分析沖壓模具的設計與制造

肖帥

摘要：經濟的快速發展也推動著制造業的改革，在實際的生產制造中，沖壓模具是一個關鍵性的工藝產品，沖壓模具的設計與制造影響到零件的生產效率、質量等，為了提高加工的生產效率，本文將對沖壓模具的設計與制造進行研究，通過分析現在的模具的設計與制造技術，提出未來的模具的兩大發展趨勢：綠色環保制造、數字化技術，進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進行創新發展，最終具有高質量、短周期、低成本等優勢。

關鍵詞：沖壓模具;設計分析;制造分析;發展趨勢

0 ?引言

制造業的改革讓市場對于沖壓模具需求變大，要求更高，市場越來越關注模具的質量、研發設計等。傳統的沖壓模具制造工藝顯然達不到市場的要求，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行技術創新，將會被市場淘汰。因此本文將對模具的設計與制造方面進行分析，提出模具的未來發展新趨勢，將新思想、新技術應用到模具的設計與制造中，提高模具的質量與效率，達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對材料施加外力進行處理與加工，獲得需要的形狀與尺寸。生活中不少機械制造都需要用到沖壓加工，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，規劃好沖壓工藝的制作流程，包括設計與制造，對于沖壓模具則需要根據現有的沖壓工藝進行模具的結構的設計與制造。目前中國的模具制造生產率并不能滿足國人的需求，還需要進口，也無法滿足中大型企業的高標準、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行改革，從設計方面到制造方面都需要緊跟社會發展趨勢—綠色制造和數字化。

2 ?沖壓模具的設計分析

模具的設計關乎著投入生產的效果，零件的尺寸是否合適、性能是否良好，模具的前期設計需要考慮到多方面的因素，包括尺寸的設計、實際技術與需求，然后將總體的零件圖、局部的零件圖繪制出來。

2.1 確定產品的尺寸

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

2.2 排樣圖設計

精確度越高的產品尺寸設計越需要放在靠后的工步里，這種精妙的設計需要大量的時間去計算核實是否符合實際生產。因此設計過程中需要繪制出排樣圖，根據排樣圖的各種成形等工步，去計算力學，了解模具的承受外力壓力區間范圍，根據這個范圍來確定彈簧力、卸料力，保證數據的精準計算。

2.3 總裝圖繪制

排樣圖的設計完成之后，可以開始選擇沖壓設備，并根據不同設備的參數，進行總裝圖的繪制。需要繪制的有沖壓設備的安裝尺寸、合模等高度，同時需要繪制出模具的詳細結構。因為現在已經不再采用人工手繪，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行分層，完成部分零件模具圖的繪制，用標準視圖標出零件的形狀、結構。部件圖的繪制主要考慮因素為是否能夠在實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

主要是根據模型的尺寸和結構、企業設備、沖件批量三方面來選擇加工工藝。盡量選用企業的現有設備，避免固定資產的限制，造成資源的浪費，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模型的尺寸與結構。進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，進行單獨加工的零件不用進行配做工藝。

3.2 傳統制造技術

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

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

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

④磨削及拋光加工技術：主要用于精密模具的加工過程，其優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 模具的材質選擇

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

3.3.2 模具零件的粗加工

模具首先需要進行粗加工，精確度不高的可以采用墊板零件進行精準打點定位，再由人工進行手動銑床鉆銑加工，精確度高的可以直接程序設定加工，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，因為熱處理的工步較為重要因此需要格外注意熱處理工藝的監管、設備的保養，個性化的對待材料加工，提高產品加工的質量。

3.3.4 模具的精加工

由于熱處理的零件會出現變形，因此需要先進行研磨表面。磨削過程需要嚴格把控精磨的進刀量，根據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，降低零件的強度。

3.3.5 進行電加工

電加工技術使用簡單、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，有不同種類的設備，品質得到保證的同時還可以降低成本[4]。

4 ?沖壓模具的未來發展趨勢

4.1 綠色制造

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

4.1.1 綠色設計

①模具材料的選擇：選用的材料盡量以環保、無污染、低成本為主，為了避免一次性的模具生產，同樣需要選擇可重復使用，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保，因此還需要對沖壓模具的材料進行開發，但是企業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保舉動，在滿足技術要求的同時，盡量選擇模具縫隙大的，或者使用保護套，減少磨損、折斷的風險，提高沖壓模具使用壽命，精準的模具可以通過高精度去減少凸凹模的磨損，從而達到延長模具壽命的目的。

③模具零件的標準化：標準化的流程可以節約設計時間，可直接進行采購，降低成本，縮短了制造周期，使多余的資源得到優化配置。

4.1.2 綠色制造工藝

①超高速加工技術：利用高自動化、高精度的制造設備，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，同時提高模具的質量和生產率，節約資源消耗。

②干切削技術：不用或使用少量的切削液，從源頭上控制環境污染，節約切削液的相關流程成本，減少生產步驟，最后殘余的垃圾可進行回收處理。

4.2 數字化的應用

4.2.1 數字化的技術

①沖壓成型CAE分析技術：可以快速找出模具成型中存在的問題，在模具的設計階段就可以預分析模具相關信息，減少模具設計、制造、調試的時間，對模具的設計進行評估，提高模具的質量。

②快速設計技術：建立模具設計的數據庫，錄入目前需要的模具結構的參數，方便后期設計人員的查閱與修正，縮短設計周期，盡快進入制造過程。

③數字化裝配技術：數字化裝配技術線上測量并記錄模座導向、導柱的精度，可以及時調整出現的誤差[6]。

4.2.2 數字化的管理

①構建數字化管理體系：該體系可以優化模具設計和制造流程，共享沖壓模具的相關知識與研究，也可以將企業的特色專屬設計傳輸上去，保存收集各大優秀模具設計方案，方便后期經驗不足的設計師學習。

②沖壓模具設計與制造的項目管理：該平臺可以監控模具的設計、制造過程、后期的質量問題等，也可以進行產品的數據管理，將信息整合，實現操作的一體化，縮短調整時間，提高企業員工的工作效率[7]。

5 ?結束語

沖壓模具在生產過程中使得成本降低，企業的利潤穩步提升，因此需要緊跟時代步伐，實現模具設計與制造的改革創新，秉持綠色環保的理念，實現資源的可持續發展，應用數字化技術，計算機輔助性設計，深層次地優化沖壓技術和模具的內部結構，降低沖壓過程的人工出錯概率，提高模具的精度和水準，延長模具的壽命，沖壓模具工作的優化可以提升企業綜合競爭力。

參考文獻：

[1]鮑炳彰.淺談沖壓模具的設計與制造[J].商品與質量，2018（33）：284.

[2]許鐵濤，郭迎春，宗珂，等.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用[J].現代制造技術與裝備，2018（002）：57-58.

[3]譚錫欽.淺談沖壓模具的設計與制造[J].中國高新區，2018（3）：142-143.

[4]王姍姍.沖壓模具制造技術的應用以及發展研究[J].南方農機，2019，50（6）：181-182.

[5]李云妹，謝祖華.沖壓模具的綠色制造[J].機電技術，2018（4）：108-110.

[6]潘露.數字化技術在沖壓模具設計與制造中的應用研究[J].現代制造技術與裝備，2019（8）：108-109.

[7]王順堯.沖壓模具的設計與制造分析[J].中國新技術新產品，2019（24）：63-64.