沖壓模具的壽命提升與修復(fù)技術(shù)研究

吳雪梅　吳冉

摘要：沖壓模具加工是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的加工技術(shù)，通過對沖壓模具常見失效形式的研究，總結(jié)了提升沖壓模具使用壽命的方法與途徑，并對沖壓模具的修復(fù)技術(shù)做了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：沖壓模具；壽命提升；修復(fù)技術(shù)

中圖分類號：TG3852文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.05.006

沖壓模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中常用的一種工藝技術(shù)，沖壓模具主要是利用沖壓加工將金屬或非金屬的原材料加工成為所需零件或半成品的一種快速加工方式，模具加工特別適用于產(chǎn)品或零件的大批量加工，具有效率高成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，模具的使用壽命是決定生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵，在模具合理安裝和正確使用的情況下，模具應(yīng)按照最初的設(shè)計要求具有穩(wěn)定且長期的使用壽命，但模具在使用的過程中常常因?yàn)楦鞣N原因影響使用壽命并可能對模具造成一定的損壞，因此，為保證沖壓模具具有長期穩(wěn)定的使用壽命，探索模具壽命提升方法與修復(fù)技術(shù)是十分必要的。

1沖壓模具的失效形式

沖壓模具的失效主要是指在模具加工過程中由于特殊原因?qū)е碌哪＞邠p壞或加工缺陷。沖壓模具按照其失效的周期長短可以分為正常失效和過早失效兩類，正常失效是指模具在到達(dá)使用壽命以后出現(xiàn)的失效，是模具使用過程中不可避免產(chǎn)生的現(xiàn)象，過早失效往往是由于設(shè)計、加工、使用過程中的不合理現(xiàn)象導(dǎo)致的，對于過早失效，應(yīng)及時查找失效原因，盡早采取補(bǔ)救措施。沖壓模具的常見失效形式包括了磨損、啃刃、變型、斷裂、腐蝕等幾種形式。其產(chǎn)生原因如下：（1）磨損主要是由于凸、凹模具長期反復(fù)沖壓工作，造成了模具工作面與加工材料外表面之間的頻繁摩擦，久而久之就會出現(xiàn)明顯的磨損現(xiàn)象。（2）由于模具裝配調(diào)整不到位，導(dǎo)致凸、凹模具在加工的過程中不能準(zhǔn)確對正，造成模具刃口損傷。（3）變形通常是由于模具內(nèi)表面的熱處理強(qiáng)度不足，導(dǎo)致模具的關(guān)鍵工作面發(fā)生形變，以至于所加工的零件形狀或尺寸不達(dá)標(biāo)，達(dá)不到加工質(zhì)量的相關(guān)要求。（4）斷裂主要是由于設(shè)計原因或材料選擇不合理，導(dǎo)致負(fù)載沖壓的過程中凸、凹模具受力不均衡或受力過大，凸、凹模中較弱的位置出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。（5）腐蝕是由于表面處理工藝或維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)導(dǎo)致的模具工作面的化學(xué)性破壞[1]。

2沖壓模具壽命提升方法

2.1改善模具的設(shè)計方法

為了降低沖壓零件時的沖裁力，應(yīng)做到在達(dá)到質(zhì)量要求的前提下，使沖裁的間隙盡可能的大一些，以降低模具在使用過程中的磨損程度，盡量的延長模具的使用壽命。由于凸模產(chǎn)生變形或折斷的可能性更大，因此在設(shè)計時應(yīng)考慮增加凸模的幾何尺寸，以減少凸模在使用過程中因偏載而導(dǎo)致的破壞。同時在設(shè)計時對模具的工作面給予明確的光潔度要求，減少模具加工過程中產(chǎn)生的摩擦力，并提高沖壓模具的零件加工效果。對凸、凹模具的配合間隙也應(yīng)做到準(zhǔn)確合理，間隙過大容易使沖壓零件表面產(chǎn)生褶皺，間隙過小會使模具出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。此外，若間隙不均勻會導(dǎo)致加工過程受力不均，容易加速?？诘哪p[2]。

2.2優(yōu)化模具的使用材料

模具的材料選擇是模具使用壽命的另一個關(guān)鍵因素，模具的材料選擇應(yīng)以加工產(chǎn)品的數(shù)量和加工難度為主要依據(jù)，當(dāng)沖壓產(chǎn)品的量比較大時，模具的材料應(yīng)符合強(qiáng)度高、剛度好、韌性和耐磨性優(yōu)質(zhì)的要求，若加工材料的量比較小，則選擇普通材料加工模具即可。此外，應(yīng)根據(jù)零件的加工難度和材料屬性考慮模具零件的選取，若加工零件的尺寸要求精細(xì)，則設(shè)計模具時凸、凹模具的間隙就相對更小，沖壓過程中所產(chǎn)生的摩擦力更大，此時也應(yīng)該選取耐磨性和韌性都更為優(yōu)質(zhì)的材料加工模具。

2.3模具熱處理工藝的合理選取

為延長模具的使用壽命，應(yīng)認(rèn)真分析加工模具所選材料的金屬性質(zhì)，合理地選擇熱處理加工工藝，沖壓模具的制造通常需要通過淬火來提高材料的硬度，在淬火的過程中應(yīng)控制好加熱溫度，溫度過高會導(dǎo)致模具材料過度淬火出現(xiàn)脆性過大，過脆的材料在冷卻的過程中易出現(xiàn)開裂，細(xì)小的裂紋導(dǎo)致模具在使用過程中出現(xiàn)碎裂破壞，同時過脆的模具也不適用于長期使用，但如果在模具淬火的過程中，加熱的溫度不夠高，會導(dǎo)致淬火后的零件硬度和淬火深度都達(dá)不到熱處理要求，在零件沖壓加工的過程中模具整體容易產(chǎn)生變形，模具的工作表面也容易產(chǎn)生磨損，因此，對于模具的淬火，一定要達(dá)到熱處理的要求溫度，避免因熱處理不良影響模具的使用壽命。

2.4對沖壓模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)保養(yǎng)

為了使模具能夠長期的維持優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)狀態(tài)，保證零件的生產(chǎn)質(zhì)量，在使用的過程中應(yīng)注意對模具進(jìn)行合理的維護(hù)保養(yǎng)。模具的正確使用和保養(yǎng)應(yīng)從以下幾方面出發(fā)：（1）在模具正式開始使用之前，應(yīng)對模具進(jìn)行正規(guī)的安裝與調(diào)試，調(diào)試內(nèi)容包括上模的起止點(diǎn)位置和入模深度；對位置和彎曲進(jìn)行校正；對模具的刃口進(jìn)行復(fù)磨；調(diào)整沖壓設(shè)備，使其達(dá)到?jīng)_壓模具要求的精度和沖壓力。（2）選擇有經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行試加工，試加工應(yīng)注意總結(jié)每次零件存在的問題，并使問題在前期盡可能暴露出來，對出現(xiàn)問題做準(zhǔn)確及時的調(diào)整，盡量減少試加工的次數(shù)，降低試加工過程中產(chǎn)生的磨損。（3）提高工人的操作技能，確保能夠正確控制沖壓設(shè)備，并在凸、凹模工作表面涂抹適量的潤滑油，以減少磨損，提高零件的加工質(zhì)量。（4）當(dāng)沖壓模具使用一段時間后，模具刃口可能出現(xiàn)磨損、變形等現(xiàn)象，此時應(yīng)當(dāng)對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，恢?fù)刃口的變型，減緩磨損的進(jìn)一步產(chǎn)生。

3沖壓模具的修復(fù)技術(shù)

3.1常用的沖壓模具修復(fù)技術(shù)

常用的沖壓模具修復(fù)技術(shù)主要包括：表面熔覆技術(shù)、電刷鍍技術(shù)，以及熱噴涂技術(shù)幾大類。

（1） 表面熔覆技術(shù)主要是利用特殊合金材料融化焊接的方式補(bǔ)充模具的受損部位，不僅能夠起到修復(fù)模具工作面上的缺陷作用，更能起到強(qiáng)化補(bǔ)充位置強(qiáng)度，提高模具耐磨性能的作用。常見的表面熔覆技術(shù)包括：氧氣乙炔堆焊、等離子熔覆、電弧堆焊、復(fù)合堆焊等，其原理見下圖。氧氣乙炔堆焊是利用氧氣乙炔的燃燒熱量融化補(bǔ)充的金屬粉末，使材料在模具受損處逐漸凝固，氧氣乙炔堆焊修復(fù)適應(yīng)性強(qiáng)，比較適合現(xiàn)場修復(fù)使用，表面修復(fù)質(zhì)量較高。電弧堆焊修復(fù)包括了手工電弧堆焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧堆焊三類。手工電弧焊操作較簡單，能達(dá)到基本的修復(fù)目的，但是對修復(fù)的質(zhì)量不易控制，受人工技術(shù)影響較大。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有堆層質(zhì)量好、硬度高、成本低的特點(diǎn)，但會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的飛濺。埋弧堆焊修復(fù)具有焊層表面光滑，修復(fù)過程自動化程度高的優(yōu)點(diǎn)，但是埋弧堆焊由于熱量過大，容易損傷模具修復(fù)位置附近的工作面，不適用于小面積的修復(fù)。復(fù)合堆焊是采用了分層修復(fù)的新方式，耐磨性、耐腐蝕性都比較好，是現(xiàn)階段較為均衡的修復(fù)技術(shù)。等離子熔覆是通過等離子束的高溫作用將金屬粉末融化后與模具表面融合凝固，但是等離子融覆由于熱量大，容易出現(xiàn)變形、開裂等問題。

（a）氧氣乙炔堆焊原理（b）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊原理 （c）等離子熔覆原理

圖常見的表面熔覆技術(shù)原理示意

（2） 采用電刷鍍工藝進(jìn)行修復(fù)，電鍍筆為正極，需修復(fù)的模具表面與負(fù)極相連，在直流電壓的作用下電鍍液均勻的覆蓋在修復(fù)層表面，一段時間后在修復(fù)表面形成金屬鍍層。電刷鍍修復(fù)具有操作簡單、便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，可用于大型模具的修復(fù)，且維修時間短，應(yīng)用范圍廣，但是電鍍液具有一定的污染性，容易對環(huán)境和人身安全造成危害。

（3） 熱噴涂技術(shù)是將金屬或非金屬材料加熱至融化，再通過高速噴射在模具的修復(fù)位置形成噴涂層，對于材料的加熱常采用火焰加溫、等離子加溫或超聲加溫。熱噴焊的表面具有耐磨耐高溫的特性，適用于熱作沖壓模具的修復(fù)。

3.2新型激光修復(fù)技術(shù)

激光修復(fù)技術(shù)是利用激光束的特點(diǎn)進(jìn)行加溫和修復(fù)，主要的激光修復(fù)技術(shù)包括了表面溶凝、激光熔覆以及激光填料焊接三大類。表面溶凝主要利用激光束高能集中的特點(diǎn)，直接對模具上微小的損傷位置進(jìn)行加熱，使其在微小的范圍內(nèi)融化后再凝固，修復(fù)細(xì)小的損傷和裂紋。激光熔覆技術(shù)是通過激光的作用，利用融化少量的模具金屬達(dá)到形成新的改性層組織，在表面之間形成良好的冶金結(jié)合層，達(dá)到修復(fù)缺陷優(yōu)化金屬性能的目的。激光填料焊接主要是利用激光束融化焊絲用以補(bǔ)充較大位置的模具裂紋或缺陷，避免激光修復(fù)出現(xiàn)凹陷和卷邊現(xiàn)象。激光束能量較高，不會在大范圍對模具產(chǎn)生影響，且由于金屬良好的導(dǎo)熱性，修復(fù)位置冷卻速度快，修復(fù)質(zhì)量好[3]。

對于沖壓模具壽命和修復(fù)能力的研究，都要建立在合理設(shè)計和規(guī)范使用與保養(yǎng)的基礎(chǔ)上，只有避免了人為設(shè)計和使用失誤造成的模具損壞，模具才能獲得長久穩(wěn)定的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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