沖壓模具壽命的分析及提高

【摘

要隨著機(jī)械產(chǎn)品零部件的批量化生產(chǎn)，冷沖壓模具已經(jīng)越來越被企業(yè)廣泛的應(yīng)用各企業(yè)為了確保機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量提高產(chǎn)品的加工效率降低制造成本經(jīng)把提高冷沖壓模具的使用壽命作為企業(yè)研發(fā)的一項(xiàng)重要課題來研究文章從工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)著手從影響冷沖壓模具使用壽命的幾種形式影響冷沖壓模具使用壽命的原因高冷沖壓模具使用壽命的措施與途徑等幾方面進(jìn)行了探討。通過對冷作模具常見失效形式的分析,找造成模具提前失效、影響其正常生產(chǎn)壽命的原因[1]。從模具設(shè)計(jì)制造、制作材料的選擇、熱處理工藝和維護(hù)保養(yǎng)幾方面入手,采取相應(yīng)的措施就能夠有效地提高冷作模具的壽命?！娟P(guān)鍵詞冷作模具；失效形式；模具壽命；失效分析引模具壽命是指模具在保證產(chǎn)品零件質(zhì)量的前提下，所能加工制件的總數(shù)量，它包括工作面的多次修磨和易損件更換后的壽命具壽命一般可分為設(shè)計(jì)壽命和使用壽命模具設(shè)計(jì)階段就應(yīng)明確該模具適用的生產(chǎn)批量類型或者模具生產(chǎn)制件的總數(shù)量即模具的設(shè)計(jì)壽命在正常情況下模具的使用壽命應(yīng)大于設(shè)計(jì)壽命不同類型的模具正常損壞的形式也不一樣沖壓模具失效形式主要為磨損失效、變形失效、斷裂失效和啃傷失效等。然而，由于沖壓工序不同、工作條件不同影響沖壓模具壽命的因素是多方面的冷沖壓模具的使用壽命直接關(guān)系著產(chǎn)品加工質(zhì)量和產(chǎn)品加工效率的高低影響產(chǎn)品加工經(jīng)濟(jì)成本以及產(chǎn)品加工經(jīng)濟(jì)效益的重要因素同時(shí)也是衡量冷沖壓模具制造水平高低的重要指標(biāo)為了確保企業(yè)的產(chǎn)品加工質(zhì)量產(chǎn)品的加工效率降低產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益努力提高冷沖壓模具的使用壽命是諸多因素中的重要一環(huán)我們有必要根據(jù)具體的實(shí)際情況科學(xué)的分析和研究影響冷沖壓模具使用壽命長短的各種因素從冷沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始從冷沖壓模具材料的合理選材入手從冷沖壓模具加工工藝的制定裝配與調(diào)試等多種途徑和渠道采用多方位的科學(xué)技術(shù)手段確保提高冷沖壓模具的加工制造質(zhì)量長冷沖壓模具的使用壽命。為此從以下幾個(gè)方面進(jìn)行簡略的分析以下就沖壓模具在的模具設(shè)計(jì)模具制造模具使用等方面來分析沖壓模具壽命的影響因素并提出相應(yīng)的改善措施來提高模具的使用壽命[2]

。影冷壓具用命幾形影響冷沖壓模具使用壽命的形式原因多種多樣其中最主要的有斷裂變形，磨損，啃傷等等。1.1斷裂word檔可自由復(fù)制編輯冷沖壓模具凸、凹模在使用過程中，突然出現(xiàn)的破損、折斷和裂痕等現(xiàn)象。由于模具的凸、凹模是模具在沖壓工作中承受沖壓力最大的部分，因此模具凸、凹模在沖壓過程中出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象主要原因是處理加工處置不淬火過硬或硬度層太深設(shè)計(jì)間隙過小等均會(huì)造成模具凸、凹模破損、折斷和斷裂【1具凸、凹模的斷裂，有的是局部的損壞，我們可以通過修復(fù)后繼續(xù)使用有的則是斷裂損壞的程度比較大或是完全損壞不可再修復(fù)只得按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)另行配置新的凸?；虬寄：笫褂?。下圖1是凸模折斷與拉斷示意圖：圖1飛殼反擠凸模斷裂a(bǔ)—折斷——拉斷折斷（見圖2飛殼反擠凸模，2a凸模斷裂中的一種常見形式斷口大多數(shù)集中在臺階過渡處斷口是傾斜的在斷口上呈現(xiàn)出斷裂時(shí)的撕裂條紋獷并且能看出裂紋產(chǎn)生的區(qū)域及其斷裂的方向。拉斷（見圖1b我們的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，凸模拉斷多半是在潤滑條件變壞的情況下發(fā)生的每卸件一次凸模上都會(huì)產(chǎn)生一次附加拉應(yīng)力的作用拉斷部位均在截面變化的過渡處，斷口平整。1.2變形冷沖壓模具凸、凹模在使用過中發(fā)生了形狀變形，使被加工出的產(chǎn)品零件，幾何形狀有所改變進(jìn)而影響了被加工零件的尺寸精度與形狀要求這與斷裂的情形正好相反主要是由于凸凹模在熱處理過程中淬火硬度不夠或淬火硬度層太淺，而使得凸、凹模在受力過程中發(fā)生了幾何變形。由于各方面的原因，凸模往往在冷擠壓幾次或幾十次后就會(huì)產(chǎn)生～0.5%的塑性變形，其塑性變形形式是鐓粗、變形和彎曲等永久變形。如下圖所示：word檔可自由復(fù)制編輯圖2塑變形a—鐓粗——變形c——彎曲1.3磨損冷沖壓模具凸、凹模與被加工材料之間相互長時(shí)間頻繁摩擦，造成的磨損。由于凸凹模在與被加工材料之間相互長時(shí)間摩擦大批量長時(shí)間的沖裁加工零件，沖裁零件毛刺過大（間隙過大凸、凹間隙過小等，都是造成凸、凹模刀口部分磨損的重要原因。如凸、凹模刀口變鈍，棱角變園等等。1.4啃傷冷沖壓模具凸、凹模間隙調(diào)整裝配不均勻，凸、凹模相鄰邊緣相互啃咬，造成凸、凹模刃口啃傷。如模具裝配過程中，凸、凹模位置偏移、間隙不均勻，安裝不帶導(dǎo)向的模具時(shí)，凸、凹模間隙調(diào)整不合適，而發(fā)生的凸、凹模相互啃咬損傷。響壓具命因2.1模具結(jié)構(gòu)的影合理的結(jié)構(gòu)可以提高模具的壽命，模具設(shè)計(jì)的原則是保證足夠的強(qiáng)度和剛性、對中性和合理的沖裁間隙及受力平衡、承載變形小、有足夠的穩(wěn)定性、并減少應(yīng)力集中，模具的形位和尺寸精度能滿足工作質(zhì)量要求具的結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)沖壓件的形狀來設(shè)計(jì)的同一沖壓件的結(jié)構(gòu)形式可以有很多種選擇，若模具結(jié)構(gòu)不合理可能導(dǎo)致應(yīng)力集中而斷裂失效沖壓件的形狀越復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)也會(huì)越復(fù)雜沖壓時(shí)會(huì)加大模具的局部磨損或變形損壞將會(huì)降低模具的壽命影響模具壽命的結(jié)構(gòu)主要有模具圓角半徑凸模端面形狀凹模錐角和凹模截面變化的大小。模具零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓角過渡以避免應(yīng)力集中對于凹模、型腔及部分凸模、型芯，可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來消除應(yīng)力集中，模具零件的相鄰面均會(huì)以不同圓角半徑過渡。一般來講，凸的圓角半徑對工藝影響較大，word檔可自由復(fù)制編輯過小的凸圓角半徑在板料拉伸中將增加成形力在模鍛中易造成鍛造折（缺陷過小的凹圓角半徑會(huì)使模具局部受力惡化，在圓角半徑處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，萌生裂紋，導(dǎo)致斷裂。較大的圓角半徑可使模具的受力均勻。整體模具通常存在凹圓角半徑易造成應(yīng)力集中引起開裂采用預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)環(huán)使模具產(chǎn)生切向壓應(yīng)力降低成形過程中的峰值拉應(yīng)力可有效提高模具壽命。采用組合模具可根據(jù)模具服役條件對不同模塊選用不同材料既便于加工更換又能在一定程度上降低模具的材料成本和加工成本同時(shí)提高模具壽命。模具參數(shù)有沖裁間隙、沖裁力、卸料力、搭邊值等等，其中沖裁間隙對模具壽命的影響最大，如間隙合理，模具壽命長；間隙過大或過小，都會(huì)降低模具壽命。當(dāng)間隙偏小時(shí)，沖裁時(shí)在增大光亮帶的同時(shí)，也增大了摩擦的距離。而且刃口附近所受到的正壓力與側(cè)壓力都將增大溫度也將升高因此刃口的磨損也將增大，模具壽命較低。適當(dāng)增大沖裁間隙，即采用合理大間隙沖裁，刃口的磨損將減輕，模具壽命可以顯著提高。生產(chǎn)實(shí)例證實(shí)。例如：當(dāng)沖裁mm厚的低碳鋼板，相對沖裁間隙／t取時(shí)，刃模壽命為萬次；當(dāng)Z／t25%，刃模壽命達(dá)萬次，提高了近六倍。沖裁1.2mm厚的黃銅板時(shí)，／t值分別取和14%，刃模壽命分別為萬次和萬次。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡量結(jié)構(gòu)緊湊操作方便還要保證模具零件有足夠的強(qiáng)度和剛度對于凸模設(shè)計(jì)要注意導(dǎo)向支撐對中保護(hù)小沖頭的折斷已成為主要的失效形式。若其安裝偏斜2°，壽命便降低60%以上。對于多凸模沖裁，在幾個(gè)凸模直徑相差較大相距又很近的情況下如果小凸模細(xì)小而又較長則容易造成失穩(wěn)或折斷具有導(dǎo)向裝置的模具能保證模具零件在工作中的相對位置精度，提高模具抗彎曲、抗偏載能力，有效避免不均勻磨損?？煽康膶?dǎo)向結(jié)構(gòu)，對于避免凸模與凹模間相互啃咬極為有效對于小無間隙的大中型型腔模沖裁模精沖模尤為重要因而為了提高模具的壽命必須正確選擇導(dǎo)向形式和導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度的選擇應(yīng)高于凸、凹模的配合精度。對于模架為防止變形撓曲可適當(dāng)增加厚度模具設(shè)計(jì)中盡可能減少在維修某一零部件時(shí)需拆裝的范圍尤其是易損件更換時(shí)拆裝范圍小可以提高修模速度和難度。2.2模具材料的影模具材料對模具壽命的影響應(yīng)綜合考慮模具的工作條件性能要求尺寸形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素。模具材料的性能要求主要包括：力學(xué)性能、高溫性能、表面性能、工藝性及經(jīng)濟(jì)性等。因此，對模具工作零件材料的基本要求：其一，足夠的使用性能對模具鋼的使用性能的基本要求是具有硬度5864高強(qiáng)度，并具有高的耐磨性和足夠的韌性，熱處理變形小，有一定的熱硬性。不同的word檔可自由復(fù)制編輯沖模對模具鋼的性能要求是有區(qū)別的裁模要求高硬磨性和一定的韌度；拉伸等成型模要求高耐磨、抗粘合能力；其二，良好的工藝性能。沖模工作零件加工制造過程一般較為復(fù)雜因而必須具有對各種加工工藝的適應(yīng)性沖壓材料的工藝性要求包括可鍛性、脫碳和氧化的敏感性、淬硬性、淬透性、淬火裂紋敏感性和磨削加工性等；其三，合理的經(jīng)濟(jì)性能。通常根據(jù)沖壓件的材料特性、生產(chǎn)批量、精度要求等，選擇性能優(yōu)良的模具材料，兼顧合理的經(jīng)濟(jì)性。2.3模具制造工藝影響（1造工藝的影響模具加工制造工藝特別是鍛造工藝對模具的失效影響也極大合理的鍛造工藝，可以使大塊狀碳化物破碎，使之細(xì)小均勻分布。但若鍛造工藝不合理，則達(dá)不到打碎晶粒改善方向性提高鋼的致密度的目的甚至引發(fā)鍛造裂紋等缺陷。常見的鍛件表面缺陷有裂紋、折疊、凹坑等，內(nèi)部缺陷有組織偏析、流線分布不合理、疏松、過熱、過燒等。鍛后退火的目的是為了去除鍛造應(yīng)力，退火是否充分對模具的斷裂抗力影響也很大。（2工工藝的影響模具的型腔部位或凸模的圓角部位在機(jī)加工中常因進(jìn)刀太深而使局部留下刀痕造成嚴(yán)重應(yīng)力集中進(jìn)行淬火處理時(shí)應(yīng)力集中部位極易產(chǎn)生微裂紋。放電加工時(shí)由于放電產(chǎn)生大量的熱將使模具被加工部位加熱到很高溫度使組織發(fā)生變化，形成所謂的放電加工異常層，在異常層表面由于高溫發(fā)生熔融，然后很快地凝固該層在顯微鏡下呈白色內(nèi)部有許多微細(xì)的裂紋白色層下的區(qū)域發(fā)生淬火，叫淬火層，再往里由于熱影響減弱，溫度不高，只發(fā)生回火，稱回火層。測定斷面硬度分布：熔融再凝固層，硬度很高，達(dá)610～740，厚度30，淬火層硬度～，厚20μ?；鼗饘俑邷鼗鼗?，組織較軟，硬度380～400，厚10μ。磨削加工時(shí)，由于磨削速度過大，砂輪粒度過細(xì)或冷卻條件差等因素影響均會(huì)導(dǎo)致磨削表面過熱或引起表面軟化硬度降低使模具在使用中因磨損嚴(yán)重，或熱應(yīng)力而產(chǎn)生磨削裂紋，導(dǎo)致早期失效。（3處理工藝的影響模具的熱處理質(zhì)量對模具的性能與使用壽命影響很大具熱處理的目的是使模具獲得理想的組織從而獲得所需性能但若熱處理不當(dāng)或工藝不合理則可導(dǎo)致模具產(chǎn)生熱處理缺陷或性能降低，從而引發(fā)模具失效據(jù)模具失效原因的分析統(tǒng)計(jì)，熱處理不當(dāng)引起的失效占50以上。如淬火溫度過高，則會(huì)引起鋼的過熱，甚至過燒，引起晶粒長大、晶界熔化等，導(dǎo)致模具韌性下降，使模具發(fā)生崩刃或前期斷裂特別是對承受巨大沖擊載荷的鍛模及冷作模具更應(yīng)控制鋼的晶粒度不使其長大而淬火溫度過低則難以保證有足夠的合金元素溶于基體中這將會(huì)降低鋼的基本強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性使鋼容易產(chǎn)生早期變形壓word檔可自由復(fù)制編輯塌或熱疲勞裂紋淬火冷卻速度過快或溫度過低都會(huì)出現(xiàn)淬火微裂紋這將更容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋甚至早期斷裂［5具回火溫度過低，回火不足，則會(huì)在模具中殘留較多的淬火應(yīng)力使模具韌性下降從而使模具發(fā)生早期斷裂但若回火溫度過高，則硬度下降，降低了強(qiáng)度和耐磨性。實(shí)踐證明，模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程中早期斷裂，雖然與材料的冶金質(zhì)量、鍛造質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)及加工有關(guān)，但與模具的熱處理關(guān)系更大。提沖模壽的要施合理的冷沖壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合的模具選材和高質(zhì)量的模具加工與裝配調(diào)試過程，是提高冷沖壓模具使用壽命的基礎(chǔ)。因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)全面綜合的考慮各種影響模具使用壽命的因素而設(shè)計(jì)制造出最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且質(zhì)高耐用的冷沖壓模具。3.1優(yōu)化冷沖壓模結(jié)構(gòu)設(shè)合理的冷沖壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是保證模具使用壽命的必備前提冷沖壓模具的使用壽命與合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著很大的關(guān)系計(jì)之初在保證冷沖壓模具其他設(shè)計(jì)要求外須保證模具的韌性鋼度與強(qiáng)度以確保冷沖壓模具在沖裁過程中模具的凸凹模及其他結(jié)構(gòu)件不至于因受沖裁力影響而發(fā)生的變形損壞或增加磨損程度模具設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用帶導(dǎo)向的模具設(shè)計(jì)同時(shí)還應(yīng)考慮模具設(shè)計(jì)間隙，設(shè)計(jì)間隙過小或過大也會(huì)增加凸、凹模磨損程度，從而導(dǎo)致模具損壞，使用壽命降低另外綜合考慮模具的緊固方式和定位方式加強(qiáng)模具零部件的緊固程度和合理的接觸面積保證模具整體的制造精度與質(zhì)量是帶有加強(qiáng)筋、加強(qiáng)板等的設(shè)計(jì)都會(huì)提高模具的整體韌性、剛性和強(qiáng)度。3.2合理設(shè)計(jì)冷沖具凸、模間隙冷沖壓模具沖裁間隙的大小是直接影響被沖壓件質(zhì)量冷沖模具的使用壽命以及沖壓力的大小。模具設(shè)計(jì)所選用的間隙值應(yīng)能保證使沖裁力和卸料力最小。成熟的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)首選設(shè)計(jì)手冊中的參考數(shù)值，同時(shí)根據(jù)具體情況，在產(chǎn)品質(zhì)量允許的范圍內(nèi)，將凸、凹模間隙適當(dāng)放大，這樣凸、凹模的磨損程度會(huì)大為減輕。而凸、凹模間隙過小時(shí)，會(huì)使模具摩擦磨損程度加大。因此正確的掌握模具凸、凹模間隙設(shè)計(jì)，會(huì)使模具的使用壽命成倍的增加。3.3正確的冷沖壓具選材為提高冷沖壓模具的使用壽命，正確的選擇模具材料是很重要的。實(shí)際中，可根據(jù)被沖裁產(chǎn)品的批量大小（件數(shù)）來決定模具材料的材質(zhì)。當(dāng)批產(chǎn)量大時(shí)，選用材料的材質(zhì)，要選韌性好、強(qiáng)度高、鋼性及耐磨性較高的模具材料。當(dāng)批產(chǎn)量小時(shí)則可選一般的模具材料亦可根據(jù)被沖壓材料的材料性質(zhì)被沖壓件的質(zhì)量要求來決定模具的選材如模具沖壓件尺寸公差要求高模具間隙要求較小，模具的凸、凹模與沖壓件摩擦較大時(shí)，可選用耐磨性高和有足夠韌性材料。word檔可自由復(fù)制編輯同時(shí)還應(yīng)考慮沖裁材料不同的強(qiáng)度和韌性沖壓設(shè)備的具體情況等一般常用模具凸、凹模的材料有CrWMn、CrIZMoV、Cr12、Cr12Mov及碳素工具鋼等。3.4合理的冷沖壓具熱處工藝要提高冷沖壓模具的使用壽命對不同材質(zhì)不同性能的材料進(jìn)行合理的熱處理工藝處理是不可缺少的一個(gè)關(guān)鍵且重要的環(huán)節(jié)淬火過程中如若加熱溫度過高會(huì)使凸凹模淬火過硬造成脆性過大易折斷碎裂淬火硬度過高或淬火層過深在冷卻時(shí)還容易變形開裂或隱形裂紋深藏不易被發(fā)現(xiàn)降低模具的使用壽命[6]

。淬火過程中加熱溫度不夠，淬火的硬度或深度達(dá)不到工藝技術(shù)要求，凸、凹模受力后易變形，降低模具使用壽命。所以在制造冷沖壓模具時(shí)，必須合理、正確、熟練的掌握熱處理工藝技術(shù)過程。3.5冷沖壓模具的工與裝質(zhì)量模具的機(jī)械加工工藝是直接影響模具使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)于模具零件的形狀多種多樣而且精度要求高,因此在加工過程中除了使用車床、銑床、刨床、鍤床和磨床等普通機(jī)械加工設(shè)備,需要應(yīng)用各種先進(jìn)設(shè)備,電火花加工機(jī)床電火花線切割加工機(jī)床和精密磨削機(jī)床等模具工作表面精加工的質(zhì)量越模具與制件的摩擦就愈小,模具的磨損也愈小,從而提高模具的使用壽命[7]

。模具的研磨拋光,不但提高加工件的表面質(zhì)量而且對模具壽命影響較大,模具光潔度提高一級,壽命提高0.5目前國內(nèi)拋光工藝除采用效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大的手工拋光,還廣泛采用了國外先進(jìn)的拋光工藝。如機(jī)械拋光、超聲拋光、電解拋光、化學(xué)拋光、擠壓拋光和復(fù)幌拋光等。在冷沖壓模具加工裝配過程中必須保證模具的加工精度與質(zhì)量不同的加工精度與不同的質(zhì)量對模具的使用壽命有很大的影響冷沖壓模具加工精度與質(zhì)量越高其使用壽命就越長相反就會(huì)縮短其使用壽命一般冷沖壓模多選用標(biāo)準(zhǔn)模架，由于是專業(yè)化生產(chǎn)的模架，其導(dǎo)向質(zhì)量不成問題。如是自制模架，裝配過程中，要確保導(dǎo)柱、導(dǎo)套精度，導(dǎo)柱、導(dǎo)套滑動(dòng)自如間隙合理。凸、凹模裝配時(shí)，間隙調(diào)整要求均勻，凸、凹模表面的光潔度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，要保證各零部件的平行度與垂直度尤其是凸模與固定板凹模與表面的垂直度要確保在公差允許值的范圍以內(nèi)，各部件連接螺栓、銷釘要連接牢固可靠。3.6冷沖壓模具的用和保冷沖壓模具在使用時(shí)應(yīng)正確的選擇適宜的精度較高的沖壓設(shè)備以及適合的沖壓力，沖壓力一般應(yīng)大于零件重壓力的。加強(qiáng)模具的日常維護(hù)保養(yǎng),利于防止冷作模具的提前失,有效地提高模具壽命。模具在安裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制凸模嵌入凹模的深度，以減少磨損程度，嵌入過深，會(huì)增加摩擦，固定模具要牢固可靠。為減少磨損，可在被沖壓板材（零件凸、凹模上涂抹適合的潤滑劑，以降低模具的磨損程度和摩擦力。發(fā)現(xiàn)凸、凹模刃口不夠鋒利時(shí)，應(yīng)word檔可自由復(fù)制編輯該及時(shí)刃磨凸凹模的刀口，使其鋒利。模具入庫存放,應(yīng)該進(jìn)行例行檢測保證入庫存放模具處于完好狀態(tài)，要做好封存，妥善保護(hù)。此外要建立日常維護(hù)保養(yǎng)制度,模具的使用和庫存過程中,一旦發(fā)現(xiàn)模具使用性能不良術(shù)態(tài)不佳、刃口磨鈍甚至有開裂、崩刃、彈簧斷裂、變形等隱應(yīng)及時(shí)予以調(diào)整、刃磨和維修。有彈壓裝置的模具，要使彈壓裝置處于自由狀態(tài)下保存。凸、凹模之間要保持有一定的間隙，以保護(hù)凸、凹模刃口不受損壞，表面涂油防銹。模具工作表面要經(jīng)