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        提高沖模壽命的改善措施

        2014-08-15 00:54:11楊昌林
        科技視界 2014年6期
        關(guān)鍵詞:沖模沖床凹模

        楊昌林

        (南車株洲電力機車有限公司,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)量的重要指標之一。國內(nèi)沖模壽命普遍較低是長期困擾企業(yè)的問題。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,對模具壽命提出了越來越高的要求。本文結(jié)合筆者多年從事模具設(shè)計、制造的經(jīng)驗,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,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:過量塑性變形;磨損;疲勞;斷裂及開裂;冷熱疲勞。冷作模具的失效形式,常見的有以下五種: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,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,從而提出解決問題的方案。

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

        在生產(chǎn)現(xiàn)場了解壓力加工設(shè)備、操作情況。收集15—25個模具,跟蹤統(tǒng)計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。詳細了解模具的鍛造、機械加工、熱處理工藝以及操作過程,其中重點了解熱處理及鍛造工藝操作過程及質(zhì)量檢驗方法。

        1.2.3 對模具進行失效分析

        對收集到的己失效模具的損傷形式進行全面分析。分析內(nèi)容包括:(1)損傷的外觀分析。仔細分析每一個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。仔細觀察裂紋的起裂點位置、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。檢查開裂源的位置及裂紋擴展方向,檢測晶粒度的大小,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技術(shù)措施。

        2 提高冷沖模壽命的措施

        2.1 合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)及形狀

        模具結(jié)構(gòu)的合理性,對模具的承載能力有很大的影響。不合理的結(jié)構(gòu),會嚴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,來選擇模具材料。例如沖裁模的工作零件,是在高單位壓力、強烈的應(yīng)力集中和沖擊性負荷的條件下工作的,因而它們應(yīng)具有較高的強度和硬度、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,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)量對模具的失效形式和壽命有很大的影響。國內(nèi)模具鋼未進行二次精煉,鋼中含有非金屬夾雜物、縮孔、縮松、顯微偏析、白點等缺陷,雜質(zhì)多,純度底,易使模具失效??煽紤]將模具鋼進行二次精煉并提供精煉軋材。

        3 不斷改進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)的增強而增厚。因此,在電加工時,應(yīng)嚴格控制電參數(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 100000r/min。 其加工表面粗糙度Ra可達10,加工精度達到0.01mm,而加工表面溫升僅約3度,銑削最高硬度可達HRC60。故無變質(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、制造周期、降低成本、提高質(zhì)量,從而提高模具壽命。

        3.4 進行合理的熱處理

        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°。通過球化退火為后續(xù)淬火熱處理作好組織準備,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)進行合適的表面強化處理,構(gòu)成沖模的強化與耐磨復(fù)層,從而增強抗磨能力,提高沖模壽命。表面強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?shù)谋砻鎻娀幚矸椒?,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

        進行精密沖裁時,沖床的剛度極為重要。沖床在承受載荷時,床身產(chǎn)生彈性變形。沖床的精度,既包括靜態(tài)精度,又包括動態(tài)精度,即沖床的剛度。若沖床的剛性差,則沖裁時床身的彈性變形量將增大。在沖裁過程結(jié)束的瞬間,沖頭和凹模的相對速度急劇增大,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,也將加速沖模的磨損。

        3.6.2 模具的潤滑及潤滑劑

        正確的潤滑能大幅度降低沖壓力,改變沖壓過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

        沖模在線切割后的加工方法,對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.機械設(shè)計[M].長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

        [2]吳宗澤,主編.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1988.

        [3]徐灝,主編.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1991.

        [4]肖景容,姜奎華,主編.沖壓工藝學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.

        [5]姜奎華,主編.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.

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