如何从设计环节上降低模具成本

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如何从设计环节上降低模具成本

模具工业是国民经济的基础工业。模具是军工、机械、电子及轻工业的基础工艺装备。随着生产和科学技术的发展，经济贸易市场中竞争的加剧，促使产品加速更新换代，这对模具的数量、质量、成本、交货期等方面提出了更高的要求。模具开发的成败，关键在于设计。可以说这是我们业内人士所共识的，很多单位都有这种感受———不怕加工不出来，就怕设计不出来。可见一副模具，其设计难度要比加工难度大得多。笔者认为，一副成功的模具，它不仅仅只是能够完成预定的冲压任务，而且要使模具在自身的加工、调整、维护、易损件消耗等一系列过程中，总的花费达到最少，这才是模具设计的最高境界。

降低模具成本的方法
模具的成本主要由以下几部分组成：材料费、设计费、加工费（包括调试费用）、包装费及运送费、税金、其他费用（如商业运作、交纳管理费等）。其中材料费、加工费及税费合计起来至少要占到模具总成本的80%以上。而材料费和加工费是由设计图样决定的、采用什么牌号的材料、需要多少原材料、模具零件加工需要走什么样的工艺路线、是否具备良好的可调试性能、修改次数等，这些又全都取决于设计。因此，模具设计是最关键的环节。所以控制模具成本就要从设计上入手。要达到减少成本的目的，归纳总结起来讲，需要做好以下几个方面的工作：
1. 首先，总体设计方案的制定要合理，也就是说设计理念要正确，从冲压工艺、排样到总体结构的确定都应该遵守相关的原理或法则。比如说排样方案的制定，按照常规设计法则第一工步是先冲出导正孔，紧接着第二工步就必须要设置导正钉导正，不论步距多么小也不能空开，如果不这样安排，从初始送料精度，到整个模具步距精度全都无法保证，等于失去了定位基准，冲压件的精度也就谈不上了。

如何对条料的冲裁、折弯、拉深、折叠和卷边等过程进行有效的控制，采用怎样的结构确保坯料按照设计的意图成形。这些方案的制定都要求设计者对材料的变形规律具有较为充分的了解。同时对现行方案要进行必要的校对核算，比如展开尺寸的大小，拉深次数的确定，初始间隙的取值，压力中心偏离位置，压边力、卸料力或推件力大小，弹簧的长度及压缩量等都应该先计算出来并作为设计的理论依据。尽量采用较为成熟的结构。

对模具结构进行设计时，最好能够想象出模具将来的装配、运行及条料的变形过程，这样做可以提早发现很多不切实际的装配问题或运行当中产生的干涉，阻碍送料、定位不稳定等问题从设计初始就想办法解决掉。因为模具一旦出现大的设计失误，会导致模具报废。笔者曾见过这样一副模具，它的最后一个工位要完成切断、打87°弯、出件三个动作，排样并没有错，由于结构设计上没考虑周全，只满足了锐角打弯的要求，而专为摆动式凸模设置的下挡板阻碍了制件排出，无法连续工作，把一个本来很容易处理的问题搞复杂了，最终模具做了报废处理。后来另
做的新模具改变了结构，凸模改为直通式，凹模改成斜面，去掉挡板后模具才得以验收合格。因此，总体方案上绝不能出现大的问题。

2. 在确定冲压工艺路线和排样之前，将各种方案进行成本估算，这样做可以为决策提供依据。比如某个冲压件可以用几副单步模冲压加工完成，也可以用一副跳步模（级进模）冲压加工完成，还可以用复合模冲压加工完成，到底应该采用哪种方案，要对比看哪种方案的综合成本最小。

3. 要落实好标准件的推广应用工作，尽量多用标准件。这个道理很简单，因为标准件能够形成批量生产，所以其市场价格相对更便宜。还有一个好处就是缩短了模具制造周期，使总的工作量至少减去一半。目前，市场上模具标准件十分丰富，种类繁多，规格齐全。比如弹簧、模架、导向件、螺钉塞、导正孔凸模和凹模、导正钉、检测销、小压板、浮料销、顶杆等，这些零部件都可以从专门的厂家买到，从而免去了设计和加工工作。减轻了生产环节压力，加快了进度，反过来又对销售起到一定的促进作用。

4. 不可忽视非标零件设计的工艺性审查工作。实际生产当中造成零件报废的原因有时并不在操作工身上，而在于设计不合理。比如一个价值上千元的板件，由于型孔的一个尖角开裂而报废，这种情况下能把责任推卸给热处理吗？由于凹模镶件设计的壁厚太薄弱，切完型孔后发生变形而做报废处理，这能怪罪慢走丝操作工吗？还有这样的情行，某个复杂的异型孔，如果设计上采取拼接方式，则凸、凹模的加工相对要容易的多，用工具磨床就可以保证尺寸精度要求，若是设计成整体式，就必须采用慢走丝或坐标磨床加工，结果加工费用提高成百上千元。有时凸模设计得过于细长，抗冲击性太差，造成冲压生产中频繁停机和维修更换，增加费用还耽误生产。以上所讲述的的现象经常会遇到，所以，对于非标零件，投产前一定要进行工艺性审查，由资深设计人员或工艺师检查其图样是否符合本厂工艺条件。如尺寸不能超出现有设备的最大行程，基准要始终保持一致，曲线（面）加工要避免干涉现象，注意不要有淬火时容易开裂的尖角，可夹持面要够大，尺寸精度和形位公差容易控制，对于某些不能一次设计定型的零件要留出修改的余地等。有了工艺性审查把关，就可以减少很多因设计不合理而附加的费用，从而减少工厂损失。有些企业为了分工明确，方便管理，将设计工作与工艺编制工作划分开，各自管各自，内耗自然相对较大。

5. 材料的选用要适当。现在人们已经认识到资源的宝贵，模具原材料价格一涨再涨，尤其是合金工具钢，有些价格已超过原来的两倍。如高速钢W6Mo5 Cr4V2原来的价格不到40元/ kg,现在涨到80元/ kg 以上。硬质合金YG15 原来价格为300元/ kg, 现在涨到700 元/ kg 以上。进口材料价格更是高的离谱，如日本的普通模具钢SKD11 为70元/ kg,硬质合金D30为3000 元/ kg, 美国的硬质合金CD650 为3000元/ kg, 比相同性能的国产材料高出3倍以上。因此，在选用模具材料时，只要能够满足零件强度、硬度等性能条件，能达到预期的寿命，就应该尽量采用价格便宜的原材料，而一味地追求昂贵的材料，看似为了提高模具质量，其实是对资源的不合理利用，也是一种浪费。国产模具材料如T8、T10、CrWMn、Cr12MoV 等相对要便宜得多，建议优先选用。尤其在模具尺寸较大时，选择材料应当更慎重一些。有些关键零件，如果必须采用YG15 等耐磨损硬质合金材料，可以设计成热镶或局部焊接的形式，把其用量设法减到越少越好，从而可以省下大量资金。

6. 模具出厂之前一定得先试冲几次，并把每次试模当中找出的问题在本厂内部进行设计修改并彻底解决，最好是调试到十拿九稳的程度以后再包装发运出去。避免问题在模具运送到用户那里以后才暴露出来，到时，现场很可能没有专业设备及操作工给予配合，单凭钳工对模具进行修理或改造极为困难。浪费时间，增大开销还在其次，搞不好模具最终还得要运回本厂返修，那样就更加麻烦了，这些花费必然大大超出预算。同时也耽误了用户的生产进度，造成负面影响。总之，要尽可能减少模具在外调整的时间和工作量。

7. 图样的设计要规范。电脑上的图形实际尺寸与标注尺寸必须严格要求保持一致，命名也要具有惟一性，名称、图号不得有重复。这样做看起来似乎麻烦一点，慢一点，但是可以给后续的一系列工作带来很大的便利。无论是校对还是加工编程或者查对尺寸，都可以从电脑上直接调用图样文件。保证了设计图样对生产具有明确的指导作用。从总体上看，不仅节约了大量时间，而且提高了尺寸、形状表达的准确率，可有效避免他人因误解而引起的报废或返修，有效减少不必要的损失和浪费。

结语：以上提出的几点事项，如果要很好地落实下去，应建立起一系列相关的制度作为保障。这样，企业的模具设计开发水平及效益才会有明显的提高。