影響精沖模具壽命的因素分析

王妮莎 劉瓊

摘要：精沖技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于成形更厚、更復(fù)雜零件，其模具壽命成為亟待解決的問(wèn)題。文章從模具設(shè)計(jì)、模具制造及模具裝配方面，對(duì)模具壽命的影響因素加以分析，找出解決問(wèn)題的方法，從而達(dá)到提高模具壽命的目的。

關(guān)鍵詞：精沖模具;壽命;影響因素

隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和輕量化趨勢(shì)加劇，許多需經(jīng)拉深、擠壓、鐓粗的異形復(fù)雜件，越來(lái)越多采用短流程的高端級(jí)進(jìn)精沖工藝直接成形，由于精沖模具所受的壓力大，凸、凹模間隙非常小，以及精沖過(guò)程中的熱效應(yīng)、摩擦力等原因，使精沖模具的壽命很難得到保證，導(dǎo)致模具過(guò)早的損壞或報(bào)廢。精沖機(jī)和精沖模具成本較高，頻繁裝卸或修復(fù)模具會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率[1]。因此，精沖模具的壽命成了制約高端精沖技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。本文對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，找出解決問(wèn)題的方法，從而達(dá)到提高模具壽命的目的。

1.模具設(shè)計(jì)

1.1模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

合理的結(jié)構(gòu)可以提高模具的壽命。例如在沖裁模中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)提高了凸、凹模在沖壓過(guò)程中的相對(duì)穩(wěn)定性，從而保證模具在合理的沖裁間隙范圍內(nèi)進(jìn)行沖裁。而沖裁間隙的合理性及穩(wěn)定性正是提高模具壽命的重要措施。精確的導(dǎo)向減少了有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的零部件的磨損，避免了凸、凹模由于間隙不合理出現(xiàn)“啃傷”等失效形式。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。

準(zhǔn)確的工藝計(jì)算也可以提高模具的壽命。如卸料力及行程的計(jì)算，若計(jì)算不準(zhǔn)，容易造成彈簧的疲勞斷裂或失效。對(duì)合模高度的計(jì)算以及壓力機(jī)的選擇，合理的定位方式及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等，都可以有效地提高模具的使用壽命。對(duì)于連續(xù)模排樣的設(shè)計(jì)和搭邊尺寸的計(jì)算也至關(guān)重要。

1.2精沖間隙

精沖間隙是指精沖模具凸模和凹模間的間隙值，是指在直徑方向的尺寸差。合理的間隙值不僅能提高零件質(zhì)量，而且能提高模具的重磨壽命。一般精沖凸模和凹模的雙面間隙值約為料厚的1%[2]。

1.3模具材料選擇

精沖模具的沖裁間隙非常小，在三向壓應(yīng)力下進(jìn)行塑性剪切成形，沖裁過(guò)程中的壓力非常大，精度要求高，因此對(duì)精沖模具材料的性能要求更高[1]。在選擇模具工件材料時(shí)，應(yīng)綜合協(xié)調(diào)模具材料的耐磨性、強(qiáng)度與韌性間的關(guān)系，以確保模具具有較高的使用壽命。我國(guó)冷作模具材料主要采用傳統(tǒng)熔煉方式冶煉而成，不可避免的存在偏析，且內(nèi)部晶粒粗大，碳化物顆粒較大、分布不均，易導(dǎo)致模具的整體性能下降，影響模具壽命。進(jìn)口粉末冶金鋼，如S390、S790等具有高抗壓強(qiáng)度、高耐磨粒磨損、優(yōu)異的淬透性、韌性和熱處理尺寸穩(wěn)定性，雖然價(jià)格昂貴，但已成為高端復(fù)雜精沖模具使用較多的鋼種。

2.模具制造

2.1機(jī)械粗加工

材料的加工精度對(duì)模具的裝配精度有很大的影響，將直接影響模具的平行度、垂直度和同軸度。另外，粗加工留下的刀痕、磨痕，都是容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，也是早期產(chǎn)生裂紋和發(fā)生疲勞的地方。

2.2熱處理

熱處理在沖壓模具的制造中起著很重要的作用，盡管不同類(lèi)型、結(jié)構(gòu)模具，使用不同的鋼材或機(jī)械加工成形，但都需要用熱處理的加工方法，使其獲得較高的硬度和耐磨性及其他所要求的力學(xué)性能。比如在沖裁模中，由于凸模楔入材料，是磨損比較嚴(yán)重的工作零件，所以其硬度應(yīng)大些，一般為HRC?60～63，凹模為HRC?57～60，這樣比兩者硬度一樣，或凹模硬度高于凸模的模具壽命更長(zhǎng)一些。

2.3磨削

磨削具有加工精度高的優(yōu)勢(shì)，在精沖模具的加工過(guò)程中，一般分為粗磨、精磨、超精磨。從文獻(xiàn)[1]的研究表明，磨削參數(shù)中工作臺(tái)速度和砂輪線速度對(duì)表面粗糙度影響較大;砂輪線速度對(duì)殘余應(yīng)力影響最大。

磨削白層對(duì)模具壽命的影響非常大，在模具受到反復(fù)沖擊載荷下，白層及周?chē)奈⒘鸭y可能迅速擴(kuò)張，從而降低模具壽命。去除磨削白層需要通過(guò)研磨等方式進(jìn)行。

2.4線切割

電火花線切割廣泛應(yīng)用于精沖模具加工領(lǐng)域。相對(duì)于快走絲線切割，慢走絲線切割加工過(guò)程中可以通過(guò)多次切割，逐漸減小脈沖能量，得到的模具表面質(zhì)量好，形狀尺寸精度高，粗糙度低，因此多道次慢走絲方法適合應(yīng)用于精沖模具的制造。而線切割放電加工過(guò)程中，放出大量的熱量，局部溫度可達(dá)3000～10000℃，表面出現(xiàn)熔化層，在快速加熱和冷卻的過(guò)程中形成了耐腐蝕脆硬的線切割白層，處于拉應(yīng)力狀態(tài)，嚴(yán)重降低了模具的疲勞壽命。因此，線切割模具表面的后處理顯得十分重要，研磨拋光、噴砂等方式可以有效改善模具表面質(zhì)量，提高模具的使用壽命。

2.5模具表面涂層

在復(fù)雜件及厚板精沖過(guò)程中，由于剪切區(qū)材料的流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦和高溫，造成凸凹模的磨損及冷焊現(xiàn)象，使模具壽命降低，所以必須對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化處理。目前，精沖行業(yè)已經(jīng)越來(lái)越多采用PVD涂層技術(shù)鍍TiN和TiAlN涂層，TiN和TiAlN涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，以及良好的耐磨性、耐腐蝕、紅硬性和熱穩(wěn)定性。

3.模具裝配及調(diào)試

裝配是模具生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。模具裝配質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、模具的技術(shù)狀態(tài)和使用壽命。模具的裝配工作包括下面的內(nèi)容：

3.1清洗、整理零件，檢查數(shù)量及零件是否符合配合基準(zhǔn);

3.2按圖紙工藝要求裝配成組合件及總體裝配;

3.3檢查間隙，保證沖裁間隙一致性，保證導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向精度，以及保證各相關(guān)運(yùn)動(dòng)件能夠按照模具設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)嚴(yán)格進(jìn)行。

模具裝配完后，必須經(jīng)過(guò)試沖，才能進(jìn)行生產(chǎn)使用。試沖時(shí)要注意產(chǎn)品沖裁面狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)試沖件中出現(xiàn)的缺陷，分析其產(chǎn)生的原因，設(shè)法加以解決。

4.結(jié)論

影響精沖模具壽命的因素很多，從以上分析可以看出從模具設(shè)計(jì)到使用的全過(guò)程中，均能提高模具壽命。實(shí)踐證明，合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)及形狀，采用恰當(dāng)?shù)哪＞咧圃旃に?、熱處理工藝，使模具在正常的條件下工作，均能提高模具的壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]張祥林等.高端精沖模具的制造探討[J].塑性工程學(xué)報(bào).2013，20（1）：68-71.

[2]周開(kāi)華.簡(jiǎn)明精沖手冊(cè).國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：王妮莎（1983-），女，湖北襄陽(yáng)人，工程師，學(xué)士，主要研究方向：PVD涂層的應(yīng)用。