张 扬

（福建技师学院，福建 福州 350101）

冲压是模具行业当中最普遍的一种加工方法，若能够使这种加工方法发挥出更加精准的功效，则会对相关的制造企业带来更大的收益[1]。随着工业生产技术的不断革新，在机械制造行业中的生产技术和相关生产设备也在不断地更新、换代，冲压模具的工作原理主要是通过压力实现对金属材料机械设备零件的加工和制造，与其它制造方法相比，冲压模具能够有效提高金属材料机械设备零件表面的光洁度、更精准的完成与工件之间的配合，并且随着冲压模具的产生，企业机械生产和加工技术也得到了相应的改进。对此，本文基于冲压模具提出一种新的金属材料机械设备零件制造方法。

1 基于冲压模具的金属材料机械设备零件制造方法设计

1.1 基于冲压模具的工作部件选型

在金属材料机械设备零件制造过程中，最关键的一部是工作部件的选型。金属材料机械设备的板料成型主要是通过其内部的表面金属材料的延展以及压料面中的材料补充而形成[1]。

本文基于冲压模具对工作部件进行选型，首先要选取合适的流动阻力用于控制零件板料，从而保证制造出的零件可以得到均匀的形变。并保证板料在形变过程中不发生开裂问题。同时在特殊的高温冲压成形过程中，工作部件应当具备更高的流动性能，避免制造过程中产生回弹问题[2]。因此，在选择基于冲压模具的工作部件选型时主要需要选择如何能够降低工作部件的流动阻力以及保证其与金属材料机械设备零件之间的良好接触，从而达到更好的冷却效果。因此在选型过程中应将冲压模具的凹凸模间隙、凹凸模圆角半径等充分考虑其中。

冲压模具的凹凸模间隙会直接影响金属材料机械设备零件与冲压模具之间的接触程度，凹凸模之间的间隙过大或过小都会对制造过程产生负面影响，因此在确定凹凸模的间隙时需要考虑到金属材料机械设备零件与冲压模具之间的摩擦力、接触情况等。

凹凸模圆角半径是决定能否制造出理想金属材料机械设备零件的关键因素。对于较为规则的设备零件，以U型零件为例。

为了保证零件的增长制造，设备零件内侧的弯曲部分的圆角半径应当尽可能的选用外侧圆角较大的半径。同时工作部件的厚度对于凹凸模圆角的半径也会产生较大的影响，工作部件金属材料越厚，圆角的半径应该越大。

1.2 金属材料机械设备零件稳健参数计算

在实际的设备零件生产企业中，由于受到各种因素的影响，导致最终制造的设备零件的精准度得不到控制，为了进一步保证制造的金属材料机械设备零件稳定性更高，在制造过程中还应当增加对金属材料机械设备零件稳健参数的计算流程。影响金属材料机械设备零件稳健性的参数主要包括金属材料的屈服强度、各项异性指标、摩擦力、冲压模具厚度等。

本文在设计制造方法时将以上参数的可变动范围设置如表1所示。

表1 影响设备零件稳健性参数变量变动范围表

针对上述影响设备零件稳健性参数变量，本文为了更加方便确定零件稳健参数，提出如下公式用于表达设备零件稳健性：

公式中，P表示为金属材料机械设备零件稳健性参数，ω表示为某一参数变量的均值；μ表示为某一参数变量的标准差；A表示为涉及的相关参数变量；Ax和Ay分别表示涉及的相关参数变量的上限和下限；q表示为期望值。利用上述表达式计算出被制造的金属材料机械设备零件的稳健性，从而根据计算结果找出影响设备零件稳健性的具体参数变量。

1.3 零件制造补偿环节

利用上文公式计算出的影响金属材料机械设备零件的参数变量后，为了进一步保证设备零件的可靠性和稳定性，还需要根据计算结果对制造出的零件进行相应的补偿。以冲压模具的厚度补偿为例，对于冲压模具厚度的补偿可以通过计算厚度变化的补偿网格节点信息实现，具体的实现流程为：首先将制造成型的金属材料机械设备零件厚度导入；读取其中网格、节点信息等相关参数信息；计算每一个节点上的补偿位移；以网格为最小单位，根据网格当中的节点坐标求出对应单位法向量，并计算出对应坐标信息；判断其是否经过了所有的网格，若不经过则重复上述求解法向量的步骤，若经过则输出相应的补偿后的网格节点信息，其它几种影响设备零件稳健性参数变量也可通过上述流程完成。

由于在进行属材料机械设备零件制造过程中，冲压模具和制造工作台会受到较大的载荷，因此极易造成模具与工作台的变形，从而影响金属材料机械设备零件在制作过程中与模具之间的接触不贴合，因此还需要对冲压模具和工作台的变形情况进行相应的补偿。首先对冲压模具和工作台的变形原因进行分析，并建立冲压模具与工作台之间的三维网格划分以对应的载荷映射关系，从而得到冲压模具及工作台详细的变形结果。再将变形结果导入到变形网格当中，并借助相应的网格分析方法得到最终冲压模具与工作台的形变量，并将其用于对实际设备零件的变形参考。利用变形参考体对其形变部位进行对应的补偿，补偿后获得的型面即为承压模具与工作台的补偿面，根据相应的参数信息对其进行补偿。

1.4 零件制造冷却环节

在完成相应的补偿工作后，为了保证金属材料机械设备零件不再发生二次变形，需要立即将零件的温度降低，因此，零件制造的冷却环节是至关重要的。

冷却环节中可分为两种对零件冷却的方法，一种是利用高压气体，将其喷射在温度较高的零件表面对其进行冷却。另一种方法是在承压模具中增加冷却回路装置，通过温度较低的介质在回路当中不断流动减少零件的热量，从而降低零件温度。根据实际的制造过程分析得出，第二种方法更适用于金属材料机械设备零件在制造中对零件的冷却。

在承压模具中增加冷却回路装置首先要根据实际制造的证金属材料机械设备零件形状，将回路设计成对应的规格，通过管道的弯曲连接形成冷却回路。这种管道弯曲的组装方式可以使冷却回路根据零件的规格进行随意的变换，同时对于零件本身而言也会使其冷却更加均匀，保证低温度介质的顺畅流通。

弯曲管道的位置及尺寸的设定需要根据实际的零件构造以及冲压模具决定，在对其进行设定的过程中应当注意弯曲管道与零件之间的距离，在满足具体强度的要求下尽可能的缩短二者之间的距离。

其原因在于，在冲压模具工作过程中，弯曲的管道会受到制造过程产生的冲击力和挤压力，影响最终的制造效果，因此弯曲管道的最小横截面积应当保证大于零件允许的临界面积。

弯曲管道所能承受的金属材料机械设备零件的最低强度应当设定在管道最小的横截面积上，在冷却的过程中，受到低温度介质的影响，管道的强度会降低。为了式弯曲管道能够承受住金属材料机械设备零件的热量影响，弯曲管道的安全系数取值应当保证尽可能高于冷却后的金属材料机械设备零件。

2 实验论证分析

2.1 实验准备

选取某制造企业中的金属材料机械设备零件设计图进行实验，分别利用两种制造方法制造出该零件50个。为了保证对比实验的客观性，在选择金属材料时，应尽可能的选择同一批号、同一规格的金属材料，并且除制造方法不同外，其它影响金属材料机械设备零件稳健性的参数变量均保持一致，完成对比实验。

2.2 实验结果及分析

通过上述实验准备完成对比实验，并将两种方法在制造过程中的相关参数信息进行记录，例如零件生产时间、零件生产速度、零件生产数量等参数，并计算出两种制造方法的生产效率，绘制成如图1所示的对比曲线图。

图1 两种制造方法实验结果对比曲线

从图1中的数据可以看出，本文制造方法的生产效率明显高于传统制造方法的生产效率，并且，本文制造方法的生产效率呈持续上升趋势，在完成50个零件的制造时生产效率趋近于100%，而传统制造方法随着零件的增加，生产效率逐渐降低。

因此，通过对比实验进一步证明，本文制造方法不仅可以有效提高零件的稳健性，同时还可以有效提高制造企业的生产效率，增加企业的经济效益。

3 结语

本文根据传统金属材料机械设备零件制造方法中受到多种因素的影响，导致零件质量问题产生的现状，提出一种基于冲压模具的金属材料机械设备零件制造方法，并通过对比实验进一步验证该方法能够有效提高制造企业的生产效率。

在今后生产制造企业在对工艺零件进行生产的过程中应当扩大对冲压模具的应用范围，从而使其提高更多机械设备零件的质量和生产效率，从而为企业的发展提供良好的帮助。