简析如何提高模具寿命

摘 要：模具损坏的形式有事故损坏和正常损坏两大类。文章重点分析模具正常损坏中过早失效的原因以及采取的措施，可根据加工材料和生产批量、零件形状、工艺流程选择模具材料、热处理工艺、模具表面渗入其它元素、喷涂润滑剂等方法来提高模具寿命。

关键词：模具寿命；过早失效；模具材料；热处理；硬化层

通常模具损坏的形式有事故损坏和正常损坏两大类。模具事故损坏是由于模具安装调试不当而导致模具刃口损坏、送料或取件不当而冲坏刃口或折断凸模，因此模具事故损坏在生产中应引起足够的重视，除在模具结构上采取一定的预防措施，还要对操作人员加强培训和制定必要的操作规范。下面重点分析模具在非事故损坏情况下，如何提高模具寿命。

1 模具正常损坏过早失效的原因

（1）零件本身工艺性差或工艺路线安排不当、毛坯尺寸、材料硬度不合适、表面质量差；（2）模具设计不合理，如模具的刚度、强度考虑不当，导向不好，卸料、顶件设计不合理，间隙大小不合适，选材不当，结构不合理等；（3）模具制造不良，原材料不符合规范要求，锻造、热处理及表面处理不合适，机械加工精度及表面粗糙度不高等；

（4）在操作时凸模进入凹模口太深，模具润滑不好；（5）设备刚度和强度不够、吨位不合适，冲裁速度不当。

2 提高凸模和凹模寿命的措施

2.1 工具钢的分类

根据加工材料和生产批量、零件形状、工艺要求，合理选择模具材料冲模用钢，按照化学成分可分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢、钢结硬质合金。

2.1.1 碳素工具钢

由于碳素工具钢的生产成本较低，原材料容易购买，加工性能优良，热处理后可以获得较高的硬度和一定的耐磨性，但是，这类钢的淬透性、红硬性差，淬火变形大，淬火温度范围窄，常用于制造负荷不大、形狀简单、尺寸小、生产批量小的模具，不适宜制造大中型和复杂的模具零件。

2.1.2 低合金工具钢

低合金工具钢因含有一定量的合金元素，所以比碳素工具钢具有更高的淬透性、淬硬性和耐磨性，一般情况下淬火变形也较小，因此被广泛应用于制作形状复杂、变形要求严格的中小型冲模。常用于制造冲模的低合金工具钢有9Mn2V、9SiCr、CrWMn、8MnSi等。

2.1.3 高合金工具钢

（1）冲模常用的高合金工具钢有Cr12、Cr12MoV。Cr12钢具有高淬透性、高耐磨性和热处理变形小等优点，被广泛地用于制作承受载荷大、生产批量大、形状复杂的模具零件。Cr12钢的缺点是碳化物分布很不均匀，造成强度大为降低，模具在工作时刃口容易崩落，此外淬火加热温度的波动，会引起组织和性能的很大变化，因此对Cr12钢应严格控制热处理工艺，改善碳化物不均匀性，使其获得较好的综合机械性能。

（2）冷挤模常用的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5C

r4V。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2与6W6Mo5Cr4V钢含合金元素都很高，热处理后有高硬度、高热硬性、高耐磨性和高抗压强度的特性，主要用于制造冷挤压黑色金属的凸模，但是其碳化物不均匀性级别高低以及热处理工艺是否合理，对模具的寿命有很大影响，与W18Cr4V相比，W6Mo5Cr4V2具有碳化物颗粒小、分布较均匀，不但硬度与强度高，而且韧性也较好的优势，W18Cr4V与W6Mo5Cr4V2都具有良好的淬透性，对于尺寸不大的模具零件，一般空冷即可淬硬，由于钢中含有大量的合金碳化物，故在较高温度下淬火，仍能保持细晶粒，具有较高的机械性能。

2.1.4 钢结硬质合金。冲模常用的钢结硬质合金有GT35、TLMW50，它是介于硬质合金与工具钢之间的一种新型模具材料，以碳化物为硬质相，所以它和一般硬质合金一样，具有比工具钢更高的硬度、刚性和耐磨性，同时比一般硬质合金有着更高的强度和韧性，可进行切削加工和一定的变形，具有一定的可锻性，经淬火、回火处理以后，可获得较好的综合机械性能，并且淬火变形极小。

2.2 选择合理的热处理工艺

一些模具往往由于热处理后的变形或开裂而报废，所以模具在热处理时，必须在保证提高机械性能的同时尽量减少变形和避免开裂。影响模具热处理变形或开裂的因素较多，其中其中热处理工艺的选择是重要因素之一。

2.3 模具主要零件的毛坯采用锻造来改善原材料的性能

模具毛坯通过锻造，是材料的组织细密，碳化物分布和流线分布合理，从而达到改善热处理性能和提高使用寿命的效果。

2.4 模具表面喷涂一层硬化层

在凸模和凹模刃口表面喷涂一层硬化物，如W、Cr、Ti等导电材料，通过真空蒸发设备喷涂到模具刃口部分，形成一层耐磨层，可提高模具寿命2～3倍。

2.5 模具刃口喷射雾状润滑剂

在高速冲孔落料时，由于金属和模具间的剧烈摩擦，材料的分离面和模具刃口部分温度高达几百度，若在刃口附近喷射雾状润滑冷却液，能有效减少摩擦，降低温度，提高模具寿命的效果。

2.6 在模具表面渗入其它元素

在凸模和凹模刃口表面渗入元素N、S，即所谓氮化处理和硫化处理，经过处理后，表面形成一层高硬度的化合物，增加了抗磨损能力的同时也保留了基体的韧性，渗硫后，能明显降低凸模、凹模与冲压材料间的摩擦系数，对抗咬、粘很有效果。

3 结束语

在实际生产中，可根据加工材料和生产批量、零件形状、工艺路线，合理选择模具材料、改善热处理工艺、模具表面渗入其它元素、喷涂润滑剂等方法来提高模具寿命，但不可能都采用上述的多种措施，只能根据具体的生产情况和经济条件选用其中的一种或几种，以达到提高生产效率、降低成本的目的。

参考文献

[1]肖景荣.板料冲压[M].武汉：华中工学院出版社，2008.

[2]王孝培.冲压手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]史美堂.金属材料及热处理[M].上海：上海科学技术出版社，2012.

[4]方鸿年，赵宝荣.金属材料手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

作者简介：郭文来（1964-），男，安徽界首人，学士，高级工程师，主要从事模具设计、冲压工艺研究、钣金加工成形，发表论文4篇，并参与制订JB/T 5109-2001金属板料压弯工艺设计规范。