兼顾运动机构的安全性、稳定性以及量产性。值得注意的是，目前多采用电脑绘图的手段进行模具设计，除了小汽车部分零件的制造之外，多数的冲压部品制造都是使用2D软件进行绘制的，在绘制的过程中必须要分清图层，为后期的零部件拆分提供方便。
　　2.4 部件图绘制
　　分层图以总装图中的内容为依据，将模具的零部件用标准化的视图进行表示。在零部件图绘制的过程中应当充分考量零件在加工的过程中，可能会遇到的问题。例如，选择什么样的设备进行加工能够兼顾成本和精度;量产得到的零件强度是否足够等等。
3、冲压模具制造过程
　　3.1 冲压模具材质选择
　　冲压加工的方式一般应用于钢板或钢带材料的加工领域。因此，对冲压模具零件材质的硬度、刚度、热处理性能以及耐磨性的要求有着较为严苛的标准。常规选用的材料包括SKH-51， SKD11和SKS；超硬性材料包括G5和G3;超硬钢包括HPM2T。
　　3.2 模具零件粗加工
　　如今的粗加工方式已不同于以往的手摇铣床、手工钻床的方式，通常也会选用先进精密的设备进行粗加工。对于精度要求不高的零件进行进行粗加工，如加工垫板的过程，可以在加工中心，装上中心钻，进行精准的打点定位。对于精密零件的加工，可以用加工中心进行直接加工，进行程序和参数的设定之后，装上装置开始加工。
　　3.3 零件热处理
　　近年来，随着科学技术的进步，近几年新型材料层出不穷，不同材料在处理方式上也存在着不同，为了确保得到高质量的零件在热处理的过程中还应当满足如下的要求：第一，制定热处理工艺监督管理体系，强化技术人员的专业技术水平，在热处理操作的环节明确操作方式，為最终得到优质的零件提供保障。第二，完善加工设备的检修保养机制，定期对相关加工设备进行保养和维护，保障设备的功能性完备，并在建立设备检修保养的台账，对检修保养的时间，原因，发现的问题，采取的措施等方面的内容进行详细的记录。第三，精细化的材料管理，严格把控材料的品质，对不同类型的材料区别对待，采用与其特性相适应的加工方式，以此提升零件的质量。

　　3.4 模具零件的精加工
　　热处理的方式使零件受热，会导致零件轻微变形，在对零件进行精加工时，需要对表面进行研磨加工后，再进行后续的加工。磨削加工主要利用光学磨床、平面磨床和内外圆磨床这三种机械设备进行加工。在对零件进行磨削的过程中，裂纹和变形的情况时有发生，应当积极采取措施，严格对精磨的进刀量实施严格的控制，以防止零件裂纹和变形的产生。对淬火硬度较高的材料应当选择金刚石砂轮进行磨削，因为金刚石砂轮的有机粘合剂能够提供更多的自磨利性。整体来看，要依据加工材料的特点选择合适的磨削砂轮，保持锐利性的同时也要避免高温损伤的产生。

:4、冲压模具设计制造优化分析
　　4.1 提高加工效率
　　将数控技术应用到冲压模具设计制造中，可以对传统的制造工艺做更进一步的优化，消除单一模式的局限性，在保证加工质量的同时，提高加工效率。以数控技术为基础的冲压模具加工是三维数控加工，确保了模具实体与设计之间的一致性，并且针对各部分加工精度进行了详细划分，进而能够精准地完成各环节控制，灵活调节加工工作量，提高模具加工的准确性，减少中间一些不必要的环节，保持较高的作业效率。并且对于刀具的使用，可以根据企业对模具不同部位的具体设计精度来选择刀具种类，以便于更大程度地满足设计要求，不仅可提高刀具使用效率，保证较高的精度，同时也可以降低相应成本。
　　4.2 提升设计精度
　　传统的冲压模具设计，对于冲压件排样和冲裁力计算问题，很大程度上要依赖于设计人员的实践经验，如果中途出现什么问题，将会直接影响到最终加工质量，导致企业产生大量损失。在新型技术的支持下，冲压模具的加工工艺在不断更新，降低了模具设计制造的复杂度，使设计精度进一步提高，且模具结构设计合理性和科学性更高，保证得到高质量的冲压模具。尤其是以计算机技术作为支持进行设计，实现各结构的参数化，降低了差错率，确保实体与设计之间偏差不超出允许范围。
结语：冲压模具设计与制造技术性非常强，并且因为涉及内容较多，加工流程复杂，想要满足市场发展需求，前提必须要对已经暴露出缺陷的工艺进行更新。在数字化技术的支持下，实现数控制造，构建数字化系统，对模具设计制造的整个过程进行监控，并对所有数据进收集和分析，作为不断优化的支持，满足冲压模具高精度和高准确性的设计制造。
参考文献：
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