文／李艷·淮安市明森機(jī)械制造有限公司

潘祖軍·淮安清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司

冷沖壓模具失效形式以及對(duì)策研究

文／李艷·淮安市明森機(jī)械制造有限公司

潘祖軍·淮安清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司

李艷，工程師，取得國(guó)家專利8項(xiàng)，發(fā)表論文3篇。

在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，冷沖壓模具失效嚴(yán)重影響著沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在大批量沖壓件生產(chǎn)中，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響就更大。所以研究與分析冷沖壓模具失效形式以及對(duì)策是很有必要的。

沖壓模具失效形式

模具在生產(chǎn)以及制造過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生某些不足，或者在服役過(guò)程中逐漸出現(xiàn)了某些缺陷，如微裂紋、輕度磨損、塑性變形等，在此狀況下模具雖有隱患但仍能繼續(xù)工作；但是如果因某種原因損壞，或者損傷積累至一定程度將導(dǎo)致模具無(wú)法繼續(xù)服役，這就是所謂的模具失效。沖壓模具的失效形式一般為：塑性變形、磨損、斷裂、開(kāi)裂、表面腐蝕等。模具的失效按照發(fā)生時(shí)間出現(xiàn)的早晚大致可分為兩類：正常失效和早期失效。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，模具經(jīng)過(guò)大量的生產(chǎn)使用，因摩擦而自然磨損或緩慢地產(chǎn)生塑性變形及疲勞裂紋，達(dá)到正常使用壽命之后失效是屬于正常的現(xiàn)象，為正常失效。模具未達(dá)到設(shè)計(jì)使用規(guī)定的期限，就產(chǎn)生崩刃、碎裂、折斷等早期破壞，或因嚴(yán)重的局部磨損和塑性變形而無(wú)法繼續(xù)服役，為早期失效。對(duì)于早期失效的模具，必須查找其產(chǎn)生的原因，努力采取補(bǔ)救的措施，以節(jié)約生產(chǎn)成本。

沖壓模具的工作條件及失效形式

⑴沖裁模具的工作條件。

沖裁模具主要用于各種板料的沖切。從沖裁工藝分析得知，板料的沖裁過(guò)程可以分為三個(gè)階段：彈性變形階段、塑性變形階段和剪裂階段。

在彈性變形階段，當(dāng)凸模對(duì)板料施加壓力時(shí)，由于凸模和凹模之間存在間隙，受力部位不在同一垂線上，板料會(huì)在彎矩的作用下產(chǎn)生翹曲，與凸模端面的中心部分脫離接觸，這時(shí)板料只和模具的凸、凹模刃口部分相接觸，壓力集中于刃口附近。在沖裁過(guò)程中，由于板料的彎曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狹小區(qū)域。凸、凹模刃口區(qū)域不僅位于最大端面壓應(yīng)力和最大側(cè)面壓應(yīng)力的交聚處，而且也處于最大端面摩擦力和最大側(cè)面摩擦力的交匯處，工作時(shí)刃口承受著劇烈的壓應(yīng)力和摩擦力作用。

⑵沖裁模具的主要失效形式。

模具刃口所受作用力的大小和板料的力學(xué)性能、厚度等因素有關(guān)?？紤]到板料厚度對(duì)模具沖裁負(fù)荷的影響，通?？梢詫_裁按板料的厚度分為薄板沖裁(t≤1.5mm）和厚板沖裁(t＞1.5mm）。對(duì)于薄板沖裁模，由于模具受到的沖擊載荷不大，在正常的使用過(guò)程中，模具因摩擦產(chǎn)生的刃口磨損是主要的失效形式。磨損過(guò)程可分為初期磨損，正常磨損和急劇磨損三個(gè)階段。

①初期磨損階段。模具刃口與板料相碰時(shí)接觸面積很小，刃口的單位壓力很大，造成了刃口端面的塑性變形，一般稱為塌陷磨損，如圖1a所示。其磨損速度較快。

②正常磨損階段。當(dāng)初期磨損達(dá)到一定程度后，刃口部位的單位壓力逐漸減輕，同時(shí)刃口表面因應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)變硬化（圖1b）。這時(shí)，刃口和被加工坯料之間的摩擦磨損成為主要磨損形式，磨損進(jìn)展較緩慢，進(jìn)入長(zhǎng)期穩(wěn)定的正常磨損階段，該階段時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明其耐磨性能越好。

③急劇磨損階段。刃口經(jīng)長(zhǎng)期工作以后，經(jīng)受了頻繁沖壓會(huì)產(chǎn)生疲勞磨損，表面出現(xiàn)了損壞剝落（圖1c）。此時(shí)進(jìn)入了急劇磨損階段，磨損加劇，刃口呈現(xiàn)疲勞破壞，模具已無(wú)法正常工作。模具使用時(shí)，必須控制在正常磨損階段以內(nèi)，出現(xiàn)急劇磨損時(shí)，要立即刃磨修復(fù)。

圖1 沖裁時(shí)刃口的損傷過(guò)程

隨著刃口的磨損，工件的毛刺高度會(huì)不斷增加，因此實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過(guò)觀測(cè)毛刺高度的大小來(lái)推斷模具刃口的磨損量，在沖裁件達(dá)到質(zhì)量允許的毛刺極限值時(shí)即進(jìn)行刃磨。

從磨損機(jī)理上分析，凸、凹模的磨損主要是粘附磨損和磨粒磨損。粘附磨損是模具刃口與板料的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于高壓產(chǎn)生了局部的相互粘著和咬合現(xiàn)象，當(dāng)接觸面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，粘附部分便發(fā)生剪切引起磨損。磨粒磨損是指模具工作時(shí)表面剝落的碎屑嵌入工作部件表面，成為磨料，導(dǎo)致模具逐漸磨損的過(guò)程。沖裁硬度較高的金屬材料（如高碳鋼、硅鋼）時(shí)，因材料的硬?；蛱蓟飫冸x而產(chǎn)生磨粒磨損。當(dāng)沖壓高韌性材料（如奧氏體不銹鋼）時(shí)，易產(chǎn)生粘附磨損。

一般情況下，凸模的磨損要快于凹模，這是因?yàn)橥鼓Ｈ锌谔幍某辛γ娣e小于凹模，在同一沖裁力的作用下，凸模刃口處單位面積承受的壓應(yīng)力要比凹模刃口處更大一些。同時(shí)，在每一次沖裁過(guò)程中，凸模都要切入并退出板料，前后經(jīng)歷兩次摩擦，而凹模和板料的分離部分僅發(fā)生一次摩擦。而且，凹模的淬火硬度通常高于凸模，這一切使得凸模的磨損要比凹模更快。

此外，凸模退出板料時(shí)，需要有一定的卸料力將板料從凸模上卸下，卸料力與作用在凸模上的其他壓應(yīng)力不同，是唯一的拉應(yīng)力，使凸模在反復(fù)拉、壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生疲勞磨損，這也是致使凸模崩刃的原因之一。

對(duì)于厚板沖裁模，由于凸、凹模受到的作用力增大，在過(guò)大應(yīng)力的作用下，不僅會(huì)產(chǎn)生磨損，而且可能造成刃口變形、疲勞崩刃等現(xiàn)象。當(dāng)沖裁凸模較細(xì)長(zhǎng)時(shí)，還會(huì)引起彎曲變形或折斷，如圖2所示。

圖2 凸模斷裂和塑性變形

拉深模具的工作條件及失效形式

⑴拉深模具的工作條件。

拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形，拉深時(shí)凸模下壓板料毛坯，拉深力通過(guò)凸模底部和凸模圓角部位傳導(dǎo)給毛坯，板料毛坯的外緣部分通過(guò)凹模端面與壓邊圈之間被拉入凸模與凹模之間的間隙。在拉深力P動(dòng)、壓邊力P壓以及毛坯與模具工作部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)摩擦力的作用下，凸模圓角半徑處受到壓力P1和摩擦力F1；凹模圓角半徑處受到壓力P2及摩擦力F2；凹模端面部位受到了壓力P3和摩擦力F3；壓邊圈與板料相接觸的部位受到了壓力P4和摩擦力F4的作用（圖3）。

圖3 拉深時(shí)模具的受力

在拉深開(kāi)始階段，凸模圓角半徑處的板料被彎曲拉深并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力F1使凸模圓角半徑受到磨損。隨著拉深的進(jìn)一步進(jìn)行，已變形板料緊貼凸模圓角半徑部位并開(kāi)始產(chǎn)生應(yīng)變硬化，相對(duì)運(yùn)動(dòng)大大減弱，摩擦力變小。但是在整個(gè)拉深過(guò)程中，凹模圓角半徑處、凹模端面以及壓邊圈相應(yīng)部位始終與板料作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生劇烈摩擦，壓應(yīng)力和摩擦力都很大，因此凹模與壓邊圈的磨損現(xiàn)象始終存在。

⑵拉深模具的主要失效形式。

由于拉深模具的工作部件沒(méi)有刃口，受力面積大，工作時(shí)存在著很大的摩擦，但無(wú)嚴(yán)重的沖擊力，因此，拉深模不易出現(xiàn)塑性變形和斷裂失效。粘附磨損和磨粒磨損為拉深模具的主要失效形式，是拉深過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題和模具失效的重要原因。粘附磨損的部位發(fā)生在凸模、凹模的圓角半徑處，以及凹模和壓邊圈的端面，其中以凹模和壓邊圈的端面粘附磨損最嚴(yán)重。模具與工件表面產(chǎn)生粘附磨損后，脫落的材料碎屑會(huì)成為磨粒，從而伴生出磨粒磨損。磨粒磨損將使模具表面更為粗糙，進(jìn)而又加重粘附磨損。

從顯微觀察看，模具和坯料的表面都是凹凸不平的，由于模具表面的硬度高于坯料，相互擠壓摩擦?xí)r會(huì)將坯料表面刮下的碎粒壓入模具表面的凹坑。在拉深過(guò)程中，坯料的塑性變形以及坯料和模具工作部件表面的摩擦，會(huì)產(chǎn)生出熱能。特別是在某些塑性變形嚴(yán)重和摩擦劇烈的局部區(qū)域，所產(chǎn)生的熱能造成了高溫，破壞了模具和坯料表面的氧化膜和潤(rùn)滑膜，使金屬表面裸露，促使材料分子之間相互吸引，并使模具表面凹坑里的坯料碎屑熔化，和模具表面焊合形成堅(jiān)硬的小瘤，即粘結(jié)瘤。這些堅(jiān)硬的小瘤，會(huì)使拉深件表面粗糙度變大，嚴(yán)重時(shí)將在產(chǎn)品的表面刻劃出刻痕，擦傷工件，并且加速模具的不均勻磨損，這種失效形式又稱為粘模。此時(shí)，需對(duì)模具進(jìn)行修磨，除去粘附的金屬。拉深模的重要問(wèn)題，就在于如何防止粘附的金屬小瘤。

在拉深工作中，出現(xiàn)拉深粘模的問(wèn)題，與被拉深坯料的化學(xué)成分、所使用的潤(rùn)滑劑及模具工作部件的表面狀況等因素有關(guān)。鎳基合金、奧氏體不銹鋼、坡莫合金、精密合金等材料拉深時(shí)極易發(fā)生粘模。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，拉深模的工作部件表面不允許出現(xiàn)磨損痕跡，必須具有較低數(shù)值的表面粗糙度和較高的耐磨性。

冷擠壓模具的工作條件及失效形式

⑴冷擠壓模具的工作條件。

冷擠壓模具工作時(shí)，將大截面的坯料擠壓為小截面的工件，坯料受到強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用，發(fā)生劇烈的塑性流動(dòng)，由于被擠壓材料的變形抗力較高，如鋼的冷擠壓，其變形抗力高達(dá)1960MPa以上，使模具承受強(qiáng)大的擠壓反作用力和摩擦力。摩擦功和變形功轉(zhuǎn)化成熱能，使模具表面升溫達(dá)300℃左右（局部可達(dá)300℃以上）。此外，每一次擠壓過(guò)程都是在很短的瞬間完成的，從而使模具在工作時(shí)溫度升高，不工作時(shí)溫度又下降，就是說(shuō)模具還承受著冷熱交變溫度和多次沖擊負(fù)載的作用。如此嚴(yán)酷的工作條件，使得冷擠壓模具的使用壽命比其他模具要低。

⑵冷擠壓模具的主要失效形式。

冷擠壓模具的凸、凹模由于受力狀況有所不同，所以失效形式有所差異，一般凸模易于折斷，凹模易于脹裂。冷擠壓凸模的失效形式主要有折斷、磨損、鐓粗、疲勞斷裂和縱向開(kāi)裂；凹模的失效形式主要有脹裂和磨損。

冷擠壓模具的磨損主要是磨粒磨損和粘附磨損，磨損主要發(fā)生在凸模的工作端部和凹模內(nèi)壁。模具表面溫度的升高可能會(huì)使模具材料的表層軟化，從而加速磨損失效的過(guò)程。

冷擠壓時(shí)，凸?？赡茉趶澢鷳?yīng)力或應(yīng)力集中的作用下折斷，或因脫模時(shí)的拉應(yīng)力拉斷。凸模肩部由于承受很高的壓應(yīng)力和摩擦力，易產(chǎn)生麻點(diǎn)和磨損，成為導(dǎo)致凸模折斷的疲勞源。若凸模選材或熱處理不當(dāng)，在壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用下，將產(chǎn)生縱向彎曲或鐓粗，鐓粗一般發(fā)生在距工作端部1/3～1/2凸模工作長(zhǎng)度處。一旦發(fā)現(xiàn)凸模鐓粗，應(yīng)立即重磨。如果凸模因抗壓強(qiáng)度不夠發(fā)生鐓粗，在工作部位表面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起表面縱裂。若繼續(xù)擠壓，裂紋將擴(kuò)展并連接起來(lái)，造成掉塊（凹模表面成片剝落）。

若凹?？估瓘?qiáng)度不夠，擠壓時(shí)在切向拉應(yīng)力的作用下，會(huì)產(chǎn)生脹裂（縱向開(kāi)裂），凹模型腔變化的部位會(huì)發(fā)生橫向開(kāi)裂。如果采用預(yù)應(yīng)力組合凹模，長(zhǎng)期工作中內(nèi)層凹模型腔內(nèi)壁會(huì)因拉、壓交變循環(huán)的切向應(yīng)力作用導(dǎo)致疲勞開(kāi)裂。

任何模具，其失效形式并非一成不變。模具在服役過(guò)程中，在不同的部位，會(huì)承受不同形式的作用力，可能導(dǎo)致出現(xiàn)多種損傷形式并存的現(xiàn)象。由于模具材料的性能、模具的結(jié)構(gòu)、制造工藝、壓力加工設(shè)備的特性和加工操作方法的不同，各種損傷形式的發(fā)展速度有很大的差異，多種損傷形式的相互促進(jìn)會(huì)加速模具的失效。因此，同樣的模具可能會(huì)出現(xiàn)完全不同的失效形式和服役壽命。

對(duì)模具進(jìn)行失效分析，不僅要查明其失效形式、失效原因及影響因素，還應(yīng)當(dāng)了解其他可能導(dǎo)致?lián)p傷的原因及影響因素，掌握全面的情況。在克服某一種失效形式時(shí)，還要防止其他損傷的發(fā)展，以確保和延長(zhǎng)模具的服役期限。

影響沖壓模具壽命的因素及提高沖模壽命的措施

影響沖壓模具壽命的因素

模具因磨損或其他形式失效，不可修復(fù)而報(bào)廢之前所加工的產(chǎn)品件數(shù)，稱為模具的使用壽命。為了提高沖壓模具的壽命，必須對(duì)已失效的模具進(jìn)行分析，了解和掌握失效的原因和影響模具壽命的主要因素。

⑴模具材料的影響。

1）模具材料性能的影響。各種模具材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、塑性變形抗力、斷裂抗力、冷熱疲勞抗力等性能均有所不同，材料的性能必須滿足模具的具體使用要求，否則將導(dǎo)致模具的早期失效。如模具工作在循環(huán)載荷下時(shí)，使用疲勞抗力差的材料將會(huì)萌生疲勞裂紋，裂紋的不斷擴(kuò)展將引起模具的斷裂失效。

2）模具鋼材冶金質(zhì)量的影響。若鋼中含有強(qiáng)度低、塑性差的非金屬夾雜物，則容易形成裂紋源，引起模具早期斷裂失效。當(dāng)鋼中的碳化物過(guò)多，形成網(wǎng)狀、大塊狀或帶狀偏析時(shí)，將嚴(yán)重降低鋼的沖擊韌度及斷裂抗力，引起模具的早期斷裂、崩塊及開(kāi)裂等。鋼材中存在中心疏松和白點(diǎn)，會(huì)降低模具的抗壓強(qiáng)度，使模具淬火開(kāi)裂及工作表面凹陷。

⑵模具結(jié)構(gòu)的影響。

①模具幾何形狀的影響。模具的幾何形狀對(duì)成形過(guò)程中坯料的流動(dòng)和成形力產(chǎn)生很大的影響，從而影響模具的壽命。

②模具間隙的影響。模具的凸凹模工作間隙不僅影響工件的質(zhì)量，還影響模具的壽命。例如拉深模的間隙過(guò)小將增加摩擦阻力，易擦傷工件表面，并增大了模具的磨損。沖裁模的間隙過(guò)小會(huì)加劇凸凹模的磨損，降低模具的使用壽命。

③結(jié)構(gòu)形式的影響。模具的結(jié)構(gòu)形式不合理將導(dǎo)致應(yīng)力集中而斷裂失效。如圖4a所示為正擠壓空心工件的整體凸模，擠壓時(shí)極易在心軸根部產(chǎn)生應(yīng)力集中而折斷。改為圖4b所示組合式，消除了應(yīng)力集中，可以防止模具的早期斷裂失效。

圖4 擠壓凸模結(jié)構(gòu)形式

模具制造工藝的影響

⑴鍛造工藝的影響。

如果鍛造工藝不合理，會(huì)降低鋼材的性能，造成鍛造缺陷，形成導(dǎo)致模具早期失效的隱患。常見(jiàn)的鍛件表面缺陷有裂紋、折疊、凹坑等，內(nèi)部缺陷有組織偏析、流線分布不合理、疏松、過(guò)熱、過(guò)燒等。

鍛造時(shí)鐓擊力過(guò)大，變形量過(guò)大，易產(chǎn)生裂紋。加熱不均，溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生材料晶粒粗大的過(guò)熱現(xiàn)象、或?qū)е戮Ы缛刍脱趸倪^(guò)燒現(xiàn)象。停鍛后冷卻速度過(guò)快容易開(kāi)裂，特別是高碳高合金鋼，鍛造溫度范圍較窄，操作不當(dāng)極易開(kāi)裂。鍛造不充分會(huì)產(chǎn)生組織應(yīng)力，熱處理時(shí)也易發(fā)生變形開(kāi)裂。若模具材料中的非金屬夾雜物鍛壓后，流線分布走向與凸模軸線垂直，則可能引起橫向折斷；如果分布走向與軸線平行，則可能發(fā)生縱向劈裂。

⑵加工工藝的影響。

切削加工時(shí)沒(méi)有徹底去除材料表面脫碳層，將會(huì)降低模具的表面硬度，加劇了模具磨裂及淬裂的傾向。切削的表面粗糙、尺寸連接處不光滑，或留有尖角和加工刀痕，將萌生疲勞裂紋，造成模具疲勞失效。磨削加工時(shí)進(jìn)給量過(guò)大、冷卻不足則容易產(chǎn)生磨削裂紋和磨削燒傷，減低模具的疲勞強(qiáng)度和斷裂抗力。電火花成形及線切割加工，會(huì)使模具表面產(chǎn)生拉應(yīng)力和顯微裂紋，導(dǎo)致表面剝落和早期開(kāi)裂。若材料淬火后的內(nèi)應(yīng)力很高，電火花加工時(shí)應(yīng)力會(huì)重新分布，引起模具變形或開(kāi)裂。

⑶熱處理工藝的影響。

模具淬火加熱時(shí)溫度過(guò)高，容易造成模具的過(guò)熱、過(guò)燒，沖擊韌度下降，導(dǎo)致早期斷裂。如果淬火溫度過(guò)低，會(huì)降低模具的硬度、耐磨性及疲勞抗力，容易造成模具的塑性變形、磨損失效。淬火加熱時(shí)不注意采取保護(hù)措施，會(huì)使模具表面氧化和脫碳，脫碳將造成淬火軟點(diǎn)或軟區(qū)，降低模具的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗咬合能力，影響其使用壽命。淬火冷卻速度過(guò)快或油溫過(guò)低，模具容易產(chǎn)生淬火裂紋。如果回火溫度太低，而且不夠充分，將無(wú)法消除淬火過(guò)程中的殘余應(yīng)力使模具的韌性降低，容易發(fā)生早期斷裂。

模具工作條件和使用維護(hù)的影響

⑴被加工材料的影響。

被加工材質(zhì)的不同、厚度的不同對(duì)模具壽命有很大的影響。被加工材料的強(qiáng)度越高、厚度越大，模具承受的力也越大，模具的壽命相對(duì)較低。若被加工材質(zhì)與模具材料的親和力大，在沖壓成形過(guò)程中會(huì)和模具發(fā)生粘附磨損，降低模具的壽命。如用Cr12MoV鋼制作拉深模，拉深鎳基合金鋼板時(shí)，極易產(chǎn)生粘附咬合及拉毛現(xiàn)象，改用GT35鋼結(jié)硬質(zhì)合金制作拉深凹模，粘附咬合傾向大為減輕，提高了模具的壽命。

被加工材料的表面狀態(tài)，對(duì)模具的磨損也有很大的影響。采用表面沒(méi)有氧化黑皮或者脫碳層，僅有極薄的氧化膜或磷化膜的坯料，對(duì)模具沖壓最為有利。如用T10A鋼為工作部件制造的沖裁模，沖裁表面光亮的薄鋼板時(shí)，每刃磨一次可沖3萬(wàn)件，沖裁同等厚度的熱軋鋼板時(shí)，由于表面有氧化黑皮，每次刃磨只能沖裁1.7萬(wàn)件左右。

⑵沖壓設(shè)備特性的影響。

沖壓設(shè)備的剛度和精度對(duì)模具的壽命影響極大。開(kāi)式壓力機(jī)為C型框架，剛度較差，在沖壓力的作用下易產(chǎn)生變形，造成上、下模中心線不重合，模具工作間隙不均，甚至啃刃、崩刃。此外，沖裁過(guò)程結(jié)束的瞬間，載荷急速銳減，壓力機(jī)在沖壓過(guò)程中積聚的變形能量突然釋放，造成上、下模間的沖擊振動(dòng)，即所謂“失重插入”現(xiàn)象，這也加劇了模具的磨損。因此，精密沖裁或使用硬質(zhì)合金沖裁模具時(shí)，最好采用剛度較好，精度高的閉式壓力機(jī)。

⑶潤(rùn)滑條件的影響。

良好的潤(rùn)滑條件可以有效降低摩擦力、摩擦熱和沖壓力，減少模具的磨損，顯著提高模具的使用壽命。如沖裁硅鋼片時(shí)，采用潤(rùn)滑的模具壽命大約是無(wú)潤(rùn)滑模具的10倍。使用的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式是否適當(dāng)，對(duì)模具的使用壽命影響很大。如不銹鋼表殼擠光模，工作時(shí)采用機(jī)油潤(rùn)滑，模具壽命只有80件；改用二硫化鉬配制潤(rùn)滑劑，使用壽命可達(dá)1萬(wàn)件。

提高沖壓模具壽命的措施

對(duì)于拉深模具，粘附磨損是拉深模具失效的重要原因，一般粘附易發(fā)生在性質(zhì)相近的材料之間，所以應(yīng)根據(jù)被拉深材質(zhì)的不同，選擇相應(yīng)的模具材料，如果被拉深材料為有色金屬，模具材料可以選用鑄鐵、鋼材和硬質(zhì)合金；若被拉深材料為黑色金屬，則模具材料選用有色金屬、硬質(zhì)合金以及與其親和力小的鋼鐵材料。

對(duì)于冷擠壓模具，如果模具承受的單位擠壓力很大，則應(yīng)使用高淬透性的材料，如基體鋼、高速鋼，否則未淬硬的材料心部會(huì)引起模具塑性變形。如果凸模受偏心力較大，則應(yīng)選用高強(qiáng)韌性的材料。擠壓工件形狀復(fù)雜、生產(chǎn)批量大或者被擠壓坯料強(qiáng)度高，選擇硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金可以提高模具的壽命。

冷鐓模具在選材上，應(yīng)注意鋼的原始組織和化學(xué)成分，鋼材不應(yīng)有原始組織缺陷，如偏析、夾雜和少量縮孔等。在高負(fù)荷條件下工作的冷鐓模具，模具用鋼要有較高的純度，硫、磷含量要嚴(yán)格控制。一般鋼材含碳量在0.8%～0.9%韌性較好，含碳量在0.95%～1.05%為硬韌，含碳量在1.05%～1.15%為硬性，大型模具含碳量取下限，小型模具取上限。

合理設(shè)計(jì)模具

在保證沖裁工件質(zhì)量的前提下，沖裁模具應(yīng)盡可能選用較大的沖裁間隙，以降低沖裁力，減小模具的磨損。為了提高凸模的剛度，加強(qiáng)其抗偏載能力，以防止工作時(shí)凸模彎曲變形或折斷。一般凸模頭部截面積和尾柄部截面積大約分別取為工作端面面積的2倍和4倍，必要時(shí)對(duì)凸模進(jìn)行導(dǎo)向保護(hù)?？梢圆捎脧椥孕读习?，對(duì)板料施加一定的壓邊力，以減少因板料滑移或翹曲對(duì)凸模的作用力。為確保沖壓過(guò)程中沖裁間隙均勻，避免啃刃和刃口的不均勻磨損，可選用精確的模具導(dǎo)向裝置，例如使用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。

拉深模具的凸、凹模間隙設(shè)計(jì)要合理：間隙過(guò)小，摩擦阻力增大將使模具磨損加劇；間隙過(guò)大，則使制件起皺而加大模具的磨損；間隙不均，在模具工作中會(huì)產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，使模具的使用壽命下降。模具的工作表面硬度要高，以減少磨損。模具的表面粗糙度值要低，同時(shí)被拉深板料的表面粗糙度值也要低一些，以減少拉深時(shí)的摩擦阻力，有利于拉深件的塑性成形并提高模具的壽命。

冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度、剛度、可靠性和良好的導(dǎo)向性。采用最佳的凸模形狀，條件許可的情況下采用工藝軸，變單純正擠壓或反擠壓為復(fù)合擠壓，以降低單位擠壓力。擠壓凸模不易過(guò)長(zhǎng)，防止縱向彎曲。模具工作部件的過(guò)渡部分應(yīng)設(shè)計(jì)足夠大的圓角半徑，避免尖角過(guò)渡產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。凹模易橫向開(kāi)裂部位應(yīng)采用分割式結(jié)構(gòu)，以消除應(yīng)力集中。采用預(yù)應(yīng)力組合凹模結(jié)構(gòu)以防止內(nèi)層凹模的縱向開(kāi)裂。采用階梯式組合凹模比同尺寸的平口組合凹模具有更大的承受徑向內(nèi)壓力的能力。

在冷鐓模的凹模入口處，盡量設(shè)置足夠大的漸變圓角，避免應(yīng)力集中，并在出模方向上作出拔模斜度，以利于坯料在型腔內(nèi)的流動(dòng)及降低模具的負(fù)荷。硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金冷鐓模具的硬度高，耐磨性好，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品精度高?？梢圆捎糜操|(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金鑲塊的組合式結(jié)構(gòu)，用加套的方法施加預(yù)應(yīng)力，減少或抵消模具受到的冷鐓力，以提高模具的使用壽命。但硬質(zhì)合金脆性很大，當(dāng)模具形狀復(fù)雜并在較高的沖擊負(fù)荷下工作時(shí)，不應(yīng)采用硬質(zhì)合金。

提高模具制造加工質(zhì)量

要重視模具鋼坯的鍛造工藝，消除帶狀和網(wǎng)狀碳化物分布，使流線和沖擊力方向垂直。鍛造時(shí)為了充分打碎坯料中的碳化物，使其呈彌散狀均勻分布，應(yīng)采用高鍛比變向鐓拔的方法。

在制造加工過(guò)程中，必須嚴(yán)格保證模具的尺寸形狀精度，避免留下機(jī)加工刀痕；過(guò)渡部分要平滑，不能有微小缺陷，防止使用過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力集中裂紋。電加工及磨削加工后應(yīng)進(jìn)行回火，以消除加工應(yīng)力。

拉深模具的最后拋光工序操作方向應(yīng)和坯料金屬流動(dòng)的方向一致，凹模型腔應(yīng)縱向往復(fù)而不是圓周運(yùn)動(dòng)拋光。拋光時(shí)應(yīng)注意冷卻，防止過(guò)熱使模具硬度下降。

冷擠壓凸模加工后形狀要對(duì)稱，工作部分必須同軸心，否則凸模單邊受力易折斷。正擠壓或反擠壓凹模的表面粗糙度值越低越好，可以采用磨削后再研磨拋光的方法，以減少磨損，提高模具的壽命。

應(yīng)根據(jù)冷鐓模具的工作條件和材料性質(zhì)適當(dāng)選擇淬火硬度和硬化層深度，防止早期失效。熱處理中要注意充分回火，回火時(shí)間不足，應(yīng)力未能全部消除，即使硬度滿足要求，仍會(huì)產(chǎn)生崩塊現(xiàn)象，回火時(shí)間一般在1.5小時(shí)以上。

正確選擇模具材料

當(dāng)沖裁模具的生產(chǎn)批量很大時(shí)，應(yīng)選擇強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性好的高性能模具材料。由于凸模的工作條件比凹模更差，凸模材料的耐磨性可以選得比凹模材料更高。

采用模具強(qiáng)韌化處理和表面強(qiáng)化處理

采用強(qiáng)韌化處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)，使模具獲得優(yōu)良的整體強(qiáng)韌性能和優(yōu)異的表面硬度、耐磨性和抗粘附性能，是提高各類模具使用壽命的有效途徑。

合理使用維護(hù)模具

在使用沖裁模具操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度，以免磨損加劇。沖模使用了一段時(shí)間后，凸、凹模刃口將不可避免地出現(xiàn)磨損和磨損溝痕。這時(shí)候提前修模，可以減小摩擦力、預(yù)防磨損溝痕導(dǎo)致的裂紋，避免因磨損后凸、凹模間隙不均產(chǎn)生的附加彎矩，提高模具的壽命。凸、凹模再次磨削后，應(yīng)用細(xì)油石對(duì)刃口仔細(xì)研磨、拋光，去除磨削毛刺、使表面粗糙度Ra≤0.10μm，消除損傷隱患。模具存放時(shí)，上、下模應(yīng)保持一定空隙，以保護(hù)刃口。

在拉深凹模和被拉深板料之間必須涂上合適的潤(rùn)滑劑，使模具與板料不直接接觸，消除粘附咬合的條件。拉深時(shí)模具與板料接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闈?rùn)滑劑分子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以大大減小摩擦力和摩擦熱，有效地減少或防止磨損。被拉深板料的厚度、硬度、組織結(jié)構(gòu)要求均勻一致；表面保持光潔無(wú)雜質(zhì)、氧化皮、銹蝕，避免模具受力不均過(guò)早磨損。模具使用后若表面粗糙度變差，要及時(shí)修磨拋光。

應(yīng)選用拉深速度低一些的拉深機(jī)床，易于被拉深金屬材料的流動(dòng)，減少模具表面的摩擦。雙動(dòng)壓力機(jī)拉深速度較緩慢，受力比普通沖床平穩(wěn)、均勻，有利于延長(zhǎng)拉深模具的壽命。

冷擠壓模具工作時(shí)同樣要合理潤(rùn)滑，擠壓黑色金屬時(shí)應(yīng)采用磷化處理加潤(rùn)滑。冷擠壓過(guò)程中，模具溫升很快，應(yīng)定時(shí)冷卻。對(duì)于重載模具，擠壓數(shù)千次后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火處理（160～180℃保溫兩小時(shí)），能有效提高模具的壽命。對(duì)于反復(fù)使用的外層或中層預(yù)應(yīng)力圈，在多次壓出后，需經(jīng)180℃保溫兩小時(shí)去應(yīng)力回火處理以防外圈崩裂。冬季低溫時(shí)，模具使用前最好預(yù)熱，以防凸模冷脆折斷。必須建立完整的維護(hù)保養(yǎng)制度，指定專人及時(shí)對(duì)壓力機(jī)和模具進(jìn)行調(diào)整、修復(fù)。模具在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，要采取防銹措施，上下模座之間要有限位塊保護(hù)。

為了降低冷鐓模具工作時(shí)的摩擦系數(shù)，防止模具粘附咬合，冷鐓坯料應(yīng)經(jīng)過(guò)磷化或鍍銅處理。在大多數(shù)情況下，冷鐓前坯料要經(jīng)過(guò)預(yù)熱。預(yù)熱能改進(jìn)材料的加工性能，減少出現(xiàn)裂紋的可能性，還可以提高模具壽命。冷鐓時(shí)也應(yīng)進(jìn)行潤(rùn)滑，良好的潤(rùn)滑可以降低制品的表面粗糙度值，提高模具的壽命。尤其對(duì)復(fù)雜形狀的工件進(jìn)行冷鐓，潤(rùn)滑更為重要。