紀(jì)慶瑞

（山東科技大學(xué) 機(jī)械電子學(xué)院，山東 青島 266000）

提升沖壓模具使用壽命方法研究

紀(jì)慶瑞

（山東科技大學(xué) 機(jī)械電子學(xué)院，山東 青島 266000）

模具憑借其簡(jiǎn)單、高效、快速的生產(chǎn)制造工藝已經(jīng)成為制造企業(yè)中不可或缺的一部分。但是就目前我國的模具整體水平來看，在使用壽命以及加工精度方面與發(fā)達(dá)國家相對(duì)比還有很大差距，尤其是使用壽命方面，我國模具的使用壽命僅僅是發(fā)達(dá)國家的1/4左右，這不僅會(huì)影響產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，而且還會(huì)對(duì)我國制造業(yè)發(fā)展起到阻礙作用。本文就提升沖壓模具的使用壽命進(jìn)行了簡(jiǎn)要研究。

沖壓；模具；使用壽命

1 沖壓模具的失效形式

所謂模具失效就是指模具報(bào)廢，不可以再進(jìn)行生產(chǎn)。從模具開始使用到報(bào)廢這個(gè)過程中所產(chǎn)出的合格產(chǎn)品數(shù)量就叫做模具的使用壽命。模具失效是不可以進(jìn)行修復(fù)的。其失效形式一般有一下幾種：漲裂、變形以及崩刃等。下面就沖壓模具的幾種主要失效形式進(jìn)行說明。

1.1 沖壓模具的磨損失效

磨損失效是我們最常見的沖壓模具失效形式。所謂磨損失效，就是在沖壓過程中因磨損造成的模具失效。一般來說，磨損失效的表現(xiàn)形式一般有刃口鈍化、棱角變圓以及表面溝痕等。造成磨損失效的原因一般有以下幾種：第一，在正常情況下，模具與物料進(jìn)行接觸，模具與物料之間因?yàn)闆_壓力產(chǎn)生摩擦，久而久之也就造成了模具摩擦損失嚴(yán)重，造成失效。第二，模具對(duì)物料進(jìn)行沖壓的過程中，物料因壓力會(huì)有雜質(zhì)或者碎屑脫落下來，掉落在模具和物料之間，模具對(duì)物料進(jìn)行沖壓時(shí)，碎屑在模具與物料之間摩擦，從而加劇了摩損，造成模具過早失效。第三，模具因?yàn)楸ｐB(yǎng)不到位，在沖壓時(shí)，模具表面沾上配料金屬，這些金屬在沖壓時(shí)作用于物料，造成所沖壓物料尺寸形狀等發(fā)生變化，模具失去了沖壓準(zhǔn)確性造成模具失效。

1.2 沖壓模具的開裂失效

模具的開裂失效主要是因?yàn)槟＞咴谥圃鞎r(shí)由于制造缺陷導(dǎo)致制造的模具強(qiáng)度不足。沖壓模具一般是經(jīng)過鍛造而成，在鍛造過程中，如果鍛壓不充分，或者在之后的熱處理階段產(chǎn)生微裂紋，這些裂紋在使用過程中因?yàn)槭艿搅Φ淖饔枚粩噙M(jìn)行擴(kuò)散，久而久之，造成模具開裂，提前報(bào)廢。

1.3 沖壓模具的變形、崩刃失效

沖壓模具一般都是由凸模和凹模組成的，所謂變形失效對(duì)于凸模來說，就是在沖壓過程中彎曲、甚至折斷。而對(duì)于凹模來說，是受力不均勻?qū)е碌膲褐飘a(chǎn)品形狀發(fā)生變化。這種失效形式和上面提到的開裂失效相同，也是由于模具制造過程中由于結(jié)構(gòu)不夠合理、選用材料不正確或者之后的熱處理工藝流程不到位所致。在產(chǎn)品進(jìn)行沖壓時(shí)，因?yàn)槟＞吒鞑课皇芰Σ痪?，受力較大的地方經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用就會(huì)造成變形，繼續(xù)使用就會(huì)產(chǎn)生模具崩刃。當(dāng)然，造成模具崩刃的原因有很多，比如，操作不當(dāng)、空間狹小以及縫隙不均等。

2 影響沖壓模具壽命的原因

經(jīng)過上面的介紹我們可以了解到，沖壓模具的使用壽命和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、加工方法以及熱處理過程等都有著密切關(guān)系。我們通過對(duì)大量沖壓模具失效的原因統(tǒng)計(jì)得出：模具失效最主要的原因是熱處理不當(dāng)，其比例占到了45%，材料以及結(jié)構(gòu)原因占到了1/4，其他方面占30%。因此，當(dāng)前階段，提升沖壓模具使用壽命首先要解決的就是熱處理工藝過程問題以及選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。這兩方面得到良好的解決，將會(huì)使沖壓模具使用壽命得到顯著提升。

2.1 沖壓模具的設(shè)計(jì)和選材

沖壓模具因?yàn)樵O(shè)計(jì)造成使用壽命過低的事例不在少數(shù)，模具間隙大小、沖壓工序安排以及定位中有一項(xiàng)未進(jìn)行周密設(shè)計(jì)都會(huì)導(dǎo)致模具壽命嚴(yán)重降低。間隙過小會(huì)導(dǎo)致模具和物料之間摩擦過大，間隙過大將很難起到?jīng)_壓成形的作用。

模具的選材也是極為重要的，根據(jù)物料的金屬屬性來確定模具的強(qiáng)度要求，進(jìn)而確定制造模具選用的材料。模具的工作過程中，要承受沖擊、震動(dòng)、摩擦以及高壓等眾多負(fù)荷，尤其是在高溫環(huán)境下工作的模具更要注意材料的選用。就目前來看，沖壓模具選用的材料一般為鋼，分類有碳素工具鋼、低合金工具鋼貨高速鋼等。針對(duì)大批量生產(chǎn)制造的模具要選用耐磨性好的鋼材，例如硬質(zhì)合金；對(duì)強(qiáng)度有特定要求的模具，一般要選用高韌性鋼材。除此之外，凸凹模選用不同材質(zhì)的鋼材也可以提高模具的使用壽命，例如凸模用工具鋼，凹模用高碳高鉻鋼。

2.2 沖壓模具的熱處理

前面已經(jīng)介紹了模具的主要失效形式，熱處理導(dǎo)致的失效一般為開裂。首先要注意的就是淬火階段。淬火過程由于加熱溫度過高而造成模具過熱過燒，模具的脆性加強(qiáng)，韌性減弱，這樣在長(zhǎng)期的使用過程中，由于模具承受不斷的沖擊，韌性不足造成開裂。此外，淬火溫度過低對(duì)于模具壽命影響也是巨大的。溫度過低會(huì)導(dǎo)致模具耐磨性減弱進(jìn)而磨損失效。淬火加熱時(shí)要注意對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)，防護(hù)不到位就會(huì)導(dǎo)致淬火表面形成氧化層，使模具耐磨性嚴(yán)重降低。其次，淬火降溫時(shí)，要特別注意，淬火溫度冷卻過快和油溫過低都會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋。最后是回火階段，回火階段的主要作用是消除淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，回火溫度太低將會(huì)導(dǎo)致模具韌性降低，進(jìn)而產(chǎn)生早期斷裂。

3 提升模具使用壽命的辦法

3.1 合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

避免模具局部壓力過大、縫隙過小造成的摩擦過大的有效方法就是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一個(gè)模具合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是保證在正常的生產(chǎn)條件下，模具不產(chǎn)生沖擊破裂以及應(yīng)力集中現(xiàn)象。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要保證模具各部分受力均勻，并且注重避免尖角、內(nèi)凹角等結(jié)構(gòu)，這樣在熱處理時(shí)就可以避免熱處理變形。在做好了這些之后，保持合理的模具間隙也是尤為重要的。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

第一，導(dǎo)向支撐和對(duì)模具的保護(hù)。這種措施一般用于凸模設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是針對(duì)用于沖小孔等小尺寸所用的凸模時(shí)，一定要采用自身導(dǎo)向和保護(hù)結(jié)構(gòu)。

第二，圓弧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圓弧結(jié)構(gòu)一般是為了減小摩擦所設(shè)計(jì)的。在夾角以及窄槽時(shí)，要設(shè)計(jì)半徑為3～5mm的圓弧進(jìn)行過渡。

第三，針對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹模必要時(shí)要采用鑲拼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以有效避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)造成的應(yīng)力集中問題。

第四，沖壓成型模的凸凹模圓角半徑選擇要合理。這種地方的圓角半徑對(duì)成型過程中配料的流動(dòng)和成形力會(huì)產(chǎn)生很大的影響。稍有不當(dāng)就會(huì)對(duì)模具的使用壽命產(chǎn)生很大影響。

3.2 模具的熱處理工藝

熱處理階段主要是將模具的材料進(jìn)行處理。模具的磨損、黏結(jié)都是發(fā)生在表面的失效模式。熱處理的作用就是使模具具有基本的韌性以及表面有足夠的耐磨性，所以在模具生產(chǎn)時(shí)，做好熱處理階段工作是尤為重要的，針對(duì)熱處理加工技術(shù)在很多資料上都可以查閱。但是，現(xiàn)階段由于模具在加工過程中會(huì)有加工痕跡附著在模具的表面上，這樣在熱處理時(shí)就會(huì)在痕跡周圍行成氧化層，要想解決這個(gè)問題，采用新的熱處理技術(shù)是重要的途徑。

3.3 正確的使用和維護(hù)

在模具失效調(diào)查中，有很多都是由于人工操作不當(dāng)造成的。針對(duì)這方面，要注意的問題是嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度，減小摩擦。此外就是頂起檢查和提前修模，避免摩擦過度造成不必要的損失。

4 結(jié)語

沖壓模具對(duì)制造是尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，提升沖壓模具的方法也有很多，不同的處理方式對(duì)模具壽命有著較大的影響，實(shí)際操作中要根據(jù)具體情況采用不同的措施，切勿一概而論。

[1]張桂俠.提高沖壓模具使用壽命的方法探討[J]. 鍛壓技術(shù)，2011,06:90～94.

[2]吳月.對(duì)提升沖壓模具使用壽命相關(guān)問題的探討[J]. 科技視界，2014,32:261.

[3]苑蕓烽，趙建朋. 提高沖壓模具使用壽命的方法探討[J]. 科技與創(chuàng)新，2015,12:80+82.

TG385.2

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1671-0711（2017）01（下）-0058-02