提高冲模寿命的改善措施

杨昌林

(南车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲412001)

冲模寿命的高低直接影响着冲压加工的生产效率和生产成本，它也是衡量模具质量的重要指标之一。国内冲模寿命普遍较低是长期困扰企业的问题。随着高效、高速、高精度的新型塑性加工工艺的出现及发展，对模具寿命提出了越来越高的要求。本文结合笔者多年从事模具设计、制造的经验，浅析影响模具寿命的原因及提高模具寿命的一些措施。

1 模具失效的基本形式及原因

1.1 模具失效的基本形式

要提高模具寿命，首先应分析模具的失效形式所谓模具失效形式，就是使模具丧失正常工作能力的某种损伤形式。只有充分了解导致损伤的原因及各种影响因素，才能在消除某一种损伤形式时，不至于顾此失彼，而使其它损伤形式加速发展。

模具损伤的基本形式有五种：过量塑性变形；磨损；疲劳；断裂及开裂；冷热疲劳。冷作模具的失效形式，常见的有以下五种：断裂；变形；磨损；咬和；啃伤失效。

1.2 模具失效原因的分析

研究提高模具寿命的技术措施方案时，首先应分析确定这一批模具的主要失效形式，并分析其原因、影响因素，从而提出解决问题的方案。

1.2.1 生产现场的分析调查

在生产现场了解压力加工设备、操作情况。收集15—25个模具，跟踪统计这些模具的工作寿命和失效形式。

1.2.2 模具材料及制造工艺的分析调查

检查模具钢的化学成分和冶金质量是否符和规定要求。详细了解模具的锻造、机械加工、热处理工艺以及操作过程，其中重点了解热处理及锻造工艺操作过程及质量检验方法。

1.2.3 对模具进行失效分析

对收集到的己失效模具的损伤形式进行全面分析。分析内容包括：（1）损伤的外观分析。仔细分析每一个模具上共有多少种损伤形式、各种损伤形式的损伤程度、何种损伤形式使模具失效。仔细观察裂纹的起裂点位置、裂纹源部位的几何形状和表面粗糙度，是否有引起应力集中的因素。（2）金相分析。检查开裂源的位置及裂纹扩展方向，检测晶粒度的大小，分析是沿晶断口还是穿晶断口。检查表面到心部的金相组织、测量从表面到心部的硬度。（3）分析判断。汇集上述分析结果后进行综合分析，判断引起损伤和失效的原因，在此基础上制订提高模具寿命的各项技术措施。

2 提高冷冲模寿命的措施

2.1 合理设计模具结构及形状

模具结构的合理性，对模具的承载能力有很大的影响。不合理的结构，会严重恶化模具的工作条件、加速模具的损伤，从而大大缩短模具寿命。

2.2 正确选择模具材料

凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。所以对凸、凹模的材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、淬透性和切削加工性，硬度高，热处理变形小，价格低廉。全部满足以上要求往往是不可能的，这就要根据具体条件选用模具材料，做到在满足使用条件的前提下花钱最少。

2.2.1 根据冲压零件生产批量的大小，对于大量生产的零件，其模具材料应采用质量较好、耐用度高的材料。反之，应采用较便宜、耐用度稍差的材料。例如对较小批量的生产，可用塑料模代替钢模。

2.2.2 根据冲压材料的性质、工序种类及冲模零件的工作条件和作用，来选择模具材料。例如冲裁模的工作零件，是在高单位压力、强烈的应力集中和冲击性负荷的条件下工作的，因而它们应具有较高的强度和硬度、高的耐磨性和足够的韧性，必须采用CrwMn、9M26V、Crl2MoV等工具钢或硬质合金。在拉深不锈钢零件时，可采用抗粘着性较好的铝青铜做凹模，导柱导套则采用低碳钢表面渗碳淬火，以保证表面耐磨性和心部较好的韧性。

2.2.3 模具钢的冶金质量对模具的失效形式和寿命有很大的影响。国内模具钢未进行二次精炼，钢中含有非金属夹杂物、缩孔、缩松、显微偏析、白点等缺陷，杂质多，纯度底，易使模具失效。可考虑将模具钢进行二次精炼并提供精炼轧材。

3 不断改进和完善冲模制造工艺

3.1 线切割、电火花加工

模具表面的电火花熔化层的厚度，随放电加工的电参数的增强而增厚。因此，在电加工时，应严格控制电参数，使熔化层的厚度控制在10mm以下，可减轻上述不利影响，而且可使熔化层的硬度、耐磨性提高，从而提高模具寿命。

3.2 高速铣削

高速铣削主轴转速为 15000～4000r／min，最高达 100000r／min。 其加工表面粗糙度Ra可达10，加工精度达到0.01mm，而加工表面温升仅约3度，铣削最高硬度可达HRC60。故无变质层、微裂纹与热变形，可推广用于模具型腔与大型刃口件的高效、高精度及高硬度材料的加工，是模具制造工艺技术的重要发展方向。

3.3 模具 CAD／CAM

推广应用模具CAD／CAM、CAI)P与CIMS技术，缩短模具设计、制造周期、降低成本、提高质量，从而提高模具寿命。

3.4 进行合理的热处理

正确执行热处理工艺，可保证模具获得所需要的性能，不同的加工方法采用不同的热处理工艺。例如Crl2MoV通常在线切割加工前进行淬火及回火，且采用较高的淬火与回火温度，可采用1020°淬火，500°回火；而当完成凸、凹模加工后淬火，为防止变形，宜采用较低温度淬火及回火，可采用980°淬火，200°回火。 另外，Crl2MoV、Crl2等高碳高铅合金工具钢模具在淬火前，可采用球化退火作为预备热处理。球化退火工艺规范为加热温度850～870°，等温温度740～760°。通过球化退火为后续淬火热处理作好组织准备，减少淬裂倾向，从而提高模具寿命。

3.5 采用合适的表面强化处理

在凸、凹模等工作零件的表面(主要是刃口和型腔表面)进行合适的表面强化处理，构成冲模的强化与耐磨复层，从而增强抗磨能力，提高冲模寿命。表面强化处理的方法可分为三大类：（1）不改变基体表面化学成分的，如电子束、激光、真空热处理等；（2）改变基体表面化学成分的，如渗碳，碳氮共渗、渗金属等；（3）在基体表面形成硬化层的，如镀硬铬、热喷涂等。根据具体情况，选择恰当的表面强化处理方法，是提高冲模寿命的有效措施。

3.6 确保模具在正常的工作条件下工作

3.6.1 冲床的刚度

进行精密冲裁时，冲床的刚度极为重要。冲床在承受载荷时，床身产生弹性变形。冲床的精度，既包括静态精度，又包括动态精度，即冲床的刚度。若冲床的刚性差，则冲裁时床身的弹性变形量将增大。在冲裁过程结束的瞬间，冲头和凹模的相对速度急剧增大，加速了冲模的磨损。此外，冲床的刚性差，易使凸、凹模间隙不均匀，也将加速冲模的磨损。

3.6.2 模具的润滑及润滑剂

正确的润滑能大幅度降低冲压力，改变冲压过程中工作零件与材料间的摩擦性质，有利于金属在型腔中的流动和冲压件的顺利出模，散发摩擦热，降低模面温度，减小磨损，提高工件质量和冲模寿命。

4 结语

冲模在线切割后的加工方法,对冲模的寿命影响极大。如何消除线切割加工产生的脆性,提高韧性,最佳方法是喷丸+低温回火,其次是磨削后+研磨+低温回火,再次是研磨+低温时效处理,各单位可根据自己的具体情况选择。

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