锻压模具的失效与预防

张荣

摘要：锻压工艺目前被广泛地应用到机械制造行业之中，锻压作为锻造和冲压的合称，指的是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，从而获得所需零件形状和尺寸，锻压模具有助于制件成形，故此应用越来越广泛。文章在分析锻压模具失效的原因时，分别从模具设计、用材、制造和使用维护等角度入手，从整体上对于模具失效的原因进行分析和研究。

关键词：锻压模具;失效;预防

引言：锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的模具对于坯料施加压力之后，得到所需零件形状和尺寸的方法，这种工艺在现代机械加工行业中非常适用，具有塑形结构更为精准的特点。技术人员为了能够在坯料加工时取得更好的效果，需要分析锻压模具失效的具体原因。由于模具的使用需要更为娴熟的手法，对于技巧要求较高，因此分析评判模具的失效原因并不容易，研究者为了避免失效问题，需要能够从多角度入手探究。

一、锻压模具的概念

（一）定义

模具指的是为了实现零件批量生产、减少在机械加工中的多余量而使用的工艺装备，现代机械制造业中的零件性能因为使用了模具而得以提升。模具的使用优势在于可以精准地控制外形，杜绝废料，从而能够降低制造成本，模具目前被广泛的应用到很多不同的行业领域，并且发挥着重要的作用。模具一般被分为冷作模具和热锻压模具两种，在机械、电机、电子、仪器、国防等领域发挥着不同的功效。由于模具能够使得零件的制造更加简便、精准，所以逐渐成为一种重要的锻压工艺装备。

（二）模具特性

模具是一种非常重要的耗损件，在多次使用之后会因为使用过程中产生损耗而失效，模具有一定的使用寿命，从投入使用开始一直在正常的损耗失效期之内，使用模具零件的数量是既定的，但是如果模具提前失效，那么不仅可能会造成生产停顿，而且会使生产成本增加。企业为了提升自身的经济效益，需要杜绝这类事件的发生，否则可能会影响产品的市场竞争力，通过大量调查数据显示，我国目前企业所使用的模具普遍存在早期失效、使用寿命低于平均值等问题，这不禁引发了企业的关注。

（三）失效分析思路

在锻压和冶金工业中，为了防止模具发生明显的塑形变形，分析模具失效的思路主要集中在了解模具的使用过程层面。对于模具的失效分析需要科学判断产品的失效模式、分析产品失效机理，企业技术部门应针对失效现象制定合理的失效分析流程。通常的判断模式是：首先找到模具失效情况的调查报告，实际分析锻压工艺、模具失效经过和背景、模具形状和尺寸、模具使用的具体温度和润滑状况等，技术人员还需要了解操作人员的工艺水平是否足以应对失效后的修复要求。

（四）失效分析程序和方法

研究者通过搜集模具失效的原始情况，找到相关数据，进一步对于模具进行观察和分析，通过观察失效模具的外观特征、失效特征和模具失效之后的几何形状，衡量断口的宏观和微观状况，做好表面裂纹的分析，从而能够找到足够的理化检测依据。技术鉴定科室需要对于模具的材料成分进行分析，结合理学性能检测和硬度测试找到理化检测的数量分析，以上所有内容有助于帮助检测人员找到观察的结果，并精准地判定失效模式和原因。只有找到具体的失效问题，才有助于研究人员根据模具失效的具体问题，提出预防模具失效的措施，一般最常用的鉴定方法是：主裂纹与裂纹源分析法、T型分布分析法、断口分析法等。

二、锻压模具失效的预防措施

（一）优化模具结构设计

锻压工艺部门通过大量的制造实践可以发现，模具的失效与使用条件之间有非常密切的关系，模具从一开始设计和制造时，其所使用的材料就会影响到使用寿命。研究人员还发现，模具的制造工艺、安装方法和使用维护过程也对于模具的使用寿命起到很大的影响。为了能够使得锻压模具拥有更长的使用寿命，要就模具的几何形状、制造间隙、冲头模具的长径比等进行观察。研究表明，模具的端面斜度和过渡角的大小、冷却水路及装配结构等也会影响模具的使用寿命，由于模具的局部结构是构成整体结构的基础，因此为了提高模具的使用寿命，需要能够合理地设计模腔的圆角半径。设计人员还要考虑到模具的工作部位可能呈现出不同的角度，锻压模具在使用的时候会有一定的倾斜度。模具制作工艺可能涉及到脱模等问题，因此可以考虑在模具模腔的底部位置设置应力分布保护点，尤其是对于锻压斜度和圆角半径过度消耗的问题要尽可能地避免，模具寿命的延长与优化设计之间的关系是非常密切的。很多模具的設计师还会注意采用新的热处理工艺，挖掘现有材料的更多潜力，提升模具的使用寿命。现代模具工作条件非常苛刻，要大幅度的提高模具寿命，应在高温、高压、高速发展的环境下，挖掘旧材料的潜力，研制新的模具材料，如，合金钢等。

（二）过程性分析的合理应用

当锻压模具的原材料已经选定，设计方案已经过关，模具的结构就已经即定，就可以判定模具局部结构和整体结构之间的应力分布足以提升整个模具的承载能力。在具体的锻压制造过程中，使用者最应注意的是在使用过程中不要让模具出现局部裂纹、结构坍塌、过度磨损等问题。锻压模具的过程性保护非常重要。有的模腔局部结构不合理，容易在制造中卡住，这种问题直接影响到生产的数量，严重的时候可能使得产量减少一半。锻压车间要注意一切与模具寿命有关的结构因素，通过分析模具使用的具体步骤和过程，加深模具寿命保护机制的建设，从过程入手，延长模具的是用时间。锻压质量监控人员发现，有很多具体的办法都可以改进和优化模具使用效果，但是过程性分析由于消耗时间成本最低最受到使用者的青睐。针对不同钢种的模具进行组织预处理，在淬火后观察碳化物的形状，通过比对显微组织，计算模具的制造过程是否成功。在锻压模具的制作过程中，高温淬火工艺可以使得碳合金材质更加强韧，而后高温回火促使模具的热稳定性增强，这是对于锻压模具材料表面材料适当强化的处理手段，也是能够作为整体热处理步骤重要环节的工艺内容之一。

（三）提高锻压模具的制造质量

锻压模具的制造形态能够精准的帮助生产者分清楚零件的几何尺寸，衡量其圆角半径、模具斜度等，通过提高模具制造精度，有助于提升锻压模具的质量。通过保证模具各个部位的均匀受力，从而能够合理安排模具应力分布，引导模具的倾斜方向，保障模具安全使用。锻压模具的模腔表面粗糙度越高，越容易增加铸件流动阻力，反之，降低模腔磨损率，需要降低模腔表面粗糙度，令使用阻力达到正常值。为了提高模具硬度的均匀性，在热锻压处理过程中，保证加热温度均匀提升，冷却速度不宜过快，可以保证模具表面的氧化和脱碳过程平缓。模具使用人员还应该注意令模具淬火之后充分回火，从而能够提高模具装配精度，调整模具使用中的间隙尺寸，这是保证模具凹凸模位置受力中心一致的惯用手法。

三、结论

锻压制造的模具是完成工艺制造不可或缺的部件之一，模具工作时候可能会出现轻微损伤，模具的粗糙度也会随着生产进程不断升高。及时打磨和修理模具，可以防治模具缺陷进一步扩大，通过多种处理方式，能够尽量降低生产车间的锻压成本，这对于模具使用者来说具有一定的启示意义，因此值得在相关领域内推广，从而提升我国锻压工艺的整体水准。

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