淺析影響冷沖模使用壽命的因素及改善措施

王雪

摘要： 冷沖模是一種安裝在壓力機(jī)上，對(duì)放置在內(nèi)的板料在室溫下施加變形力，使其產(chǎn)生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的特殊工藝裝備。本文分析了影響冷沖模使用壽命的主要因素，從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、熱處理及表面強(qiáng)化和制造工藝等方面提出提高注塑模具使用壽命的基本措施。

關(guān)鍵詞： 冷沖模；壽命；熱處理；措施

中圖分類號(hào)：TG385.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）24-0018-02

0 引言

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈化，現(xiàn)代企業(yè)必須堅(jiān)持成本低、質(zhì)量高、生產(chǎn)周期短的生產(chǎn)模式來參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。冷沖模是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，采用冷沖模生產(chǎn)的零部件，具有生產(chǎn)效率高、周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好及成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。冷沖模作為沖壓生產(chǎn)中最重要的工藝裝備，其自身質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，同時(shí)模具在制造時(shí)占據(jù)生產(chǎn)成本中較大比重，若模具易失效、壽命短、質(zhì)量低不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，也會(huì)造成模具材料、加工工時(shí)等成本浪費(fèi)。因此，提高冷沖模使用壽命，對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率都有顯著影響。

1 冷沖模的失效形式

模具因磨損或其他形式失效，直到不可修復(fù)并報(bào)廢，在此之前所加工的沖壓件數(shù)量稱為模具壽命。冷沖模的常見失效形式有磨損失效、斷裂或開裂、早期失效等。

1.1 磨損失效

冷沖模在使用過程中與成形坯料接觸，因二者之間存在摩擦而造成模具的自然磨損。當(dāng)磨損使模具尺寸發(fā)生變化或改變了模具的表面狀態(tài)使之不能繼續(xù)服役時(shí)，稱為磨損失效。磨損失效是正常失效方式。冷沖模刃口的自然磨損分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個(gè)階段。模具使用應(yīng)控制在正常磨損階段內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)急劇磨損應(yīng)立即進(jìn)行刃磨修復(fù)。

1.2 斷裂失效

模具出現(xiàn)較大裂紋或分離為兩大部分和數(shù)部分而喪失工作能力的現(xiàn)象稱為斷裂失效。按斷裂性質(zhì)不同，分為塑性斷裂和脆性斷裂。按斷裂機(jī)理不同，分為早期斷裂和疲勞斷裂。早期斷裂指在承受較大變形力或在沖擊載荷作用下，裂紋突然產(chǎn)生并迅速擴(kuò)展造成的斷裂。疲勞斷裂指在較低應(yīng)力下，經(jīng)多次使用裂紋緩慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。

1.3 早期失效

模具因某種原因出現(xiàn)崩刃、折斷和碎裂等現(xiàn)象稱為早期破壞，導(dǎo)致模具不能繼續(xù)工作而失效。崩刃現(xiàn)象會(huì)在模具工作表面首先出現(xiàn)一些小裂紋，隨著裂紋逐漸長(zhǎng)大最終導(dǎo)致材料成片崩出。對(duì)產(chǎn)生崩刃、折斷和碎裂的模具，須查找原因積極補(bǔ)救。

2 影響冷沖模使用壽命的因素

冷沖模壽命指在保證制件品質(zhì)的前提下，所能沖出的制件數(shù)。影響冷沖模壽命的因素主要有模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具鋼材選用、熱處理與表面處理、模具制造工藝和冷沖模合理使用與維護(hù)保養(yǎng)等。

2.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)壽命的影響

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)冷沖模壽命影響很大，合理的結(jié)構(gòu)使冷沖模工作時(shí)受力均勻，偏載減小，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中。冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的剛度、強(qiáng)度、對(duì)中性及合理的配合間隙，以保證制造出的沖壓件符合要求。設(shè)計(jì)冷沖模凸模時(shí)應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置和保證對(duì)中性。針對(duì)有小孔、窄縫、尖角等薄弱部位，為減小應(yīng)力集中應(yīng)設(shè)計(jì)圓弧過度。在保證制件質(zhì)量條件下合理增大配合間隙，可在一定程度上提高模具使用壽命，改善模具工作部件的受力情況，降低沖裁力、卸件力，減少刃口磨損。另外，模架應(yīng)有良好的剛性與高精度的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可減小模具變形，降低工作零部件磨損提高使用壽命。

2.2 模具材料對(duì)壽命的影響

冷沖模在工作時(shí)除承受沖擊載荷外，還要承受振動(dòng)、摩擦、拉伸與彎曲扭轉(zhuǎn)等載荷，容易發(fā)生疲勞斷裂、磨損、變形等失效現(xiàn)象。因此，合理選擇模具材料能從材料性能方面提高模具使用壽命。

根據(jù)冷沖模生產(chǎn)類型、工作條件和材料性能，盡可能選擇高品質(zhì)材料。選用材料的硬度應(yīng)保證在58～64HRC，并且具有高強(qiáng)度和高耐磨性及足夠韌性，能抵抗熱處理時(shí)產(chǎn)生的變形。材料的工藝和加工性能要盡可能好，具有良好的鍛造性能，淬硬性和淬透性以及機(jī)械切削性能，磨削加工性、熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞強(qiáng)度高。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)選擇使用壽命長(zhǎng)的模具材料，如硬質(zhì)合金、高耐磨模具鋼等。

2.3 模具的熱處理與表面處理對(duì)壽命的影響

模具的熱處理對(duì)模具的性質(zhì)與使用壽命影響很大，合理的熱處理有利于提高模具基體的強(qiáng)度、韌性，減少變形與斷裂。將熱處理與冷加工合理配合，可提高模具的使用壽命。

模具表面強(qiáng)化是為了提高模具的耐磨性、耐腐蝕性及潤(rùn)滑性能。常用的冷沖模表面強(qiáng)化方法有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。選用合適的表面強(qiáng)化處理工藝，可使冷沖模使用壽命提高幾倍甚至幾十倍。

2.4 其他方面對(duì)模具壽命的影響

模具制造工藝對(duì)模具的使用壽命關(guān)系很大，切削余量不足易導(dǎo)致模具發(fā)生早期磨損或開裂。壓力機(jī)精度不高，也易使沖模損壞。此外，沖模的安裝、操作、保管維護(hù)及使用潤(rùn)滑劑等情況都可影響模具使用壽命。

3 提高冷沖模使用壽命的措施與途徑

3.1 合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)

冷沖模在沖裁板材時(shí)，沖裁輪廓的圓角半徑（r）及板材的厚度（t）對(duì)模具的壽命有極大的影響。當(dāng)r

3.2 合理選用模具材料及熱處理方式

冷沖模工作部分，即凸模與凹模的材料選用有以下要求：模具材料要有高硬度和耐磨性，足夠抗壓、抗彎強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性。在選用材料時(shí)，國(guó)內(nèi)主要選用5CrW2Si、9SiCr鋼等，對(duì)性能要求較高的凸凹模，如制作電位器接觸彈簧片冷沖模，由于該模具的凸模為異形薄長(zhǎng)凸模，選用高速鋼制造壽命較短，易出現(xiàn)崩刃或斷裂造成早期失效，可選用6CrNiSiMnMoV鋼制造凸模，可有效解決崩刃、斷裂、早期失效及壽命短等問題。

熱處理時(shí)，一般情況下凹模、沖頭材料選用Cr12，其熱處理加工工藝步驟如下：Cr12鋼加熱到1050～1080℃后空冷；經(jīng)十字鐓鍛、反復(fù)錘打后球化退火并在850～870℃保溫4h；再加熱到960℃～980℃，經(jīng)油冷卻后在200～300℃時(shí)進(jìn)行低溫回火。熱處理工藝參數(shù)的選擇直接關(guān)系模具材料的內(nèi)應(yīng)力、耐磨性、切削加工性等各種性能。采用以上熱處理工藝在生產(chǎn)制造過程中易產(chǎn)生開裂，有時(shí)甚至?xí)诩庸た煲Y(jié)束時(shí)產(chǎn)生裂紋造成很大損失。因此在改進(jìn)中提出：球化退火前先在960℃～980℃進(jìn)行一次正火，以消除網(wǎng)狀二次滲碳體的形成得到良好的“球化體”組織，以獲得好的加工性能；回火時(shí)溫度盡量在150～250℃范圍內(nèi)，以得到最多量的回火馬氏體從而使加工后的零件耐磨性、強(qiáng)度、硬度、韌性等都有所提高進(jìn)而有效提高模具使用壽命。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)改進(jìn)熱處理后凹模、沖頭等零件的開裂現(xiàn)象減少，切削加工效果較以前有所提高，忽軟忽硬現(xiàn)象已基本消失且耐磨性與韌性方面的效果得到明顯提高。

3.3 通過其他方法提高模具壽命

冷沖模刃口狀態(tài)是影響模具壽命不可忽視的重要因素，實(shí)驗(yàn)證明，刃口端有微小磨痕、裂紋、傷痕等缺陷，不僅影響沖切斷面毛刺大小，而且直接影響模具壽命。通過磨削凸凹模，表面粗糙度為Ra0.8μm，加工后刃磨面仍存在微小裂紋等缺陷，為消除這些缺陷對(duì)刃面進(jìn)行研磨拋光處理，改善冷沖模刃口狀態(tài)，提高冷沖模使用壽命。

3.4 冷沖模合理使用與保養(yǎng)

為了提高冷沖模壽命及耐用度，提高冷沖件質(zhì)量精度等級(jí)，要正確使用和合理保養(yǎng)冷沖模，包括模具的正確安裝與調(diào)試；凸凹模間隙調(diào)整；模具的清潔、潤(rùn)滑及維修保養(yǎng)等。

3.4.1 安裝模具時(shí)，應(yīng)正確調(diào)整凸凹模刃口相對(duì)位置，凸模進(jìn)入凹模深度適中，保證工作可靠。

3.4.2 調(diào)整冷沖模時(shí)，為保證凸凹模間隙均勻，要對(duì)其配合間隙進(jìn)行調(diào)整。

3.4.3 對(duì)模具進(jìn)行日常和定期清理以保證沖壓件質(zhì)量。

3.4.4 對(duì)模具相關(guān)部件實(shí)施潤(rùn)滑和定期維護(hù)，可保證模具工作時(shí)動(dòng)作可靠。

參考文獻(xiàn)：

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