冲压模具设计

摘要 冲压主要应用于大批量的零件成型的生产。因此冲压模具就成了冲压生产过程中不可缺少的一项装备，是技术密集型产品。模具的设计和制造都直接关系到冲压件的质量、冲压件的生产效率还有冲压件的生产成本。换句话说，模具的设计水平与制造技术水平的高低也被看作一个十分重要的衡量标准，那就是衡量这个国家的产品制造水平的如何，因此在非常大的大程度上对产品的质量、效益以及新产品的开发和开发能力都起着决定性的作用。如果在冲压进行生产的过程中，模具一旦出现了问题，那将会直接影响到产品的生产效率和成产成本的。所以冲压模具的设计是十分重要的，设计的好与不好更是直接影响了生产，影响了成本，甚至影响了利益。

关键词 冲压；冷冲压；模具设计；结构形式

中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0120-03

1冲压及模具的概述

1.1模具的介绍

在现代工业生产中，模具是重要的工艺设备之一。模具在各行各业都占据着重要的位置，尤其是在冲压过程和塑形成型成型加工过程之中。综合看来，在我国的各行各业中，冲压模具就占去了50%，足可以看出它的重要性。在我国改革开放以来，随着我国经济的快速发展，我国市场对模具的需求量也是不断的增长，模具产业也迅速发展起来。

模具的类型：模具的型式是多种多样的，主要有单工序模、复合模还有级进模。确定模具的形式，一定要依据冲压工件的要求、所需生产的批量数，还有模具加工的条件。冲压模具的形式很多，根据工作的性质、模具的构造，还有模具所使用的材料这3个方面的因素，可以对冲压模具进行分类，主要有3类：

按照模具工艺的性质来划分，可以划分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模。冲裁模就是沿着半封闭的或是敞开的轮廓线是材料进行分开的一种模具；弯曲模就是使材料沿着直线而发生弯曲的一种模具；拉深模就是将冲压件制成开口空心的形状，或者使铸造成的空心更进一步的发生变形，从而改变其形状和尺寸的一种模具；成形模就是按照凹凸模直接复制半成品，然而材料仅仅发生部分的变形的一种模具。下面是冲裁模具的简单图示：

按照工序的组合程度来划分，可以划分为单工序模、复合模、级进模还有传递模。单工序模就是在压力机的一次行程中仅仅完成一次冲压工序的模具；复合模就是在仅有一个工作位置的时候，压力机的一次行程可以完成两个或者及其以上的冲压工序的模具；级进模就是在拥有两个或者及其以上的工作位置的时候，在压力机的一次行程中可以完成两个或者更多的冲压工序的模具；传递模就是把单工序模和级进模综合起来了。

还可以按照产品的加工方法对模具进行划分，可以划分为冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具。

1.2冲压模具的介绍

冲压模具，可以称作冷冲压模具，也俗称为冷冲模。冲压模具是一种比较特殊的工艺设备，是在进行冷冲压加工的过程中，对材料进行加工，最后加工成零件或者是半成品的。其中材料可以是金属材料也可以是非金属材料。而冲压是一种压力加工的方法，就是在室温的情况下进行，压力机上安装模具对材料进行施加压力，使材料发生分离或者是发生塑性变形，进而得到所需要的零件。

冲压工艺的设计和模具结构的设计是冲压模具结构设计的两个方面。在冲压件的生产过程中，主要应用冲压工艺设计，它主要包含工艺的方案、如何安排，工序的尺寸，使用何样的设备及模具的类型，还有各项技术经济指标，对这些方面进行综合性的总体规划，这就是冲压工艺设计的过程。而冲压模具结构的设计就是根据以上冲压工艺设计的各项要求，设计出所需要的模具的具体结构、形状，也绘制出模具的装配图和模具的零件图。

2冲压模具设计的材料选择

2.1冲压模具的材料

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

2.2 冲压模具材料的选用原则

在冲压模具使用的材料中，可以是各种的金属材料也可以是各种的非金属材料，这两类材料中主要包括碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。

对用于制造模具的材料也是要求很严格的。不单单要求材料的硬度、强度和耐磨性要很高，也要有适当的韧性，还有淬透性也要很高以及热处理不变形及淬火时不易开裂等性能。

要想保证模具的使用寿命就要进行合理的选取模具材料以及对热处理工艺要进行正确的实施。选择正确的钢种以及热处理工艺要对应着模具的不同用途，除此之外还应该根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等综合因素，并且应该侧重以上叙述的各项要求的各项性能。

3 冲压模具的结构

3.1 冲压模具的结构组成

根据模具在组成结构起到的作用，模具的结构组成主要是工艺零件，还有结构零件。

工艺零件是直接参与工艺过程，并直到其完成。还直接与坯料接触。工艺零件主要包含定位零件、工作零件、卸料零件与压料零件。然而结构零件就与工艺零件截然不同，它不直接参与工艺过程，也不会和坯料有直接的接触，只是对工艺过程的完成有一个保证的作用，或者是完善模具的功能。结构零件主要包含紧固零件、导向零件、标准件以及其他的一些零件。但是应该说明的是，并不是所有的冲压模具都必须包含这六种零件的。

3.2 冲压模具设计结构的基本原则

3.2.1 安全原则

在设计冲压模具的结构的时候第一要考虑到的就是安全，绝对不能因为冲压模具的结构设计出现错误而引起事故。即使是冲压模具的实际操作人员也绝对不允许将自己置于危险境界中。在冲压模具结构的设计过程中，一定保证设计操作人员的安全感。在加工时，模具也应该具有一定承受强度。

3.2.2 基本要求

这个结构框架的要有均匀的厚度；模具工作的部分的厚度要保持均匀，不能太薄；冲压模具的设计要达到承受力的标准；所采用的冲压模具的结构的质量要保持平衡；冲压模具结构的框架的材质、工作部分的材质也要注意选择，因为这些东西都是容易磨损的，所以要算好成本；冲压模具结构的承受能力；零部件的结构最好用计算的方法来计量。

在确定冲压模具的结构之前一定要先确定冲压模具的送料方式，还有卸料方式，以及冲压模具的模架形式。

4 冲压模具的设计

4.1 冲压间隙的确定

冲压间隙就是指冲压模凹、凸模刃口部分尺寸之差。这个间隙的大小对冲压件的单面质量、冲压力的大小，以及模具使用的寿命都有非常大的影响。因此，冲压模具设计的重要工艺参数之一就是冲压间隙。所以在设计模具的时候一定要选用合适的冲压间隙，保证好冲压件的质量，保证较小的冲压力，也保证了模具的使用寿命。适当的间隙值是根据不同的数据有不同的标准的，只要选择的这个冲压间隙在生产中是在合适的范围之中的就可以。在这个合适的范围中，最小值就称作最小的合理间隙值，最大值就是最大的合理间隙值。在使用模具的过程中，也可能会是模具发生磨损，从而使间隙变大，因此在设计新模具的时候应该采用最小的合理间隙值。

4.2 确定凹凸模的外形尺寸

冲压模具的凹凸模的工作刃口尺寸的确定要经过仔细的计算才能得出。

1）凹模

冲压模具的凹模的结构形式要根据零件的需要去制作，制作方法要根据上面叙述的。凹模的固定一般会直接固定在凸模上。

例如在冲裁模具的制造工程中如何确定凹模的厚度。凹模的厚度指的就是凹模刃口距离外边缘的长度。因此确定凹模外形的尺寸一般采用凹模外形尺寸的经验公式，也就是H=Kb（H≥15mm）。K表示的是系数，书中是可以查到的；b代表的是凹模孔的最大宽度。在制造工程中，不仅仅要计算出凹模的厚度，还要计算出凹模周边的与之相关的数据。这样一来，与已经确定的模具主要的结构构成合适的模具结构组合。这样模具设计就大大简化了。

2）凸模

冲压模具的凸模的结构形式也是要根据冲压零件的需要而制作的，制作方法要根据计数按出来的数据。凸模的固定方式一般会采用铆钉固定，也可以采用低溶点的合金或者是低熔点的焊接剂来固定。

随后只要根据图纸，安装好凹模和凸模的位置，还有其他相关的零件。

5 冲压模具的未来发展趋势

冲压模具技术的未来发展应该以模具产品“交货快”、“高精度”、“高质量”、“低价格”作为要求标准。怎样能达到这一点呢？要想达到这一系列的标准要求就必须及时的发展一下这几项：

大力推广模具的CAD/CAM/CAE技术。模具的CAD/CAM/CAE技术可以称作是模具设计未来的发展趋势。随着微机软件的不断发展与不断进步，已达到了基本成熟的条件让模具CAD/CAM/CAE技术得到普及，各个模具产业以及企业也会加大对CAD/CAM技术的培训以及其技术的服务的发展力度；更大范围的扩大CAE技术的应用。

加快铣削加工的速度。近些年来国外高速发展的铣削加工产业，很大程度上使加工的效率得以提高，不但如此还可以使表面的光洁度达到极高的程度。除此之外还有，高硬度模块的加工也具有低温升、较小的热变形等优点。铣削加工技术的高速发展，对汽车产业、大中型家电行业型腔模具的制造注也加入了新鲜的动力。就当前的发展程度来看它已经向敏捷化、智能化、集成化的更高方向发展。

使模具扫描及数字化。高速的扫描机和模具的扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

电火花铣削加工。电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。

提高冲压模具的标准化程度。我国的冲压模具的标准化程度还处在于不断提高的阶段，虽然在当前我国的冲压模具标准件的使用覆盖率已经达到30%左右，但是相对于其他国家尤其是发达国家还是差很大的距离，目前国外的发达国家的冲压模具是有那个覆盖率一般都可以达到80%左右。

选用材料优质及处理表面技术先进。选用优质的材料和应用相对应的先进的表面处理技术用来提高冲压模具的寿命是十分必要，例如选用优质的钢材料。发挥冲压模具钢材料性能的关键就在于能否使冲压模具的热处理和表面处理更加。冲压模具热处理的未来发展趋势就是运用真空热处理的技术。不单单要发展冲压模具的表面处理技术还要发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、离子喷涂等{先技术。

将冲压模具的研磨抛光实现自动化、智能化。冲压模具表面的质量可以说对冲压模具的使用寿命、冲压制件外观的质量等各个方面都有较大的影响，研究并发明出自动化、智能化的研磨方法和抛光方法替换了现在手工操作的方法，从而可以提高冲压模具表面的质量，这也是冲压模具未来一个重要的发展方向

发展模具自动化加工的系统。发展冲压模具的自动化加工可以说是我国模具产业长远的发展目标。冲压模具的自动加工系统主要是采用多台机床进行的合理组合来工作的；并配备了随行定位的夹具或者是定位盘；冲压模具的机具、刀具数控库也是相当完整的；数控柔性同步系统也是很完整的；对质量方面也设置了相当完善的监测控制系统。

6 结论

自20世纪90年代以来，汽车、家电、通讯等行业飞速的发展，与此同时也带动了模具产业的快速发展。在国际上对模具的发展要求更是十分的明显。现如今我过的模具产业也有所成就，但是相对于外国，尤其是一些发达国家而言，我国的模具技术还是没有达到先进水平的程度。所以我国在模具产业方面仍然需要更大的改革，对相关的产业也要完善。这不仅仅需要模具设计方面的人才的培养，也需要我国政府给予的政策的致辞。会这样才能使模具产业发展的更好。

冲压模具的设计在如今已经是一个十分重要的产业了。模具的设计水平与制造技术水平的高低也被看作一个十分重要的衡量标准，那就是衡量这个国家的产品制造水平的如何，因此在非常大的大程度上对产品的质量、效益以及新产品的开发和开发能力都起着决定性的作用。因此我国以及相关的各个产业、企业更应注重模具的设计技术以及它的发展，从而促进我国经济的发展。

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