乌鲁木齐经济技术开发区（头屯河区） 新疆乌鲁木齐 830057
由于运用模具生产具有效率高、操作简单、生产成本低、产品质量稳定可靠等优点，机械制造业中模具的使用率越来越高，企业因此也可以显著提高经济效益。模具加工制造已成为一门独立的工艺和制造体系。以下就我多年从事模具设计和加工生产工艺编制的实践经验，以及通过学习和理论知识积累谈一些高精度冲剪模具的设计及其工艺编制的体会。
一、模具设计及工艺要求
模具作为控制和实现零件成形的关键因素，其自身强度、硬度、耐磨性以及精度要求大大高于一般零部件。因此其制作难度也大大高于一般零部件。同时，模具生产具有特殊性——即单件小批生产，使其生产过程、工艺、加工精度等主要依靠人工或智能控制。因此，在常规工艺条件下为提高模具的加工质量、减少废品率、返修率以及最经济的原则，必须合理选择和安排其工艺过程。
二、在模具设计中结构选择的问题
模具设计过程中，设计者应根据模具的使用条件、经济性、产品精度及模具寿命等要求选择适当的模具结构及工艺。通常，使用者的生产设备、生产条件、生产批量、技术工人水平等会决定模具结构的选择。而不同的模具结构又会对其使用的安全性、设备要求、模具制造成本、模具制造难度、工人水平、生产效率、模具使用寿命等产生不同的影响，因此，模具结构的选择必须在模具设计时科学分析：
首先，模具使用的安全性是模具设计所要考虑的第一因素，通常，机械加工模具运用在生产中都要通过冲床、压力机、空气锤等设备实现，而满足上述生产设备的安全生产条件是模具使用条件时必须考虑的——即设备冲击负荷、安全距离、送料方式等。
其次是根据模具使用单位生产批量、生产效率、模具的通用性等因素选择不同生产效率、不同使用寿命、保养维修性能等结构。
其三是根据使用单位设备及生产技术条件等选择相对简捷实用或操作保养较为简单的结构。
三、不同材料的选择及工艺区别
通常选用的材料分为碳素工具钢、合合工具钢、弹簧钢等几大类，如：T7A、T8A、T10A、T11A、Cr2、60Si2Mn、65Mn、9CrSi、CrWMn、Cr12M4V、W18Cr4V等，不同的材质有其自身最佳的工作条件，而各种材料的价格亦相差很大，因此合理选材也是一项重要的工作，选材工作一般在模具设计时即已完成，但在工艺编制上，工艺员也可根据材料供应、工艺条件等适当进行调整，但前提是不能严重损害模具的质量与使用性能。怎样选择钢材哪？现以两种特殊材料为例分析其工艺过程的区别与控制。
1、T10：该材料为碳素工具钢，碳素工具钢价廉易得，易于锻造成形，切削加工性也比较好。用作冷作模具的碳素工具钢主要有T7A、T10A、T11A等，其中，又以T10A钢应用最为普遍。冷作模具较少采用T8钢，主要有两方面原因：一是T8钢淬火加热过热敏感性大，甚至在加热温度比较低(780~790℃)的条件下，T8钢的晶粒也容易长大，韧度较差；二是T8钢淬火后组织中没有过剩的碳化物，因而耐磨性差。而过共析钢T10A、T11A在加热时能获得比较细的晶粒，淬火过热敏感性小，经适当热处理后可获得较高的强度和一定的韧度。另外，T10A、T11A钢在淬火后组织中还保留一些剩碳化物，可提高模具的耐磨性，这是T10A钢应用比较普遍的原因。
碳素工具钢的主要缺点是淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。因此，碳素工具钢只能用来制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高、形状简单、尺寸小、负荷轻的小型冷作模具，如用来制造小冲头、剪刀、冷冲模、冷镦模等。特别需要指出的是，碳素工具钢适于做冷镦模，根据冷镦模的工作条件，模具材料除了应有足够的强度以及模具工作表面和型腔要有足够的硬度和硬化层外，还需要有足够的韧度，故这类模具热处理后要求内孔有一定的淬硬层而外部不能淬硬，从而可保持有较高的韧度。如果淬硬层过深，会因工作中承受大的冲击而迅速开裂。但对尺寸较大、负荷较重的冷镦模，也会因淬硬层薄和基体太软而压陷。
由于其最后一个特点——热处理变形量较大，此种材料的模具不可能采取热处理前实现精加工控制尺寸后再热处理的工序过程，而必须采用先粗加工，再热处理，再精加工的工艺过程，再者由于该种材料热处理变形量较大——尤其是大尺寸套、环类模具，为了保证采用该材料的模具精加工工序时加工余量不至过大，通常在模具加工过程中还须增加预先和中间热处理，这样一来，其工序为：下料——球化退火——粗加工——淬火（或正火）+退火——半精加工——淬火+回火——精加工，通过上述工序可保证模具的精度及使用性能，并使模具制造过程中的废品率减小到最低、加工费最为经济。对于余量的安排要根据尺寸的不同、工件表面粗糙度、热处理工序变形量控制能力结合理论数据而确定。
2、Cr12Mo4V：该材料为高合金工具钢，特点为强度高，耐冲击、耐磨性较好，韧性较好，热处理变形小，但该材料价格相对较高，该类材料加工过程有别于T10等，必须经过锻造工序以改变材料的组织结构（微型、小型模具可省略此工序），特殊情况下，如难以实现热处理后精加工的正常生产工序时，可通过增加预先热处理和中间热处理以及控制最终热处理的方法来达到精度要求，其典型工序为：下料——锻造——球化退火——粗加工——正火+回火——精加工——淬火+回火——表面抛光。Cr12Mo4V在加工余量的控制上可考虑工作表面粗糙度、精加工定位偏差（无热处理后精加工的可不考虑此项）。对该材料进行回火时因要采用较高的回火温度高，为防止模具表面氧化或脱碳，须增加保护气氛，即在热处理炉中充入氮气以防止和减少工件表明脱炭。
3、选用其它材料的模具，其加工工艺（工序安排）可视该种钢材变形量、淬火温度、可锻性能等参照上述两种材料折中选择。
四、定位方法的选择
模具加工过程中的定位精度偏差是造成模具精加工后尺寸偏差的主要原因之一，根据理论和经验，通常三爪卡盘的一次装卡过程，会产生约0.05mm的装卡误差（理论误差甚至大于该数值，但有经验的技术工人通过控制，可将误差降至0.03mm以内），因此定位方法的选择在模具加工工艺编制过程中是必须着重考虑的，出发点是尽量减少定位基准的变动次数以及提高定位装夹精度，对精度要求较高的模具，一方面我们可通过选用装卡和加工精度较高的设备提高工件（模具）的定位精度，另一方面，在设备条件有限的情况下，也可用有经验的技术工人通过敲击、打表、提高加工精度等方法提升定位精度或降低二次装卡对工件装卡定位精度的影响。例如：套类模具通常采用先内后外的原则，并且内孔定位尽量用芯轴装夹，以避免装卡过程中卡盘的作用力使工件产生变形；小轴类尽量采用增加工艺头，一次装夹完成的控制方法；有位置度要求的加工面，原则上要在一次装夹中完成或在一次装夹中形成替代基准，从而保证加工过程采用的是同一基准或二次定位选用了同一基准。
五、数控机床的利用或自动工序的编排
数控机床通常是指数控电火花线切割机床、数控车床、铣床、磨床等，自动工序通常是指采用加工中心等设备一次性完成的工序。数控机床或自动工序的编制首要考虑该工序的定位基准选择要求，同时考虑该工序对整个工件加工过程的控制能力（即该工序加工的尺寸精度、位置度、成形度等），以及该工序对后序工序基准的影响等，因为数控机床或自动工序的选择，通常完成的都是难度较高的工作或对整个工件加工有决定性影响的工作，一旦该工序出现问题，常常是无法挽回的，而这一工序的加工时间和生产成本往往又是最高的，因此采用数控机床和自动工序的工艺，在整个工艺编制前即要将定位基准的安排围绕自动工序为中心。
六、采用划线控制模具形状，而模具尺寸精度高于划线精度（0.1mm）的模具工艺编制
对于高精度模具来说，划线只能作为粗加工中规范形状及大至位置之用，而准确控制通常必须采用卡具完成，而使用卡具又必将大大提高加工成本，现就本人在无卡具情况下对该类尺寸给予控制的一些经验叙述如下：首先将毛坯加工至基本形状，留出足够量的余量（为通常余量的2一3倍）将模具按图纸要求加工出各基准面，该基准面实际是替代基准面但与实际尺寸相比留出余量；第二步，在让出余量的前提下，划线找出各有关形状及尺寸线位置；第三步，按划线尺寸加工至要求（可留余量，也可不留余量），如有热处理需要进行热处理；第四步，用平面打表、千分尺等洽当测试手段测试要求形状位置与实际尺寸的差别，先加工出用“替代基准”定位的其它尺寸（留出加工余量）然后加工“替代基准面”；这样，基准虽然经过了两次变换，但仍能将尺寸控制在较小的误差范围内。
七、复合模具的整体工艺编制
复合模具是指一套模具在工作时要完成复杂形状或同时完成两个以上的生产工序，模具本身由多个部件或零件构成的模具组合。由于复合模具要将不同部件和零件分别加工完成后组装后达到整个模具的最后精度要求，所以，要对复合模具的装配过程和各部件（零件）之间的配合尺寸综合考虑，甚至在设计时就要对加工工艺提出具体要求。这里我们以一次冲压成形凹模的加工、装配与定位为例对这类模具的加工控制过程给以简要叙述。由于一次冲压成形凹模通常要求有较高的尺寸、位置精度，而对这类尺寸通常又无法在工件淬火后进行精加工，因此这类构件的加工难度极大、工艺要求也极高。对于这类工件，通常现代加工方法是采用热处理后一次完成达到要求的加工方法：如用电火花加工中心加工，而这一技术由于设备投资巨大，生产成本很高，目前在我区尚属空白，因此我们希望找到多项控制加工的方法在常规设备下解决，这一加工方法经过技术人员和各工序技术工人的密切配合和多次尝试，已经取得了良好的效果，现将控制关键叙述于下：其一，采用预先、中间、最终热处理，并相应提高材料规格的方法，以控制尺寸变形，如将T10改用Cr12Mo4V代替；其二，采用第五种归类的加工手段控制尺寸；其三，将复合模中的主要模具加工至图纸要求；其四，加工复合模配各部分至要求（该部分热处理不允许变形），其五，装配后加工出各定位孔，其六，根据定位位置调整图纸尺寸，反向加工复模其他尺寸达要求，然后热处理、修研。这一手段加工的模具操作相对要求很高，控制过程中存在一定偶然性，有相对无法解准的失控状态，因此模具出现废品的可能性相对较大，有待于关键工序理论水平的提高，如果在理论水平可控制热处理变形时，上述工艺过程也将得到完全控制。
以上是本人多年来从事模具设计和模具工艺编制工作总结出的一些经验，不对之处还望指正。