提高模具質(zhì)量的基本途徑

袁寶泉

摘 要：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)表明，任何行業(yè)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都離不開(kāi)模具，未來(lái)機(jī)器零件的加工將主要由模具來(lái)完成。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的問(wèn)題，分析了影響其質(zhì)量的主要因素，從選材、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)、模具鋼的加工與處理以及使用等方面詳細(xì)介紹了提高模具質(zhì)量的途徑。

關(guān)鍵詞：模具;選材;結(jié)構(gòu);工藝

一、模具生產(chǎn)現(xiàn)狀

權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)機(jī)器零件75%的粗加工和50%的精加工將由模具來(lái)完成。由于種種原因，國(guó)內(nèi)外模具質(zhì)量差距較大，壽命一般僅能達(dá)到國(guó)外同類的1/3～1/5（甚至更低），且制造精度低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展。

二、影響模具質(zhì)量的主要因素

實(shí)踐證明模具質(zhì)量是一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)、技術(shù)和管理水平的綜合反映，造成當(dāng)今國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)落后的局面決非模具制造中某一環(huán)節(jié)落后引起，而是選材—設(shè)計(jì)—鍛造—機(jī)加工—熱處理—模具的使用各個(gè)環(huán)節(jié)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都可能造成模具失效，所以要有效地提高模具質(zhì)量，必須拋棄“瞎子摸象”式的線性改進(jìn)辦法，而代之以對(duì)其生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有針對(duì)性地綜合治理。

三、提高模具質(zhì)量的基本途徑

1.模具的選材

（1）選用綜合性能優(yōu)良的鋼種：首先優(yōu)化用量較大的冷作、熱作、塑料模具用鋼，并開(kāi)發(fā)硬質(zhì)合金在模具上的應(yīng)用，改變國(guó)內(nèi)模具用鋼一貫制的落后局面。新模具用鋼正式投入使用前，應(yīng)先進(jìn)行鍛造、機(jī)加工、熱處理的工藝試驗(yàn)，解決好材料使用中的配套技術(shù)。

（2）合理選材規(guī)格：鋼材直徑越大，碳化物偏析越嚴(yán)重。在足鍛造工藝的條件下，改鍛模塊所用的圓鋼直徑應(yīng)盡量取小值。

（3）加強(qiáng)模具鋼的進(jìn)廠檢驗(yàn)。

2.選用先進(jìn)的模具結(jié)構(gòu)

許多已在國(guó)外應(yīng)用的先進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)沒(méi)能大面積地推廣使用，影響了模具總壽命及使用性能，僅以本單位引進(jìn)的定時(shí)器全套模具為例，外方廣泛采用國(guó)內(nèi)尚未大面積推廣的先進(jìn)結(jié)構(gòu)有：

（1）拼合結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)除形狀簡(jiǎn)單和尺寸較小的模具都可采用。

（2）小沖頭保護(hù)結(jié)構(gòu)：外方為提高壽命，在結(jié)構(gòu)上重點(diǎn)采用以下保護(hù)措施：a）增大沖頭直徑過(guò)渡處的圓角半徑和表面光潔度，b）采用小沖頭自身導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，即全部采用精密壓料板為小沖頭導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。

3.優(yōu)化模具工作部重要設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

（1）選擇合理的沖載間隙：實(shí)踐證明適當(dāng)放大沖載間隙，沖模壽命可成倍增長(zhǎng)。國(guó)外一般常用沖裁（精沖除外）均采用大間隙沖裁。

（2）優(yōu)化出各類模具的最佳硬度范圍：此范圍很小：常為±HRC2～3，不能滿足于文獻(xiàn)資料上提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）為使模具貯備由備模過(guò)渡到備件，應(yīng)逐漸由“照配”法保證間隙過(guò)渡到由凸凹模公差來(lái)保證間隙。

4.鍛造

為保證鍛坯質(zhì)量，鍛造工藝應(yīng)注意控制以下四個(gè)主要環(huán)節(jié)：

（1）原材料質(zhì)量檢驗(yàn)和合理備料;

（2）加熱冷卻應(yīng)注意到模具鋼的特點(diǎn)，并注意控溫手段合理;

（3）根據(jù)鍛前鍛后模塊碳化物應(yīng)改善的級(jí)差確定鍛造方式與鍛造比;

（4）特別注意型面相對(duì)于流線的合理配置，使模具工作時(shí)承受最大拉應(yīng)力的方向與流線平行，最大剪應(yīng)力方向與流線垂直;并避免把模具工作型面配置在原材料端面。在保證以上兩點(diǎn)的前提下最好使型腔流線連續(xù)不斷，如圖1。

5.模具的冷加工

以提高模具精加工能力為主攻方向，要實(shí)現(xiàn)精密加工，主要取決于設(shè)備、工藝、計(jì)量條件三個(gè)方面，且三者相輔相承，某一方面的簡(jiǎn)化，必須以強(qiáng)化其他方面為前提。

因資金及其他原因，國(guó)內(nèi)大多數(shù)模具廠沒(méi)有能力進(jìn)口成套的貴重制模設(shè)備及計(jì)量?jī)x器，因此須將精力用于提高人員素質(zhì)上，并注意開(kāi)發(fā)影響模具質(zhì)量的一些關(guān)鍵工藝，如開(kāi)發(fā)效率精度均較佳的模具拋光工藝技術(shù)、膠模具型腔涂鍍技術(shù);提高電加工精度及表面質(zhì)量的工藝方法。

6.模具的熱處理 ?國(guó)內(nèi)模具熱處理存在的最大問(wèn)題為回火不當(dāng)。資料顯示，各模具失效事故中，回火不當(dāng)引起的約占20%～30%。其主要表現(xiàn)為回火次數(shù)太少，回火時(shí)間太短，高速鋼模具淬火后應(yīng)進(jìn)行3～4次的高溫回火，其他高合金鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行2～3次的回火，國(guó)外為延長(zhǎng)模具壽命，對(duì)重載精密模具的低溫回火時(shí)間甚至延長(zhǎng)到12～24小時(shí)。

改變只靠硬度控制熱處理質(zhì)量的舊習(xí)慣，應(yīng)同時(shí)控制熱處理工藝參數(shù)。硬度相同而熱處理工藝參數(shù)不同，也會(huì)使模具綜合力學(xué)性質(zhì)有很大差別，最終反映在模具壽命上。如圖2為國(guó)外某研究結(jié)果：序號(hào)2、4雖然硬度相同，但因熱處理工藝參數(shù)不同，沖頭壽命競(jìng)相差3倍之多。

開(kāi)發(fā)應(yīng)用投資少、實(shí)用價(jià)值大、能明顯提高質(zhì)量的熱處理工藝：（1）在無(wú)真空淬火設(shè)備的情況下，為解決模具淬火中的氧化、脫碳二大難題，建議推廣涂料保護(hù)防護(hù)措施;（2）推廣表面強(qiáng)化工藝;（3）開(kāi)發(fā)可使模具質(zhì)量大幅度提高的熱處理工藝。如對(duì)模鍛毛壞，改一般退火為微細(xì)化處理（高溫固溶處理正火+球化退火），可使T8A鋼沖頭顯著減少崩刃，提高壽命5倍以上。

7. 模具的使用

為加強(qiáng)在用模具的管理，提高失效分析的能力，應(yīng)建立模具數(shù)字化信息庫(kù)。內(nèi)容應(yīng)包括模具裝配及檢驗(yàn)姓名、目期、使用情況記錄（加工零件數(shù)量、質(zhì)量情況）及模具失效形式返修記錄等。

為避免過(guò)度磨損使模具使用壽命降低，應(yīng)建立合理的修磨期限。

開(kāi)發(fā)用于模具使用過(guò)程中的提高壽命的工藝方法。例如：（1）模具定期低溫回火工藝;（2）合理熱處理（如軟化退火等）改變被加工材料的力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)表面處理（如酸洗等）改變被加工材料的表面狀態(tài);（3）采用高效潤(rùn)滑劑：高精度模具應(yīng)采用高精度高剛度壓力機(jī)。

四、其他

要振興國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)必進(jìn)行綜合治理，而要取得成效，必須首先做好以下兩項(xiàng)基礎(chǔ)工作：

1.模具技術(shù)人員必須加強(qiáng)對(duì)損壞模具特別是早期損壞模具的失效分析。這是研究提高摸具質(zhì)量的基礎(chǔ)工作，通過(guò)失效分析找出產(chǎn)生各種失效形式的主要因素，為改進(jìn)設(shè)計(jì)工藝指出方向，以形成生產(chǎn)的良性循環(huán)。

2.模具標(biāo)準(zhǔn)化是模具生產(chǎn)管理現(xiàn)代化的前提，應(yīng)大力加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，具體可分二步：第一步、由現(xiàn)在模架零件標(biāo)準(zhǔn)化盡快過(guò)波到模具結(jié)構(gòu)要素標(biāo)準(zhǔn)化、典型結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、模具工作零件標(biāo)準(zhǔn)化、具選材標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。第二步、由設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)度到鍛造工藝、機(jī)加工工藝、熱處理工藝、模具安裝使用等全過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化。

如能做好以上工作并取得成效，完全可以改變或基本改變國(guó)內(nèi)模具質(zhì)量低劣的落后局面。

（作者單位：汾西重工有限責(zé)任公司，山西 太原030027）