浅析影响冷冲模使用寿命的因素及改善措施

王雪

摘要： 冷冲模是一种安装在压力机上，对放置在内的板料在室温下施加变形力，使其产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的特殊工艺装备。本文分析了影响冷冲模使用寿命的主要因素，从模具结构设计、选材、热处理及表面强化和制造工艺等方面提出提高注塑模具使用寿命的基本措施。

关键词： 冷冲模；寿命；热处理；措施

中图分类号：TG385.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）24-0018-02

0 引言

市场竞争日趋激烈化，现代企业必须坚持成本低、质量高、生产周期短的生产模式来参与市场竞争。冷冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，采用冷冲模生产的零部件，具有生产效率高、周期短、产品质量好及成本低等优点，因此被广泛应用。冷冲模作为冲压生产中最重要的工艺装备，其自身质量直接影响产品的质量优劣，同时模具在制造时占据生产成本中较大比重，若模具易失效、寿命短、质量低不仅影响产品质量，也会造成模具材料、加工工时等成本浪费。因此，提高冷冲模使用寿命，对降低生产成本和提高生产效率都有显著影响。

1 冷冲模的失效形式

模具因磨损或其他形式失效，直到不可修复并报废，在此之前所加工的冲压件数量称为模具寿命。冷冲模的常见失效形式有磨损失效、断裂或开裂、早期失效等。

1.1 磨损失效

冷冲模在使用过程中与成形坯料接触，因二者之间存在摩擦而造成模具的自然磨损。当磨损使模具尺寸发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继续服役时，称为磨损失效。磨损失效是正常失效方式。冷冲模刃口的自然磨损分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。模具使用应控制在正常磨损阶段内，当出现急剧磨损应立即进行刃磨修复。

1.2 断裂失效

模具出现较大裂纹或分离为两大部分和数部分而丧失工作能力的现象称为断裂失效。按断裂性质不同，分为塑性断裂和脆性断裂。按断裂机理不同，分为早期断裂和疲劳断裂。早期断裂指在承受较大变形力或在冲击载荷作用下，裂纹突然产生并迅速扩展造成的断裂。疲劳断裂指在较低应力下，经多次使用裂纹缓慢扩展后发生的断裂。

1.3 早期失效

模具因某种原因出现崩刃、折断和碎裂等现象称为早期破坏，导致模具不能继续工作而失效。崩刃现象会在模具工作表面首先出现一些小裂纹，随着裂纹逐渐长大最终导致材料成片崩出。对产生崩刃、折断和碎裂的模具，须查找原因积极补救。

2 影响冷冲模使用寿命的因素

冷冲模寿命指在保证制件品质的前提下，所能冲出的制件数。影响冷冲模寿命的因素主要有模具结构设计、模具钢材选用、热处理与表面处理、模具制造工艺和冷冲模合理使用与维护保养等。

2.1 模具结构设计对寿命的影响

模具结构设计对冷冲模寿命影响很大，合理的结构使冷冲模工作时受力均匀，偏载减小，不易产生应力集中。冷冲模结构设计应保证足够的刚度、强度、对中性及合理的配合间隙，以保证制造出的冲压件符合要求。设计冷冲模凸模时应注意合理设计导向装置和保证对中性。针对有小孔、窄缝、尖角等薄弱部位，为减小应力集中应设计圆弧过度。在保证制件质量条件下合理增大配合间隙，可在一定程度上提高模具使用寿命，改善模具工作部件的受力情况，降低冲裁力、卸件力，减少刃口磨损。另外，模架应有良好的刚性与高精度的导向机构，可减小模具变形，降低工作零部件磨损提高使用寿命。

2.2 模具材料对寿命的影响

冷冲模在工作时除承受冲击载荷外，还要承受振动、摩擦、拉伸与弯曲扭转等载荷，容易发生疲劳断裂、磨损、变形等失效现象。因此，合理选择模具材料能从材料性能方面提高模具使用寿命。

根据冷冲模生产类型、工作条件和材料性能，尽可能选择高品质材料。选用材料的硬度应保证在58～64HRC，并且具有高强度和高耐磨性及足够韧性，能抵抗热处理时产生的变形。材料的工艺和加工性能要尽可能好，具有良好的锻造性能，淬硬性和淬透性以及机械切削性能，磨削加工性、热稳定性和耐热疲劳强度高。在大批量生产时，应选择使用寿命长的模具材料，如硬质合金、高耐磨模具钢等。

2.3 模具的热处理与表面处理对寿命的影响

模具的热处理对模具的性质与使用寿命影响很大，合理的热处理有利于提高模具基体的强度、韧性，减少变形与断裂。将热处理与冷加工合理配合，可提高模具的使用寿命。

模具表面强化是为了提高模具的耐磨性、耐腐蚀性及润滑性能。常用的冷冲模表面强化方法有渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、氮碳共渗、渗金属等。选用合适的表面强化处理工艺，可使冷冲模使用寿命提高几倍甚至几十倍。

2.4 其他方面对模具寿命的影响

模具制造工艺对模具的使用寿命关系很大，切削余量不足易导致模具发生早期磨损或开裂。压力机精度不高，也易使冲模损坏。此外，冲模的安装、操作、保管维护及使用润滑剂等情况都可影响模具使用寿命。

3 提高冷冲模使用寿命的措施与途径

3.1 合理设计模具结构

冷冲模在冲裁板材时，冲裁轮廓的圆角半径（r）及板材的厚度（t）对模具的寿命有极大的影响。当r

3.2 合理选用模具材料及热处理方式

冷冲模工作部分，即凸模与凹模的材料选用有以下要求：模具材料要有高硬度和耐磨性，足够抗压、抗弯强度和适当的韧性。在选用材料时，国内主要选用5CrW2Si、9SiCr钢等，对性能要求较高的凸凹模，如制作电位器接触弹簧片冷冲模，由于该模具的凸模为异形薄长凸模，选用高速钢制造寿命较短，易出现崩刃或断裂造成早期失效，可选用6CrNiSiMnMoV钢制造凸模，可有效解决崩刃、断裂、早期失效及寿命短等问题。

热处理时，一般情况下凹模、冲头材料选用Cr12，其热处理加工工艺步骤如下：Cr12钢加热到1050～1080℃后空冷；经十字镦锻、反复锤打后球化退火并在850～870℃保温4h；再加热到960℃～980℃，经油冷却后在200～300℃时进行低温回火。热处理工艺参数的选择直接关系模具材料的内应力、耐磨性、切削加工性等各种性能。采用以上热处理工艺在生产制造过程中易产生开裂，有时甚至会在加工快要结束时产生裂纹造成很大损失。因此在改进中提出：球化退火前先在960℃～980℃进行一次正火，以消除网状二次渗碳体的形成得到良好的“球化体”组织，以获得好的加工性能；回火时温度尽量在150～250℃范围内，以得到最多量的回火马氏体从而使加工后的零件耐磨性、强度、硬度、韧性等都有所提高进而有效提高模具使用寿命。实验证明经改进热处理后凹模、冲头等零件的开裂现象减少，切削加工效果较以前有所提高，忽软忽硬现象已基本消失且耐磨性与韧性方面的效果得到明显提高。

3.3 通过其他方法提高模具寿命

冷冲模刃口状态是影响模具寿命不可忽视的重要因素，实验证明，刃口端有微小磨痕、裂纹、伤痕等缺陷，不仅影响冲切断面毛刺大小，而且直接影响模具寿命。通过磨削凸凹模，表面粗糙度为Ra0.8μm，加工后刃磨面仍存在微小裂纹等缺陷，为消除这些缺陷对刃面进行研磨抛光处理，改善冷冲模刃口状态，提高冷冲模使用寿命。

3.4 冷冲模合理使用与保养

为了提高冷冲模寿命及耐用度，提高冷冲件质量精度等级，要正确使用和合理保养冷冲模，包括模具的正确安装与调试；凸凹模间隙调整；模具的清洁、润滑及维修保养等。

3.4.1 安装模具时，应正确调整凸凹模刃口相对位置，凸模进入凹模深度适中，保证工作可靠。

3.4.2 调整冷冲模时，为保证凸凹模间隙均匀，要对其配合间隙进行调整。

3.4.3 对模具进行日常和定期清理以保证冲压件质量。

3.4.4 对模具相关部件实施润滑和定期维护，可保证模具工作时动作可靠。

参考文献：

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[2]王真.浅谈冲模的刃磨、修理与寿命[J].科技风，2008，12.

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