改善精密高速?zèng)_壓模具壽命的途徑

文／范益丞·一勝百模具技術(shù)（上海）有限公司

改善精密高速?zèng)_壓模具壽命的途徑

文／范益丞·一勝百模具技術(shù)（上海）有限公司

范益丞，同濟(jì)大學(xué)碩士，現(xiàn)任瑞典一勝百模具技術(shù)（上海）有限公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理，曾長(zhǎng)期致力于汽車輕量化方面的研究，2005 ～2011年期間曾負(fù)責(zé)為寶馬、大眾、通用等公司做過(guò)多個(gè)車身輕量化項(xiàng)目，目前主要從事研究先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板冷、熱沖壓模具解決方案和市場(chǎng)研究工作。

精密高速?zèng)_壓技術(shù)是綜合了精密高速壓力機(jī)技術(shù)、高精沖壓模具技術(shù)、高品質(zhì)制品材料技術(shù)、高度自動(dòng)化控制技術(shù)為一體的高新技術(shù)。采用精密高速?zèng)_壓技術(shù)進(jìn)行大批量沖壓生產(chǎn)，具有高生產(chǎn)效率、高質(zhì)量、高一致性及節(jié)能降耗、節(jié)省人力、低成本和安全生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此已越來(lái)越被各生產(chǎn)行業(yè)所重視。同時(shí)，隨著汽車、家電、電力和電子通訊等產(chǎn)品技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)精密沖壓件的需求量越來(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高，精密高速?zèng)_壓應(yīng)用面越來(lái)越廣泛。如何改善精密高速?zèng)_壓模具的使用壽命也受到越來(lái)越多高速?zèng)_相關(guān)企業(yè)的密切關(guān)心。

精密高速?zèng)_壓的特點(diǎn)

在大批量和超大批量沖壓生產(chǎn)中，普通壓力機(jī)已不能滿足生產(chǎn)和技術(shù)的要求，采用精密高速壓力機(jī)進(jìn)行高速、自動(dòng)化及連續(xù)沖壓生產(chǎn)是提高沖壓生產(chǎn)效率的有效途徑。精密高速壓力機(jī)滑塊每分鐘行程次數(shù)是相似噸位普通壓力機(jī)的5倍以上，采用精密高速壓力機(jī)生產(chǎn)的沖壓件不僅精度高、表面質(zhì)量好，而且模具壽命長(zhǎng)。

相對(duì)于普通沖壓而言，精密高速?zèng)_壓往往具有如下的特點(diǎn)：

模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高

精密高速?zèng)_壓模具一般都是級(jí)進(jìn)模連續(xù)沖壓，一套模具上有幾個(gè)甚至幾十個(gè)工步，通過(guò)定位、沖孔、剪切、拉伸、彎曲、裁邊、剪切等多種方式組合成形。因此在模具制造中需要大量的線切割和鑲拼結(jié)構(gòu)，對(duì)加工的工藝和設(shè)備都有一定的要求。

產(chǎn)品質(zhì)量要求高

精密高速?zèng)_壓模具的沖裁間隙小，產(chǎn)品成形后飛邊和毛刺很小，甚至沒(méi)有，沖裁面撕裂帶少。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的平面產(chǎn)品（如圖1所示硅鋼片），能得到良好的表面質(zhì)量和平面度。

效率高，適合大批量的生產(chǎn)

精密高速?zèng)_壓的速度每分鐘在幾百次到上千個(gè)沖次，一般為薄板沖壓，生產(chǎn)效率高，適合大批量的生產(chǎn)。國(guó)外有些公司對(duì)小噸位精密高速壓力機(jī)按滑塊行程次數(shù)分為四個(gè)速度等級(jí)：常速（≤250次／min）；次高速（250～400次／min）；高速（400～1000次／min）；超高速（≥1000次／min）。

基于上述特性，精密高速?zèng)_壓的模具制造往往具有如下特點(diǎn)：

模具精度要求高

精密高速?zèng)_壓模具的沖裁間隙很小，有的模具能達(dá)到μm級(jí)，在模具制造中需要大量的慢走絲、精磨甚至是光學(xué)投影磨，所以一套精密高速?zèng)_壓模具的價(jià)格至少在幾十萬(wàn)，模具材料占模具總費(fèi)用的比例很低。圖2所示為高速精密沖壓模具。

尺寸穩(wěn)定性要求高

為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的高效率生產(chǎn)，精密高速?zèng)_壓要求模具在高頻率的沖裁壓力下不能發(fā)生變形和尺寸改變，所以精密高速?zèng)_壓模具在熱處理的時(shí)候都需要淬火和深冷，或者二次深冷相結(jié)合來(lái)保證尺寸穩(wěn)定。

成本低

一套精密高速?zèng)_壓模具的壽命至少在上百萬(wàn)次，最高能達(dá)到上億次。因此分?jǐn)偟矫考a(chǎn)品里的模具費(fèi)用相當(dāng)?shù)汀?/p>

圖1 高速精密沖壓產(chǎn)品——硅鋼片

圖2 高速精密沖壓模具

精密高速?zèng)_壓模具失效機(jī)理

由于精密高速?zèng)_壓模具沖制的產(chǎn)品通常比較薄，模具精度高，且沖壓速度很高，因而高速?zèng)_的主要失效形式是：磨損、崩角和開(kāi)裂。

精密高速?zèng)_壓的產(chǎn)品通常都是薄板料，產(chǎn)量往往非常高，其模具的磨損機(jī)理以刃口的磨粒磨損為主，對(duì)應(yīng)地在模具設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇耐磨粒磨損性能好的模具鋼，而模具鋼熱處理硬度選擇應(yīng)以在不產(chǎn)生崩角、開(kāi)裂的前提下盡量選擇高的熱處理硬度。對(duì)于易產(chǎn)生崩角和開(kāi)裂的模具，模具材料應(yīng)考慮選擇高延展性和韌性的模具鋼，如粉末冶金工具鋼。在沖制厚板料時(shí)更易發(fā)生嚴(yán)重的崩角和開(kāi)裂，針對(duì)這種情況可以考慮選擇基體鋼，并配以高品質(zhì)的PVD涂層。

模具加工的方法和質(zhì)量對(duì)于模具壽命同樣有非常大的影響。例如，線切割白層易引起模具崩角的發(fā)生，需要注意線切割工藝，并去除線切割后殘留的白層。

改善精密高速?zèng)_壓模具壽命的方法

采用新型精密高速?zèng)_壓模具用鋼

提高模具壽命需要從多方面著手，模具材料是其中非常關(guān)鍵的一點(diǎn)。先進(jìn)的生產(chǎn)工藝往往要求模具在嚴(yán)酷的工作環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，這就需要經(jīng)得起極端環(huán)境考驗(yàn)的模具鋼材來(lái)?yè)?dān)當(dāng)重任，以實(shí)現(xiàn)最低的單件沖壓生產(chǎn)成本。精密高速?zèng)_壓模具也如此，可以使用高品質(zhì)的粉末冶金工具鋼來(lái)應(yīng)對(duì)超高產(chǎn)量的挑戰(zhàn)。粉末冶金工具鋼非常適合用于精密高速?zèng)_壓模具，且已得到廣泛的應(yīng)用。

一勝百采用最新的第三代粉末鋼冶煉技術(shù)，基于以往粉末冶金系列鋼種的成功研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，使推出的ASSAB SuperClean（超純凈）粉末冶金工具鋼擁有優(yōu)異的特性以及超高的純凈度，適用于精密高速?zèng)_壓中遇到的不同模具失效問(wèn)題和應(yīng)對(duì)不同材質(zhì)產(chǎn)品對(duì)高速?zèng)_壓模具的需求。如：ASSAB PM23、PM30具有高的抗混合磨損性及抗崩角性能，適用于薄的被加工材料，如冷軋鋼、馬氏體或奧氏體不銹鋼、鋁等；ASSAB PM60、V10具有極高的抗混合磨損性，適用于加工厚度非常薄的帶磨粒磨損的材料，如硅鋼片，密封墊圈，或硬質(zhì)合金易開(kāi)裂和崩角的場(chǎng)合；ASSAB Vanadis4Extra具有高抗粘著磨損性及抗崩角性能，適用于軟和厚的被加工材料，如奧氏體不銹鋼，低碳鋼，銅和鋁。

PVD涂層技術(shù)

在表面改性技術(shù)中，PVD涂層是模具行業(yè)最先進(jìn)、最廣泛使用的技術(shù)之一。通過(guò)選擇針對(duì)性的涂層，工作表面的硬度、耐腐蝕、耐高溫和摩擦特性等表面性能可得到改善優(yōu)化，從而提高抵抗各種表面失效的能力。

一勝百公司采用Eifeler公司最新的PVD涂層設(shè)備和技術(shù)，具有專利的Alpha系列PVD涂層機(jī)以其優(yōu)異的性能在業(yè)界得到了廣泛使用。使用PVD涂層技術(shù)對(duì)模具關(guān)鍵部件進(jìn)行涂層，可以提高模具的耐磨性能，減少模具氧化、腐蝕，減少模具和工件之間的摩擦，防止粘著的發(fā)生，改善產(chǎn)品的表面質(zhì)量，同時(shí)提高模具的壽命。

精密高速?zèng)_壓的產(chǎn)品產(chǎn)量往往都極高，生產(chǎn)商通常都期望模具能夠有較長(zhǎng)的使用壽命。在不發(fā)生崩角、開(kāi)裂和塑性變形等基體問(wèn)題時(shí)，通過(guò)PVD涂層技術(shù)可大大提高模具的耐磨性能，從而明顯提高模具的壽命，而且PVD涂層很薄，可以保證模具在涂層處理后能夠正常使用，尺寸仍在精密高速?zèng)_壓模具允許的誤差范圍。

結(jié)束語(yǔ)

改善精密高速?zèng)_壓模具壽命的途徑是多種多樣的，涉及精密高速?zèng)_壓設(shè)備、工藝參數(shù)、沖壓板材的性能、生產(chǎn)管理、模具的制造方法和維護(hù)、模具材料以及表面涂層的選用。其中，合理的模具材料和PVD涂層的正確選用，并配以正確的模具加工工藝對(duì)于改善精密高速?zèng)_壓模具的使用壽命起著關(guān)鍵的作用。