模具，是一种工业产品，它借助特定构造，采用特定方法，促使材料塑形，并且能够大批量制造出符合形状和尺寸标准的工业零件，作为生产工具发挥作用。下面，小编将为大家讲解冲压模具设计的相关内容，希望大家感兴趣。
一、简述
冷冲压模具是冷冲压加工中的一种专用工具，用于将金属或非金属材料制成零件或半成品，这种工具也被称为冷冲模。冷冲压是在常温状态下，借助压力机上的模具对材料施加压力，促使材料发生分离或塑性变形，以此来得到所需零件的一种压力加工技术。
冲压模是冲压制造中不可或缺的设备，属于技术含量高的产品。零件的优劣、生产速度和费用，都跟模具的设计和制作紧密相连。模具的设计和制作能力，是判断一个国家产品生产水平的重要参考，很大程度上影响着产品的性能、收益以及新产品的研制实力。
二、分类
冲压模具种类丰富多样，冲模的分类依据有三个维度，分别是工作性质，构造特点，以及材料类型。
一般可按以下几个主要特征分类：
1.根据工艺性质分类
冲裁模是借助特定形状轮廓实现材料分离的工具，例如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模以及剖切模等。
弯曲模促使板料毛坯或其它坯料沿直线轮廓发生弯曲形变，以便得到具有特定角度与形态的工件。
拉深模是用来加工板料，使其成为中空的容器，或者让已经成型的中空物体继续改变形态和大小的工具。
成型工具用于将原料或中间件依照图纸中凸模凹模的样貌直接制作成型，在这个过程中，材料本身仅仅发生了局部的塑性变化，例如拉伸模、收口模、开口模、波动成型模、翻边工具、调整工具等。
2.根据工序组合程度分类
单工序模具，在压力机一个行程之内，仅能执行一个冲压步骤，这种模具的设计方式。
复合模只有一个作业点，在压力机单次动作期间，这个作业点上能接连进行两项或两项以上的冲压操作。
C级进模，又称连续模，在坯料输送路径上设有两个或以上操作站点，每台压力机运作一个周期，能在各个站点接连进行两项或多项冲压作业的装置。
3、依产品的加工方法分类
根据产品制作工艺的差异，模具可以划分为冲裁模、弯曲模、拉深模、塑形模以及压制成形模等五种主要类型。
冲剪模具依靠剪切力运作，常见类型包括切掉型模具、切割型模具、打孔型模具、边缘修整型模具、轮廓成型模具、抽孔型模具以及切割成型模具。
弯曲模具用于将平直的原料件折成特定角度的形态，依据零件的构造、精细程度以及制造数量的多少，存在多种类型不同的模具，例如一般弯曲冲压工具、轮状弯曲冲压工具、边缘卷曲冲压工具、圆形弧度弯曲冲压工具、折叠缝线冲压工具和扭转弯曲冲压工具等。
c.抽制模具：抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。
成型模具是用来通过不同局部变形手段调整毛坯外观的工具，包括凸张成形模、卷缘成形模、颈缩成形模、孔凸缘成形模以及圆缘成形模。
压缩模具依靠巨大的压力，促使金属坯料发生位移和形态改变，从而制成目标外形，这类模具包含多种类型，例如挤压成型模具、花纹冲压模具、印记成型模具以及端面挤压模具。
三、模具典型结构
通常模具是由二类零件组成:
第一类属于工艺零件，这类零件直接执行工艺流程，并与原料发生直接作用，涵盖了起作用的部分、固定位置的部分、以及用于卸载和施压的部分等。
第二类属于构造组件，这类组件不直接介入工艺流程，也不与原料发生直接作用，仅对模具实现工艺流程有辅助作用，或者
对模具性能有促进作用,涉及导向部件、锁紧部件、通用部件及各类部件等,参见表1.1.3。需要强调的是,并非所有冲压模具都必须包含前述六类部件,特别是简单模,但作业部件和必须的安装部件等是必不可少的。
四、模具先进制造工艺及设备
模具制造领域的革新是整个行业进步的根基。当前，科学技术的持续演进，促使计算机、信息以及自动化等尖端科技，逐步融入并改变着旧有的生产方式，由此催生出更为高效的前沿制造方法。
模具先进制造技术的发展主要体现在：
1.高速铣削加工
常规铣削加工选用较慢的进给速率，同时搭配较大的切削参数，而高速铣削加工则选用较快的进给速率，并搭配较小的切削参数，高速铣削加工相较于常规铣削加工，展现出以下特性：
高速铣削的主轴转速通常在15000转每分钟到40000转每分钟之间，个别情况下能提升至100000转每分钟。当运用这种加工方式来切削钢材时，其切削速度大约为400米每分钟，较之常规的铣削工艺，效率能提升五到十倍。在制作模具型腔方面，与传统的加工手段（包括常规铣削和电火花成型加工等）相比，这种方法的效率能提高四到五倍。
高精度高速铣削的加工精度通常在10微米左右，部分加工精度能够达到更高水平。
该材料具备优异的表层特性，加工过程中温度变化极微弱，仅上升3度，因此工件表面完整无损，不存在任何损伤层或细微裂纹，同时热效应引起的变形也极为有限。其表面光洁度极高，最佳状况下粗糙度值能达到1微米以下，显著降低了后续精加工和抛光环节的作业量。
能够加工非常坚硬的材料,可以切削硬度在50到54HRC之间的钢材,切削的最高硬度能够达到60HRC。
高速加工具备那些长处，因此它在模具制造领域正变得非常普遍，并且逐渐取代了某些磨削和电火花加工。
2.电火花铣削加工
电火花铣削加工属于电火花加工技术的显著进步，是替代传统依靠成型电极加工模具型腔的一种新工艺。这种加工方式类似于数控铣削加工，使用高速旋转的杆状电极对工件实施二维或三维轮廓加工，无需制作复杂且成本高的成型电极日本三菱企业新近推出的EDSCAN8E电火花成型机床，装备了电极损耗自动调节装置、CAD/CAM一体化系统、在线自动检测装置以及动态模拟系统，展现了当前电火花成型机床的技术水准。
3.慢走丝线切割技术
数控慢走丝线切割工艺的进步十分显著，各项性能十分成熟，自动化水平已能实现无人值守操作。其最快切割效率可到每分钟300平方毫米，制作精准度能达正负1.5微米，表面光洁度介于0.1到0.2微米之间。直径介于0.03至0.1毫米的细丝线切割工艺，能够实现型腔模和型芯模的同步加工，还可以对宽度仅0.04毫米的微小缝隙以及半径为0.02毫米的极小圆弧进行精确切割。倾斜角度切割方法已经可以处理超过30度的陡峭斜面，并达到高精度的加工效果。
4.磨削及抛光加工技术
精密模具制造中，磨削和抛光工艺凭借其精确度高、表面光洁度高、表面纹理细腻等优势，得到了普遍应用。现阶段，该领域普遍采用数控成型磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床以及自动化抛光设备等先进装置和技术手段。
5.数控测量
产品构造的繁复，势必造成模具组件形态的繁复，常规的几何测量方法已难以满足模具制造的需求，当代模具制造普遍采用三坐标数控测量设备来检测模具组件的几何参数，加工环节的检测技术也获得了显著提升，三坐标数控测量设备不仅能够实现高精度
除了用于地形测量复杂地表的数据，其卓越的温度调节功能，稳固的防震性能，周全的防尘安排，以及便捷的使用方法，都让现场自动检测得以实现。
先进制造技术在模具领域的应用，摆脱了传统制模工艺受人为因素影响的局面，质量稳定性不再主要取决于操作者，而是更多地由物理化学条件决定，整体性能变得容易把握，产品的复制精度也显著提高。
五、模具新材料及热、表处理
产品质量持续改善，对模具品质和耐用性标准日益严苛。要提升模具品质和耐用性，最关键途径是研制并推广新型模具材料，以及采用先进的热处理和表面处理技术，以此持续增强使用效果，不锈钢板材冲压模具材料的加工适应性得到优化。
1.冲压模具材料
冲压模具的材质包含多种类型，例如钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜以及高分子材料等。现阶段，用于制造冲压模具的材质中，钢材占据主导地位，常见的模具工作部件材料主要有碳素工具钢、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，此外还有硬质合金和钢结硬质合金等。
a.碳素工具钢
模具中常见的碳素工具钢有T8A、T10A等种类，它们的长处在于切削加工容易，成本费用不高。不过，它们的不足之处在于淬火时难以达到理想深度，高温强度不足，经过热加工时容易发生形变，所能承受的负载力量也相对有限。
b.低合金工具钢
低合金工具钢通过掺入适量合金成分，是在碳素工具钢基础上的改进。这类钢材相较于碳素工具钢，能降低淬火时发生的形变和开裂风险，同时增强钢的淬透能力，并且具备良好的抗磨损能力。制造模具时，常用到的低合金钢种类包括 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV（标记为CH-1）、6CrNiSiMnMoV（标记为GD）。
c. 高碳高铬工具钢
高碳高铬工具钢中，Cr12、Cr12MoV以及Cr12Mo1V1（代号D2）较为常见，这些材料具备良好的淬透能力、高硬度和优异的耐磨损特性，经过热处理后变形极小，属于高耐磨微变形模具钢，其承载性能仅次于高速钢。不过，它们的碳化物分布不均，因此需要通过反复的轴向锻造和径向拉伸来改善，以减少碳化物的不均匀程度，从而提升材料的应用效果。
d. 高碳中铬工具钢
模具专用的高碳中铬型钢材包括Cr4W2MoV, Cr6WV, Cr5MoV这几种, 它们的含铬成分不多, 共晶碳化物也较少, 碳化物颗粒分布得比较均匀, 经过热处理时不易变形, 同时拥有良好的淬透能力以及尺寸保持效果。同那些碳化物聚集现象比较突出的高碳高铬型钢材相比, 它们的综合性能得到了提升。
e. 高速钢
高速钢在模具钢里硬度最高，耐磨性和抗压能力也很强，能够承受很大的负荷。模具里经常使用的是W18Cr4V（标记为8-4-1），还有钨含量较低的W6Mo5 Cr4V2（标记为6-5-4-2，在美国被称为M2），以及为了增强韧性而研发的低碳低钒高速钢6W6Mo5 Cr4V（标记为6W6，也称作低碳M2）。高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布 。
f. 基体钢
通过在高速钢原有构成中掺入微量不同元素，并适度调整碳含量，能够提升钢材的特质。这类钢材被归类为基体钢。它们既具备高速钢的某些特性，同时拥有更佳的耐磨损能力和坚固度，其抗疲劳能力和柔韧性也超越了高速钢，属于兼具高强韧性的冷作模具用材，但其制作费用低于高速钢。模具里经常使用的基体材料包括 6Cr4W3Mo2VNb，也称作65Nb，还有 7Cr7Mo2V2Si，被称为LD，以及 5Cr4Mo3SiMnVAL，标记为012AL。
g. 硬质合金和钢结硬质合金
硬质合金的坚硬程度和抗磨损能力，比所有其他类型的模具钢材都要强，不过它的抗弯曲能力与韧性则比较弱。制作模具时，选用的是钨钴类硬质合金，对于那些受冲击力小而需要高耐磨性的模具来说，
选用钴成分较少的硬质合金材料，对于承受冲击作用较强的模具，应选用钴成分较高的硬质合金材料。
钢结硬质合金由铁粉和少量合金元素粉末混合制成，这些合金元素包括铬、钼、钨、钒等，它们作为粘合剂使用。该材料的硬质相为碳化钛或碳化钨。通过粉末冶金技术进行烧结，最终形成这种合金。其基体部分由钢构成，这一特点有效解决了传统硬质合金韧性不足且加工不便的问题。因此，这种合金能够进行切削、焊接、锻造以及热处理等工艺操作。这种合金成分中富含碳化物，尽管它的硬度和抗磨损能力不如纯硬质合金，但相比其他钢材仍要强很多，通过水冷和再次加热处理，其硬度能够达到 68 到 73 的洛氏硬度值。
h.新材料
冷作模具钢是冲压模具常用的材料，这种钢材应用广泛，使用量大，种类繁多。它对强度、韧性以及耐磨性有着主要的要求。当前，冷作模具钢的发展方向是在高合金钢D2（与我国的Cr12MoV性能相近）的基础上进行改进，形成了两个主要的技术方向：一个方向是减少碳和合金元素的含量，同时改善钢中碳化物的分布均匀性，以此来显著增强模具的韧性。美国钒合金钢公司出品的8CrMo2V2Si，还有日本大同特殊钢公司生产的DC53(Cr8Mo2SiV)，都属于此类。另外，也有为增强抗磨损能力而设计的粉末高速钢，这类材料是为了配合高速、自动化以及大规模生产的需求而研制的。例如德国研发的320CrVMo13，就是其中的代表产品。
2.热处理、表处理新工艺
提升模具工作面的抗磨损能力、硬度水平以及耐腐蚀性能，需要运用热处理和表面处理的新方法，特别是表面处理的新技术。除了常见的镀硬铬、氮化等表面强化工艺，近年来模具表面性能增强技术进步显著，实际应用成效突出。这些技术包括化学气相沉积，物理气相沉积，以及盐浴渗金属，它们是几种进步迅速且普及广泛的表面强化工艺新方法。这些工艺对于延长模具的使用时间，以及降低模具中昂贵材料的使用量，具有非常关键的作用。
六、冲压模具材料的选用原则
冲压模具里，材料种类繁多，包括金属类和非金属类，具体有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金，还有低熔点合金、锌基合金、铝青铜，以及非金属类的合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料和层压桦木板等。
制作模具的材质，需要具备极大硬度、极大强度、极大抗磨损能力、适中韧性、极高淬透程度，并且经过热处理后不易变形（或变形轻微），同时在淬火过程中也不易产生裂纹等特性。
模具的材质挑选恰当，并且热处理流程执行得当，是确保模具能够持久使用的重要环节。针对功能各异的模具，需要依据其作业情形、承受的力道、加工材料的特质、制造的数量以及生产效率等众多方面因素，进行周全的权衡，同时要针对上述各项性能要求有所侧重，进而决定适宜的钢材种类和热处理方法。
1. 生产批量
大批量生产冲压件时，模具工作零件凸模和凹模必须选用优质高耐磨模具钢制造。其余工艺及辅助结构零件材料标准也应相应提升。小批量生产情况下，可适当降低材料性能标准，以此节省成本。
2. 被冲压材料的，性能、模具零件的使用条件
加工坚硬或抗变形能力强的材料时，冲模的凸模和凹模需要选用耐磨损且强度大的材料，拉制不锈钢时，可以使用铝青铜做凹模，这种材料不易与金属粘连，导向柱和导向套需要具备耐磨损和良好的韧性，因此通常采用低碳钢表面经过渗碳和淬火处理。又如，碳素工具钢的显著缺点是淬硬深度不足，当冲模零件横截面较厚时，经过热处理后其内部区域的强度依然不高，不过，在频繁进行压缩作业的设备上操作时，凭借其承受震动的能力反而是一种长处，这种材质对于
这类零件，比如固定板和卸料板，不仅需要具备充分的承压能力，还必须保证在运作时不易发生形变。此外，可以通过实施冷处理、深冷处理、真空处理以及表面强化等工艺，来增强模具零件的优良特性。针对那些在冷挤压作业中受力环境恶劣的凸模和凹模，必须选用具备优良综合力学指标的模具钢材，这些指标包括但不限于高硬度、高抗压能力、良好韧性以及出色的抗磨损能力。同时，所选钢材还应含有适宜的高温硬度和抗热疲劳性能。
3. 材料性能
应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。
4. 降低生产成本
注意采用微变形模具钢，以减少机加工费用。
5. 开发专用模具钢
对特殊要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢。
6. 考虑我国模具的生产和使用情况
模具材料的选择必须依据零件的具体工作环境，首先确保满足核心性能要求，然后优先考虑选用经济性较好的材料，以此有效控制整体费用。
七、模具CAD/CAM技术
计算机领域与机械加工制造领域的快速进步和深度融合，催生了计算机辅助设计以及计算机辅助制造这一新兴技术。
计算机辅助设计与制造是革新传统模具制造流程的核心方法，属于一种高科技且经济效益显著的综合项目，它通过软件程序为使用者提供实用工具，借助电脑技术，使专业技术人员能够对产品形态、模具构造、成型方案、数控操作及费用进行规划和完善。模具的计算机辅助设计与制造，确实能够大幅压缩开发与生产的时间，有效减少经济开销，并且有助于提升最终产品的性能，这个观点已是业界广泛认同的事实。
功能强大的专业软件和高效集成制造设备不断涌现，以三维造型为核心、依托并行工程技术的模具CAD/CAM技术正逐渐成为主流趋势，这种技术能够完成面向制造和装配的设计任务，能够模拟成形过程并仿真数控加工环节，有助于实现设计与制造的深度融合。
快速经济制模技术旨在满足工业生产对多样化、小批量产品的需求，旨在提升模具制造效率，旨在削减模具制造开销，因此开发和应用此类技术日益受到关注。现阶段，快速经济制模技术涵盖了低熔点合金制模技术，涵盖了锌基合金制模技术，涵盖了环氧树脂制模技术，涵盖了喷涂成形制模技术，涵盖了叠层钢板制模技术。运用便捷价廉的快速成型工艺打造模具，能够简化制作流程，大幅压缩生产时间，具体表现为与常规钢模相比，周期可减少七至九成，费用亦可降低六至八成，于工业制造领域收获了突出的经济效益。这对加快新产品研制进程，推动生产进步具有关键意义。
八、冲压模具行业发展现状及技术趋势
1、现状?
自改革开放以来，国家经济迅猛进步，市场对模具的需求持续攀升。近些年，模具行业以年均约15%的速度迅猛扩张，同时，行业内部的所有制结构也经历了深刻变革，除了原有的国有专业制造单位，集体经营、合资企业、外商独资及私营机构均实现了快速成长。浙江宁波和黄岩地方享有“模具产业重镇”之誉，广东部分大型企业集团及迅速发展的乡镇公司，科龙、美的、康佳等集团均自行设立了模具生产机构，中外合资及外商独资的模具公司目前已有数千家。随着融入国际体系的步伐持续加快，市场角逐日趋激烈，大家对于产品质量、费用控制以及新产品研制能力的重视程度与日俱增。模具生产是整个环节里最关键的环节之一，近些年众多模具公司增加了在技术提升方面的资金投入，把技术提升当作公司进步的主要驱动力。
部分国内模具公司已经全面采用了二维计算机辅助设计，接着逐步运用了UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS这类全球通行的软件，少数企业还引入了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris以及MAGMASOFT这些计算机辅助工程软件，并且已经顺利将其投入到冲压模具的设计工作中。
大型冲压模具的制造水平已实现显著提升，特别是汽车覆盖件模具领域，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等制造企业已具备生产部分轿车覆盖件模具的能力。同时，众多研究机构以及高等院校也在积极进行模具技术的探索与开拓。多年奋斗下来，模具CAD/CAE/CAM技术领域获得突破性发展，成效明显；对于提升模具品质和压缩模具的设计与生产时间，都产生了积极作用。
吉林大学汽车覆盖件成型技术研究机构单独研发的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家研究机构开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究机构开发的冷冲模和精冲研究机构开发的冷冲模和精冲模CAD软件等，在国内模具领域有不少使用者。
中国模具行业在最近十余年里获得了显著进步，不过不少领域与工业领先国家相比还存在明显不足。比如，高精度制造机器在整体模具设备中的占比不高，计算机辅助设计等技术的应用程度不够深入，先进模具工艺的推广范围有限，这些问题造成一部分大型精密复杂模具需要从国外采购。
2、未来冲压模具制造技术发展趋势?
模具制造领域的进步应当着眼于满足模具制品在“交付时间迅速”、“精确度提升”、“品质优良”、“成本控制”等方面的需求。
迫切需要推进以下方面：普及应用计算机辅助设计、制造及工程分析技术，确保相关领域的技术革新，促进产业升级换代，提升整体技术实力，满足发展需求。
模具设计制造的未来趋势在于CAD/CAM/CAE技术，借助微型计算机软件的持续演进，推广该技术的环境已具备，众多公司会强化CAD/CAM技能的培育和配套支持，同时拓展CAE技术的使用范畴。计算机和网络技术的进步，让CAD/CAM/CAE技术在地域、公司、研究机构之间传播普及，成为现实，有助于技术资源的重新配置，促成虚拟化生产方式的实现。
(2)高速铣削加工
国际上近些年兴起的高速切削技术，显著提升了加工效能，同时能实现非常优良的工件表面质量。这种技术还能处理硬度较高的材料，并且具备温升控制得当、热变形微小的特点。高速切削技术的进步，为汽车和家电领域的大型腔体模具生产带来了新的发展机遇。现阶段，该技术正朝着更加灵活高效、智能驱动以及系统整合的路径不断演进。
(3)模具扫描及数字化系统?
高速扫描设备和模具测量系统具备从原型或样品获取数据直至完成目标模型的制作全过程所需的各种能力，显著减少了模具的开发与生产时间。部分高效扫描装置能够便捷地安装在现有的数控铣削机床及加工单元上，用以迅速收集信息，自动创建适用于各类数控系统的指令代码以及多种规格的计算机辅助设计文件，为模具行业的“反向设计”提供支持。扫描模具的技术已在汽车制造、摩托车生产、家用电器制造等诸多领域展现出显著成效，预计在下一个五年计划中能够取得更卓越的成就。
(4)电火花铣削加工?
电火花铣削加工技术又名电火花创成加工技术，是种不同于传统用成型电极加工型腔的新方法，它采用高速旋转的简单管状电极，能够实现三维或二
轮廓外形处理（类似数控铣削），因此无需打造精密的成型电极，这无疑是电火花成型工艺方面的显著进步。海外已有采用该技术的机床在模具制造领域投入使用。可以预见这一工艺将不断进步。
(5)提高模具标准化程度?
我国模具标准化水平持续进步，目前国内模具标准件应用比例大约为三成。相比之下，国际先进国家通常能达到八成上下。
(6)优质材料及先进表面处理技术?
提升模具的耐用度，需要选用上乘的钢材，并且采用恰当的表面加工方法，这是非常关键的。模具的回火和表面加工，是决定模具钢材能否充分展现其特性的核心步骤。模具回火技术的进步方向，是采用真空回火。模具表面加工方面，除了要改进，还应发展工艺先进的气相沉积法（比如TiN、TiC等）、等离子喷涂等新方法。
(7)模具研磨抛光将自动化、智能化?
模具的表层品质关乎其使用年限，也关系到制件的最终观感，作用十分关键，不容忽视，必须重视，需要研究，探索自动化的打磨以及智能化的抛光技术，以此取代当前的手工工艺，目的在于显著改善模具的表面状态，这代表着未来一个重要的前进方向。
(8)模具自动加工系统的发展?
这是国家未来进步的方向。自动化的模具加工设备需要多个机床科学搭配，要配备能够精确固定的辅助工具，要建立全面的机具与刀具数据库，要拥有灵活的数控协同机制，还要有精密的品质检测体系。
