沖壓模具壽命的分析及提高

王全民

（東莞市育才職業(yè)技術學校，廣東東莞 523420）

0 引言

沖壓模具壽命包括修磨壽命和總壽命兩重含義。在生產(chǎn)中，一方面要延長模具的總壽命，另一方面也需要使維修壽命提升。模具壽命受各種失效形式的限制，由于模具的類型不同，其失效形式也各異。總的來說，沖壓模具失效的形式是多種多樣的，如磨損、變形、斷裂等。由于沖壓工藝和工作環(huán)境的不同，致使沖壓模具壽命受到影響。此外，技術等因素也會使沖壓模具的壽命受到不同程度的影響。因此，提高沖壓模具的使用壽命，以保障產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，追求最大經(jīng)濟效益對模具企業(yè)行業(yè)具有現(xiàn)實意義。

1 沖壓模具的失效形式

沖壓模具的失效在不同程度上影響加工質(zhì)量，同時也對其壽命產(chǎn)生影響。當沖壓模具經(jīng)過使用后，不能加工出合格工件且無法進行修復，這種情況即為模具失效[1]。冷沖模失效的形式主要有以下幾種。

1.1 磨損失效

沖壓模具在工作時，其凸、凹模與被加工坯料表面接觸產(chǎn)生摩擦，造成摩擦磨損。而模具的磨損主要表現(xiàn)為凸、凹模刃口磨損，在沖壓過程中，由于刃口頻繁工作，其表面會出現(xiàn)磨損，導致表面損壞剝落。隨著磨損加劇，刃口遭到破壞，模具的使用性能就會產(chǎn)生問題[2]。在實際生產(chǎn)中，沖壓模間隙過大或者過小都會使磨損增加，從而對沖壓模整體的壽命產(chǎn)生很大影響。

1.2 變形失效

由于沖壓模具工作零件的熱處理工藝不達標，導致模具零件的內(nèi)應力過大，使材料的伸縮性能減小，增加了產(chǎn)生塑性變形的可能，最終使被加工的零件質(zhì)量受到影響，如尺寸精度、形狀等。一般情況下，凸模經(jīng)過幾次工作后會發(fā)生0.2%～0.5%的塑性變形，但超過塑性變形的上限就會導致凸、凹模的形狀和尺寸超過許可的范圍，即變形失效，這種失效主要表現(xiàn)為模具工作零件表面壓塌、皺紋，凸模的鐓粗、彎曲等[3]。

1.3 斷裂失效

斷裂失效是指沖壓模具在沖壓過程中突然出現(xiàn)裂紋而失效，破損、折斷和裂縫是斷裂失效的主要表現(xiàn)形式，這種失效對生產(chǎn)影響很大。由于凸、凹模是沖壓模具的核心部件，在沖壓過程中承受很大的壓力，因此容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，原因在于模具結構設計不合理、熱工藝處理方式欠妥、選材不當[4]。模具斷裂分為疲勞斷裂和早期斷裂，疲勞斷裂是模具在沖壓一定數(shù)量工件之后發(fā)生，而早期斷裂是由于模具材料存在熱加工、切削加工的缺陷或操作不當造成的。發(fā)生早期斷裂不但使模具失效，還有可能發(fā)生安全事故，必須引起注意。

2 影響沖壓模具使用壽命的主要因素

2.1 模具設計的影響

模具結構設計決定著沖壓模具的使用壽命。設計中，影響模具壽命的因素一般包括模具結構形式、排樣與搭邊、模具幾何參數(shù)、模具導向機構等幾個方面。在大多數(shù)情況下，模具的結構是由零件的形狀決定的，但同一零件對應的模具結構會有很多種。在設計中，如果模具結構的選擇不合理，則會致使模具內(nèi)應力集中，從而引發(fā)斷裂失效。其次，排樣方法和搭邊值與模具壽命聯(lián)系密切，排樣的設計不合理以及過小的搭邊值會導致模具磨損加快，甚至會引起凸凹模相互啃傷。模具幾何參數(shù)包括沖裁間隙、沖裁力、凸凹模圓角半徑等，它們對沖件成形和模具磨損影響很大。此外，模具導向精度和剛度直接影響著模具壽命的長短，精準的模具導向機構可減少模具零件的磨損，并且能夠防止凸、凹模發(fā)生啃傷現(xiàn)象，從而延長模具壽命[5]。

2.2 模具材料的影響

模具材料的性質(zhì)和熱處理工藝對模具壽命產(chǎn)生重要影響。具體來說，模具材料的種類、硬度、強度、耐磨性、韌性、熱處理質(zhì)量等方面影響著模具壽命。不同模具鋼類制造的模具用于沖壓同一零件，其壽命差距很大。用不同模具鋼制造彎曲模對同一種彈簧鋼板進行彎曲的實驗結果如圖1所示。模具零件的硬度對模具壽命也有很大的影響，但并非硬度越高模具壽命越長，有的凸、凹模硬度太高，反而會出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象[6]。因此，要綜合考慮沖壓工序、模具失效形式等因素，來確定模具零件的硬度。同時，模具材料熱處理質(zhì)量的高低也影響著模具的壽命，如高合金鋼、冶金缺陷較多，這可能會導致模具在淬火過程中開裂，從而增加了模具早期損壞的風險。

圖1 模具材料種類對模具壽命的影響

2.3 模具制造工藝的影響

熱處理工藝和加工工藝是模具常見的制造工藝，其合理與否直接影響著模具的使用壽命。在實際生產(chǎn)中，模具的熱處理中主要包括淬火、回火、退火等，熱處理質(zhì)量對模具的使用性能和壽命影響很大。在熱處理中，模具零件出現(xiàn)淬火變形、氧化與開裂等現(xiàn)象，與模具的熱處理工藝不當有關。據(jù)分析統(tǒng)計，由熱處理不當引起的模具失效占一半以上。模具的耐磨性、抗粘合能力、抗斷裂能力等性能受模具加工質(zhì)量的影響。模具零件經(jīng)過平面磨削、省模拋光等精加工后，表面較光滑，這樣零件對模具的磨損會大大減少，從而延長模具的使用壽命。模具工作零件經(jīng)過加工后，其表面可能會產(chǎn)生刀痕、夾具夾痕等缺陷，若這些缺陷位于應力集中部位，則有可能導致模具加快斷裂[7]。

3 提高沖壓模具壽命的主要措施

3.1 優(yōu)化沖壓模具結構設計

沖壓模具結構設計是核心環(huán)節(jié)，其合理與否直接影響著模具使用壽命的長短。在設計時，要確保卸料板、送料裝置、導向機構等模具零部件靈活、可靠，并具備足夠的剛度和強度，減少沖壓過程中的變形、磨損現(xiàn)象。同時，盡可能采用鑲拼式凸、凹模結構，以此減少應力集中，降低疲勞裂紋的產(chǎn)生幾率。而且當局部損壞時，可將損壞部件更換，不至于造成整個凸、凹模報廢，從而延長模具的使用壽命。同時，應考慮模具的定位和緊固方式，保證模具的穩(wěn)定性、剛度和強度。

3.2 合理設計沖模凸凹模間隙

在實際生產(chǎn)中，沖壓件斷面質(zhì)量、沖壓力大小和模具使用壽命受沖裁間隙的影響，合理的間隙可獲得合格的沖壓件和較長的模具使用壽命。因此，在設計新模具時，應根據(jù)理論法或查表法來確定合理的間隙值。同時，要結合具體情況，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，采取最大合理間隙，從而大大降低凸、凹模的磨損程度。對尺寸精度、斷面質(zhì)量垂直度要求高的工件應選用較小的間隙值，反之，則在優(yōu)先考慮提高模具使用壽命的情況下，采用大間隙值[8]。

3.3 采用合理的熱處理工藝

對模具材料采取合理的熱處理工藝是提高沖壓模具使用壽命的有效途徑。淬火時，要合理地控制加熱溫度，溫度過高會促進晶粒長大，從而使模具零件變脆，零件在加工中出現(xiàn)崩刃、開裂，折斷的風險就會大大增加。所以，沖壓模具在淬火過程中應保證均勻受熱，在加熱后使冷卻均勻，防止溫度迅速改變帶來的模具氧化和脫碳現(xiàn)象。為消除模具零件的內(nèi)應力，還應進行高溫回火，以降低模具產(chǎn)生裂紋的可能性。同時，為使模具獲得外硬內(nèi)韌的效果，模具工作零件表面需進行強化處理，如離子滲氮、碳氮共滲和電火花強化。這樣，模具表面的硬度和耐磨性得到了保證，沖壓模具的壽命得到有效提高。

4 結束語

沖壓模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，其使用壽命關乎產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、企業(yè)的生產(chǎn)成本。提高沖壓模具的使用壽命是當前需要解決的一個綜合性技術問題。在沖壓模具的設計、制造、使用和維護保養(yǎng)過程中，應該采用先進的現(xiàn)代制造技術和標準的質(zhì)量管理體系，實施專業(yè)化生產(chǎn)，強化模具標準化工作，切實提高模具設計與制造水平，從而有效提高模具的使用壽命。