提高沖模壽命的改善措施

楊昌林

(南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲412001)

沖模壽命的高低直接影響著沖壓加工的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，它也是衡量模具質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。國(guó)內(nèi)沖模壽命普遍較低是長(zhǎng)期困擾企業(yè)的問(wèn)題。隨著高效、高速、高精度的新型塑性加工工藝的出現(xiàn)及發(fā)展，對(duì)模具壽命提出了越來(lái)越高的要求。本文結(jié)合筆者多年從事模具設(shè)計(jì)、制造的經(jīng)驗(yàn)，淺析影響模具壽命的原因及提高模具壽命的一些措施。

1 模具失效的基本形式及原因

1.1 模具失效的基本形式

要提高模具壽命，首先應(yīng)分析模具的失效形式所謂模具失效形式，就是使模具喪失正常工作能力的某種損傷形式。只有充分了解導(dǎo)致?lián)p傷的原因及各種影響因素，才能在消除某一種損傷形式時(shí)，不至于顧此失彼，而使其它損傷形式加速發(fā)展。

模具損傷的基本形式有五種：過(guò)量塑性變形；磨損；疲勞；斷裂及開(kāi)裂；冷熱疲勞。冷作模具的失效形式，常見(jiàn)的有以下五種：斷裂；變形；磨損；咬和；啃傷失效。

1.2 模具失效原因的分析

研究提高模具壽命的技術(shù)措施方案時(shí)，首先應(yīng)分析確定這一批模具的主要失效形式，并分析其原因、影響因素，從而提出解決問(wèn)題的方案。

1.2.1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的分析調(diào)查

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)了解壓力加工設(shè)備、操作情況。收集15—25個(gè)模具，跟蹤統(tǒng)計(jì)這些模具的工作壽命和失效形式。

1.2.2 模具材料及制造工藝的分析調(diào)查

檢查模具鋼的化學(xué)成分和冶金質(zhì)量是否符和規(guī)定要求。詳細(xì)了解模具的鍛造、機(jī)械加工、熱處理工藝以及操作過(guò)程，其中重點(diǎn)了解熱處理及鍛造工藝操作過(guò)程及質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

1.2.3 對(duì)模具進(jìn)行失效分析

對(duì)收集到的己失效模具的損傷形式進(jìn)行全面分析。分析內(nèi)容包括：（1）損傷的外觀分析。仔細(xì)分析每一個(gè)模具上共有多少種損傷形式、各種損傷形式的損傷程度、何種損傷形式使模具失效。仔細(xì)觀察裂紋的起裂點(diǎn)位置、裂紋源部位的幾何形狀和表面粗糙度，是否有引起應(yīng)力集中的因素。（2）金相分析。檢查開(kāi)裂源的位置及裂紋擴(kuò)展方向，檢測(cè)晶粒度的大小，分析是沿晶斷口還是穿晶斷口。檢查表面到心部的金相組織、測(cè)量從表面到心部的硬度。（3）分析判斷。匯集上述分析結(jié)果后進(jìn)行綜合分析，判斷引起損傷和失效的原因，在此基礎(chǔ)上制訂提高模具壽命的各項(xiàng)技術(shù)措施。

2 提高冷沖模壽命的措施

2.1 合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)及形狀

模具結(jié)構(gòu)的合理性，對(duì)模具的承載能力有很大的影響。不合理的結(jié)構(gòu)，會(huì)嚴(yán)重惡化模具的工作條件、加速模具的損傷，從而大大縮短模具壽命。

2.2 正確選擇模具材料

凸模和凹模是在強(qiáng)壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴有溫度的升高，工作條件極其惡劣。所以對(duì)凸、凹模的材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削加工性，硬度高，熱處理變形小，價(jià)格低廉。全部滿足以上要求往往是不可能的，這就要根據(jù)具體條件選用模具材料，做到在滿足使用條件的前提下花錢最少。

2.2.1 根據(jù)沖壓零件生產(chǎn)批量的大小，對(duì)于大量生產(chǎn)的零件，其模具材料應(yīng)采用質(zhì)量較好、耐用度高的材料。反之，應(yīng)采用較便宜、耐用度稍差的材料。例如對(duì)較小批量的生產(chǎn)，可用塑料模代替鋼模。

2.2.2 根據(jù)沖壓材料的性質(zhì)、工序種類及沖模零件的工作條件和作用，來(lái)選擇模具材料。例如沖裁模的工作零件，是在高單位壓力、強(qiáng)烈的應(yīng)力集中和沖擊性負(fù)荷的條件下工作的，因而它們應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和硬度、高的耐磨性和足夠的韌性，必須采用CrwMn、9M26V、Crl2MoV等工具鋼或硬質(zhì)合金。在拉深不銹鋼零件時(shí)，可采用抗粘著性較好的鋁青銅做凹模，導(dǎo)柱導(dǎo)套則采用低碳鋼表面滲碳淬火，以保證表面耐磨性和心部較好的韌性。

2.2.3 模具鋼的冶金質(zhì)量對(duì)模具的失效形式和壽命有很大的影響。國(guó)內(nèi)模具鋼未進(jìn)行二次精煉，鋼中含有非金屬夾雜物、縮孔、縮松、顯微偏析、白點(diǎn)等缺陷，雜質(zhì)多，純度底，易使模具失效?？煽紤]將模具鋼進(jìn)行二次精煉并提供精煉軋材。

3 不斷改進(jìn)和完善沖模制造工藝

3.1 線切割、電火花加工

模具表面的電火花熔化層的厚度，隨放電加工的電參數(shù)的增強(qiáng)而增厚。因此，在電加工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制電參數(shù)，使熔化層的厚度控制在10mm以下，可減輕上述不利影響，而且可使熔化層的硬度、耐磨性提高，從而提高模具壽命。

3.2 高速銑削

高速銑削主軸轉(zhuǎn)速為 15000～4000r／min，最高達(dá) 100000r／min。 其加工表面粗糙度Ra可達(dá)10，加工精度達(dá)到0.01mm，而加工表面溫升僅約3度，銑削最高硬度可達(dá)HRC60。故無(wú)變質(zhì)層、微裂紋與熱變形，可推廣用于模具型腔與大型刃口件的高效、高精度及高硬度材料的加工，是模具制造工藝技術(shù)的重要發(fā)展方向。

3.3 模具 CAD／CAM

推廣應(yīng)用模具CAD／CAM、CAI)P與CIMS技術(shù)，縮短模具設(shè)計(jì)、制造周期、降低成本、提高質(zhì)量，從而提高模具壽命。

3.4 進(jìn)行合理的熱處理

正確執(zhí)行熱處理工藝，可保證模具獲得所需要的性能，不同的加工方法采用不同的熱處理工藝。例如Crl2MoV通常在線切割加工前進(jìn)行淬火及回火，且采用較高的淬火與回火溫度，可采用1020°淬火，500°回火；而當(dāng)完成凸、凹模加工后淬火，為防止變形，宜采用較低溫度淬火及回火，可采用980°淬火，200°回火。 另外，Crl2MoV、Crl2等高碳高鉛合金工具鋼模具在淬火前，可采用球化退火作為預(yù)備熱處理。球化退火工藝規(guī)范為加熱溫度850～870°，等溫溫度740～760°。通過(guò)球化退火為后續(xù)淬火熱處理作好組織準(zhǔn)備，減少淬裂傾向，從而提高模具壽命。

3.5 采用合適的表面強(qiáng)化處理

在凸、凹模等工作零件的表面(主要是刃口和型腔表面)進(jìn)行合適的表面強(qiáng)化處理，構(gòu)成沖模的強(qiáng)化與耐磨復(fù)層，從而增強(qiáng)抗磨能力，提高沖模壽命。表面強(qiáng)化處理的方法可分為三大類：（1）不改變基體表面化學(xué)成分的，如電子束、激光、真空熱處理等；（2）改變基體表面化學(xué)成分的，如滲碳，碳氮共滲、滲金屬等；（3）在基體表面形成硬化層的，如鍍硬鉻、熱噴涂等。根據(jù)具體情況，選擇恰當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化處理方法，是提高沖模壽命的有效措施。

3.6 確保模具在正常的工作條件下工作

3.6.1 沖床的剛度

進(jìn)行精密沖裁時(shí)，沖床的剛度極為重要。沖床在承受載荷時(shí)，床身產(chǎn)生彈性變形。沖床的精度，既包括靜態(tài)精度，又包括動(dòng)態(tài)精度，即沖床的剛度。若沖床的剛性差，則沖裁時(shí)床身的彈性變形量將增大。在沖裁過(guò)程結(jié)束的瞬間，沖頭和凹模的相對(duì)速度急劇增大，加速了沖模的磨損。此外，沖床的剛性差，易使凸、凹模間隙不均勻，也將加速?zèng)_模的磨損。

3.6.2 模具的潤(rùn)滑及潤(rùn)滑劑

正確的潤(rùn)滑能大幅度降低沖壓力，改變沖壓過(guò)程中工作零件與材料間的摩擦性質(zhì)，有利于金屬在型腔中的流動(dòng)和沖壓件的順利出模，散發(fā)摩擦熱，降低模面溫度，減小磨損，提高工件質(zhì)量和沖模壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

沖模在線切割后的加工方法,對(duì)沖模的壽命影響極大。如何消除線切割加工產(chǎn)生的脆性,提高韌性,最佳方法是噴丸+低溫回火,其次是磨削后+研磨+低溫回火,再次是研磨+低溫時(shí)效處理,各單位可根據(jù)自己的具體情況選擇。

［1］彭文生，黃華梁，王均榮，黎桂英，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

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