浅谈影响冷冲压模具寿命的因素及提高寿命的措施

张灵晓，文学洙

（延边大学 机械工程学科，吉林 延吉133002）

根据现代工业的发展趋势，工业产品的特征表现为：大型产品和小型化多功能产品的结构越来越复杂，高速、高温、高摩擦及腐蚀性工作环境的产品，对高性能材料的需求越来越迫切[1]。目前，企业越来越重视产品的生产周期，因此，生产效率高的冷冲压生产方式倍受青睐，对模具制造业也提出了更高更新的要求，要求模具有更长的寿命，更高的性能和精度，因此，模具结构和工作条件更复杂。冷冲压模具的使用寿命，直接关系着产品加工品质和产品加工效率的高低，是影响产品加工经济成本以及产品加工经济效益的重要因素，同时也是衡量冷冲压模具制造水平高低的重要指标[2~3]。本文通过对一些相关文献的研究简要阐述了目前影响冷冲压模具寿命的因素，并针对这些因素提出了提高模具寿命的措施。

1 冷冲压工序及其模具损坏形式

冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需要的零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法[4~5]。

1.1 冷冲压工序[5]

冷冲压的基本工序有分离工序和成型工序。分离工序即冲压件与板料沿着要求的轮廓线相互分离的过程，也称冲裁；成型工序则是毛坯在不破坏的情况下发生塑性变形获得所需形状，尺寸和精度的加工方法。

1.2 冷冲压模具的损坏形式

冷冲压模具的损坏形式多种多样，其中最主要的有断裂、变形、磨损和啃伤等[6]。

（1）断裂：由于模具的凸、凹模是模具在冲压过程中承受冲压力最大的部分，因此,会产生断裂现象。

（2）变形：凸、凹模在使用过程中发生变形，导致不能加工出符合尺寸精度和形状要求的零件。

（3）磨损：凸、凹模长时间频繁与被加工材料之间相互摩擦而造成磨损，如凸、凹模刃口变钝，棱角变圆等。

（4）啃伤：由于凸凹模间隙调整装配不均匀，凸、凹模相邻边缘相互啃咬而造成的啃伤。

2 影响冷冲压模具寿命的因素

模具因磨损或其它形式失效，不可修复而报废之前所加工的产品件数，称为模具的使用寿命[6]。为了提高冲压模具的寿命，必须对已失效的模具进行分析，了解和掌握失效的原因和影响模具寿命的主要因素。

影响冷冲压模具使用寿命的原因虽然很多，但最主要的还是受冷冲压模具本身和冲压过程这两大因素影响[7]。

2.1 模具本身的影响

（1）冷冲压模的凸、凹模及模具其他结构件的选材是否恰当

冲压模工作条件复杂，要承受振动、冲击、高压、摩擦和弯扭、拉伸等负荷，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，模具的寿命很大程度上依赖于模具材料的性能[8~9]。

（2）冷冲压模具的结构设计是否合理

与模具材料性能对模具寿命的影响类似，模具的结构设计对模具的寿命有很大的影响。材料性能较好，结构设计不合理时也不能有效地提高模具寿命，模具的强度、刚度、模具导向、排气和润滑等结构的设计都是不可小视的影响因素[10]。

（3）模具的热处理过程中是否达到了其工艺要求

为了达到要求的强度、刚度的要求，单单靠材料本身的性质是很难达到的，并且成本较高，采用合理的热处理技术不仅可以提高模具的使用性能，还能够大幅度模具寿命[11]。

（4）模具工作零件的加工精度与品质是否达到所需要求

模具工作零件加工精度与品质的优劣对于模具的耐磨性、抗胶合能力与抗断裂能力有显著的影响，因此，直接影响模具的使用寿命[12]。

（5）模具装配调试过程中凸、凹模的装配间隙是否合理

凸凹模之间的间隙不仅影响着冲裁件的断面品质，对模具的磨损也有很大的影响[13]。当间隙适当、冲裁速度低时，主要发生磨料磨损；间隙较小时，根据冲裁速度的快慢会发生粘接磨损或冲击磨损；当间隙较大时，会引起疲劳磨损[14]。

2.2 冲压过程的影响[6]

（1）冲压模具的选用是否恰当

在冲压模具的生产时，为了节省不必要的浪费，根据冲压模具将要生产的冲压件的不同，冲压模具的性能也有所不同，所以不合理选用冲压模具会急速缩短其使用寿命[2]。

（2）润滑剂的选用是否合理

冷冲压的整个过程中，凸凹模间、凸模与工件间，凹模与工件间一直在摩擦，不使用或不合理使用润滑剂，摩擦程度会急速增加，冲压模的寿命也无从提高[6]。

（3）冲压模中易损件损坏时是否及时发现并更换

冲压模中的易损件损坏为及时发现时，不仅会生产出大量不合格产品，并且对其它零件的寿命也存在严重的威胁[15]。

（4）冲压操作人员的操作水平等。

由于冲压操作人员的操作水平不同，冲压件的精度和品质会有相当大的差别，对冲压模具的寿命的影响也非常大。操作速度均匀、力度适中的操作人员使用的模具寿命会显著高于操作不熟练、力度忽大忽小的操作人员使用的模具寿命[6]。

3 提高冷冲压模具寿命的措施

通过上面对冷冲压模具损坏形式及影响因素的分析可知，冷冲压模具结构的合理的设计，模具材料的合理选择和高品质的模具加工与装配调试过程，是提高冷冲压模具使用寿命的基础[6]。在设计模具时，应该全面综合考虑各种影响因素，进而设计制造出最经济实惠且高质耐用的冷冲压模具；对于特殊用途的冷冲压模具，应结合其自身要求设计出经济适用的模具。

3.1 提高冷冲压模寿命的基本措施

（1）冷冲压模具的选材要正确

正确的选择模具材料是提高冷冲压模具使用寿命的基础，可以根据冲裁产品的批量大小（批量大时，要选韧性好、强度高、钢性及耐磨性较高的模具材料；批量小时，则可选择一般的模具材料）或冲压材料的性质和冲压件的品质要求（冲压件的尺寸公差要求高时，模具间隙要求较小，模具凸凹模与冲压件间摩擦较大，应选用耐磨性高和韧性高的材料）来决定模具材料[1][16]。一般常用的模具凸凹模材料有T10A、CrWMn、Cr12MoV、Cr12等[17]。

（2）优化冷冲压模具结构设计

合理的冷冲压模具设计结构是保证模具使用寿命的必备前提。模具设计应尽可能采用带导向的模具设计[16]；综合考虑模具的紧固方式和定位方式，加强模具零部件的紧固程度和合理的接触面积[16]；必要时采用加强筋、加强板等设计利用有限元法对模具进行校核[18]提高整体韧性、钢性和强度。

（3）合理的冷冲压模具热处理工艺

对不同材质、不同性能的材料进行合理的热处理是提高模具寿命不可缺少的一个关键因素[19]。淬火过程，若加热温度过高，会使凸、凹模淬火过硬，造成脆性过大而易折断碎裂；若加热温度不够，淬火的硬度或深度达不到工艺技术要求，凸凹模受力后易变形。所以在制造冷冲压模具时，必须合理、正确和熟练的掌握热处理工艺技术过程[20]。

（4）冷冲压模具的加工与装配品质[21~22]

冷冲压模具加工精度与品质越高其使用寿命就越长，相反会缩短其使用寿命；在凸、凹模装配时，间隙要调整均匀；凸、凹模表面的光洁度要达到设计要求；要保证各零部件的平行度与垂直度；各部件连接螺栓、销钉要连接牢固可靠；模具安装时，应严格控制凸模潜入凹模的深度，以减少磨损。

（5）冷冲压模具的使用和保养[16]

冷冲压模具在使用时，应正确的选择适宜的、精度较高的冲压设备，以及适合的冲压力[23]（一般大于零件重压力的30%~40%）；为较少磨损，可以在冲压板材、凸模及凹模上涂抹合适的润滑剂；使用中若凸、凹模刃口不够锋利时，应及时刃磨；模具不用期间，要做好封存，妥善保护；有弹簧装置的模具，要使弹簧处于自由状态下保存；表面涂油防锈，保持清洁。

3.2前人对于几种特殊的冷冲压模的研究

对于一些特殊的冲压件的冷冲压模具除了利用以上途径可以提高其寿命以外，还可以有一些专门的措施，不仅可以提高寿命，同时还可以降低制造成本，缩短制造周期，取得更大的经济效益。

（1）首钢岷山机械厂的牛显明从1997年试制出了冷冲压模具新型材料—铸造锌基合金，并用此合金先后制造了13套模具（选用Al3.75%、Cu3.42%、Mg0.05%和其余为Zn的合金，通过石墨坩埚精炼脱气处理，直接铸造成型）。他提出，锌合金冲压模与钢制冲压模比，在冲压件的复杂性、精度以及模具寿命方面都差一些，但作为多品种、小批量生产或新产品试制时的冲压模确实是一种行之有效、廉价和制造极为方便的冲裁模具[24]。

（2）天津理工大学机械厂的郭凤岐，在对平衡卡子冷冲压模具的磨损方式的研究中提出，生产平衡模具的材料定位T10A，并且将原来的普通淬火改为等温回火；冲裁间隙有传统的8%t改为合理大间隙15%t；结构上，在冲孔、落料工序的凹模上开排料槽孔；在模具冲制3万次后进行一次低温回火等措施都可以避免早期失效，提高模具寿命[25]。

（3）太原理工大学的郭晓红，在对W18Cr4V冲孔冷冲模淬火工艺的改进研究中得出结论：W 18Cr4V钢制冷冲模，经低温淬火后能够在保证工作部位抗变形能力和耐磨性的基础上，显著提高韧性，平均寿命达8万次，是原工艺处理的模具使用寿命的8倍以上[26]。

（4）谭海鸥、陈小艳利用并行工程对冷冲压模具进行了开发，缩短了模具开发周期果，同时提高了模具制造品质，节约了成本[27]。

4 结束语

冷冲压模具的损坏是一个复杂的过程，对其寿命的控制更是一个复杂的系统工程，各种控制措施不是独立存在的，它们之间要相互作用才能达到理想的效果。试图只改善其中某一个影响因素而彻底解决模具过早损坏的问题是不可能的。为了节省财力物力可以利用有限元等分析法先对模具受力情况及相应的变形等进行综合分析，找出问题，采取相应的解决措施，从而提高冷冲压模具的使用寿命是行之有效的方法。

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