鍛壓模具的失效與預防

張榮

摘要：鍛壓工藝目前被廣泛地應用到機械制造行業(yè)之中，鍛壓作為鍛造和沖壓的合稱，指的是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，從而獲得所需零件形狀和尺寸，鍛壓模具有助于制件成形，故此應用越來越廣泛。文章在分析鍛壓模具失效的原因時，分別從模具設計、用材、制造和使用維護等角度入手，從整體上對于模具失效的原因進行分析和研究。

關鍵詞：鍛壓模具;失效;預防

引言：鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機械的模具對于坯料施加壓力之后，得到所需零件形狀和尺寸的方法，這種工藝在現(xiàn)代機械加工行業(yè)中非常適用，具有塑形結構更為精準的特點。技術人員為了能夠在坯料加工時取得更好的效果，需要分析鍛壓模具失效的具體原因。由于模具的使用需要更為嫻熟的手法，對于技巧要求較高，因此分析評判模具的失效原因并不容易，研究者為了避免失效問題，需要能夠從多角度入手探究。

一、鍛壓模具的概念

（一）定義

模具指的是為了實現(xiàn)零件批量生產(chǎn)、減少在機械加工中的多余量而使用的工藝裝備，現(xiàn)代機械制造業(yè)中的零件性能因為使用了模具而得以提升。模具的使用優(yōu)勢在于可以精準地控制外形，杜絕廢料，從而能夠降低制造成本，模具目前被廣泛的應用到很多不同的行業(yè)領域，并且發(fā)揮著重要的作用。模具一般被分為冷作模具和熱鍛壓模具兩種，在機械、電機、電子、儀器、國防等領域發(fā)揮著不同的功效。由于模具能夠使得零件的制造更加簡便、精準，所以逐漸成為一種重要的鍛壓工藝裝備。

（二）模具特性

模具是一種非常重要的耗損件，在多次使用之后會因為使用過程中產(chǎn)生損耗而失效，模具有一定的使用壽命，從投入使用開始一直在正常的損耗失效期之內，使用模具零件的數(shù)量是既定的，但是如果模具提前失效，那么不僅可能會造成生產(chǎn)停頓，而且會使生產(chǎn)成本增加。企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟效益，需要杜絕這類事件的發(fā)生，否則可能會影響產(chǎn)品的市場競爭力，通過大量調查數(shù)據(jù)顯示，我國目前企業(yè)所使用的模具普遍存在早期失效、使用壽命低于平均值等問題，這不禁引發(fā)了企業(yè)的關注。

（三）失效分析思路

在鍛壓和冶金工業(yè)中，為了防止模具發(fā)生明顯的塑形變形，分析模具失效的思路主要集中在了解模具的使用過程層面。對于模具的失效分析需要科學判斷產(chǎn)品的失效模式、分析產(chǎn)品失效機理，企業(yè)技術部門應針對失效現(xiàn)象制定合理的失效分析流程。通常的判斷模式是：首先找到模具失效情況的調查報告，實際分析鍛壓工藝、模具失效經(jīng)過和背景、模具形狀和尺寸、模具使用的具體溫度和潤滑狀況等，技術人員還需要了解操作人員的工藝水平是否足以應對失效后的修復要求。

（四）失效分析程序和方法

研究者通過搜集模具失效的原始情況，找到相關數(shù)據(jù)，進一步對于模具進行觀察和分析，通過觀察失效模具的外觀特征、失效特征和模具失效之后的幾何形狀，衡量斷口的宏觀和微觀狀況，做好表面裂紋的分析，從而能夠找到足夠的理化檢測依據(jù)。技術鑒定科室需要對于模具的材料成分進行分析，結合理學性能檢測和硬度測試找到理化檢測的數(shù)量分析，以上所有內容有助于幫助檢測人員找到觀察的結果，并精準地判定失效模式和原因。只有找到具體的失效問題，才有助于研究人員根據(jù)模具失效的具體問題，提出預防模具失效的措施，一般最常用的鑒定方法是：主裂紋與裂紋源分析法、T型分布分析法、斷口分析法等。

二、鍛壓模具失效的預防措施

（一）優(yōu)化模具結構設計

鍛壓工藝部門通過大量的制造實踐可以發(fā)現(xiàn)，模具的失效與使用條件之間有非常密切的關系，模具從一開始設計和制造時，其所使用的材料就會影響到使用壽命。研究人員還發(fā)現(xiàn)，模具的制造工藝、安裝方法和使用維護過程也對于模具的使用壽命起到很大的影響。為了能夠使得鍛壓模具擁有更長的使用壽命，要就模具的幾何形狀、制造間隙、沖頭模具的長徑比等進行觀察。研究表明，模具的端面斜度和過渡角的大小、冷卻水路及裝配結構等也會影響模具的使用壽命，由于模具的局部結構是構成整體結構的基礎，因此為了提高模具的使用壽命，需要能夠合理地設計模腔的圓角半徑。設計人員還要考慮到模具的工作部位可能呈現(xiàn)出不同的角度，鍛壓模具在使用的時候會有一定的傾斜度。模具制作工藝可能涉及到脫模等問題，因此可以考慮在模具模腔的底部位置設置應力分布保護點，尤其是對于鍛壓斜度和圓角半徑過度消耗的問題要盡可能地避免，模具壽命的延長與優(yōu)化設計之間的關系是非常密切的。很多模具的設計師還會注意采用新的熱處理工藝，挖掘現(xiàn)有材料的更多潛力，提升模具的使用壽命?，F(xiàn)代模具工作條件非?？量?，要大幅度的提高模具壽命，應在高溫、高壓、高速發(fā)展的環(huán)境下，挖掘舊材料的潛力，研制新的模具材料，如，合金鋼等。

（二）過程性分析的合理應用

當鍛壓模具的原材料已經(jīng)選定，設計方案已經(jīng)過關，模具的結構就已經(jīng)即定，就可以判定模具局部結構和整體結構之間的應力分布足以提升整個模具的承載能力。在具體的鍛壓制造過程中，使用者最應注意的是在使用過程中不要讓模具出現(xiàn)局部裂紋、結構坍塌、過度磨損等問題。鍛壓模具的過程性保護非常重要。有的模腔局部結構不合理，容易在制造中卡住，這種問題直接影響到生產(chǎn)的數(shù)量，嚴重的時候可能使得產(chǎn)量減少一半。鍛壓車間要注意一切與模具壽命有關的結構因素，通過分析模具使用的具體步驟和過程，加深模具壽命保護機制的建設，從過程入手，延長模具的是用時間。鍛壓質量監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)，有很多具體的辦法都可以改進和優(yōu)化模具使用效果，但是過程性分析由于消耗時間成本最低最受到使用者的青睞。針對不同鋼種的模具進行組織預處理，在淬火后觀察碳化物的形狀，通過比對顯微組織，計算模具的制造過程是否成功。在鍛壓模具的制作過程中，高溫淬火工藝可以使得碳合金材質更加強韌，而后高溫回火促使模具的熱穩(wěn)定性增強，這是對于鍛壓模具材料表面材料適當強化的處理手段，也是能夠作為整體熱處理步驟重要環(huán)節(jié)的工藝內容之一。

（三）提高鍛壓模具的制造質量

鍛壓模具的制造形態(tài)能夠精準的幫助生產(chǎn)者分清楚零件的幾何尺寸，衡量其圓角半徑、模具斜度等，通過提高模具制造精度，有助于提升鍛壓模具的質量。通過保證模具各個部位的均勻受力，從而能夠合理安排模具應力分布，引導模具的傾斜方向，保障模具安全使用。鍛壓模具的模腔表面粗糙度越高，越容易增加鑄件流動阻力，反之，降低模腔磨損率，需要降低模腔表面粗糙度，令使用阻力達到正常值。為了提高模具硬度的均勻性，在熱鍛壓處理過程中，保證加熱溫度均勻提升，冷卻速度不宜過快，可以保證模具表面的氧化和脫碳過程平緩。模具使用人員還應該注意令模具淬火之后充分回火，從而能夠提高模具裝配精度，調整模具使用中的間隙尺寸，這是保證模具凹凸模位置受力中心一致的慣用手法。

三、結論

鍛壓制造的模具是完成工藝制造不可或缺的部件之一，模具工作時候可能會出現(xiàn)輕微損傷，模具的粗糙度也會隨著生產(chǎn)進程不斷升高。及時打磨和修理模具，可以防治模具缺陷進一步擴大，通過多種處理方式，能夠盡量降低生產(chǎn)車間的鍛壓成本，這對于模具使用者來說具有一定的啟示意義，因此值得在相關領域內推廣，從而提升我國鍛壓工藝的整體水準。

參考文獻：

[1]?? 梅振.基于Creo的火車車輪鍛壓模具CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].安徽工業(yè)大學，2018.

[2]?? 張佳敏.高鐵車輪連續(xù)成形仿真與模具設計研究[D].太原科技大學，2018.

[3]?? 鄔小龍.模具設計制造中智能化技術的應用[J].南方農(nóng)機，2017，48（14）：95.

[4]?? “.2017中國鍛壓模具研討會”在上海召開[J].塑性工程學報，2017，24（03）：224.

張榮

摘要：鍛壓工藝目前被廣泛地應用到機械制造行業(yè)之中，鍛壓作為鍛造和沖壓的合稱，指的是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，從而獲得所需零件形狀和尺寸，鍛壓模具有助于制件成形，故此應用越來越廣泛。文章在分析鍛壓模具失效的原因時，分別從模具設計、用材、制造和使用維護等角度入手，從整體上對于模具失效的原因進行分析和研究。

關鍵詞：鍛壓模具;失效;預防

引言：鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機械的模具對于坯料施加壓力之后，得到所需零件形狀和尺寸的方法，這種工藝在現(xiàn)代機械加工行業(yè)中非常適用，具有塑形結構更為精準的特點。技術人員為了能夠在坯料加工時取得更好的效果，需要分析鍛壓模具失效的具體原因。由于模具的使用需要更為嫻熟的手法，對于技巧要求較高，因此分析評判模具的失效原因并不容易，研究者為了避免失效問題，需要能夠從多角度入手探究。

一、鍛壓模具的概念

（一）定義

模具指的是為了實現(xiàn)零件批量生產(chǎn)、減少在機械加工中的多余量而使用的工藝裝備，現(xiàn)代機械制造業(yè)中的零件性能因為使用了模具而得以提升。模具的使用優(yōu)勢在于可以精準地控制外形，杜絕廢料，從而能夠降低制造成本，模具目前被廣泛的應用到很多不同的行業(yè)領域，并且發(fā)揮著重要的作用。模具一般被分為冷作模具和熱鍛壓模具兩種，在機械、電機、電子、儀器、國防等領域發(fā)揮著不同的功效。由于模具能夠使得零件的制造更加簡便、精準，所以逐漸成為一種重要的鍛壓工藝裝備。

（二）模具特性

模具是一種非常重要的耗損件，在多次使用之后會因為使用過程中產(chǎn)生損耗而失效，模具有一定的使用壽命，從投入使用開始一直在正常的損耗失效期之內，使用模具零件的數(shù)量是既定的，但是如果模具提前失效，那么不僅可能會造成生產(chǎn)停頓，而且會使生產(chǎn)成本增加。企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟效益，需要杜絕這類事件的發(fā)生，否則可能會影響產(chǎn)品的市場競爭力，通過大量調查數(shù)據(jù)顯示，我國目前企業(yè)所使用的模具普遍存在早期失效、使用壽命低于平均值等問題，這不禁引發(fā)了企業(yè)的關注。

（三）失效分析思路

在鍛壓和冶金工業(yè)中，為了防止模具發(fā)生明顯的塑形變形，分析模具失效的思路主要集中在了解模具的使用過程層面。對于模具的失效分析需要科學判斷產(chǎn)品的失效模式、分析產(chǎn)品失效機理，企業(yè)技術部門應針對失效現(xiàn)象制定合理的失效分析流程。通常的判斷模式是：首先找到模具失效情況的調查報告，實際分析鍛壓工藝、模具失效經(jīng)過和背景、模具形狀和尺寸、模具使用的具體溫度和潤滑狀況等，技術人員還需要了解操作人員的工藝水平是否足以應對失效后的修復要求。

（四）失效分析程序和方法

研究者通過搜集模具失效的原始情況，找到相關數(shù)據(jù)，進一步對于模具進行觀察和分析，通過觀察失效模具的外觀特征、失效特征和模具失效之后的幾何形狀，衡量斷口的宏觀和微觀狀況，做好表面裂紋的分析，從而能夠找到足夠的理化檢測依據(jù)。技術鑒定科室需要對于模具的材料成分進行分析，結合理學性能檢測和硬度測試找到理化檢測的數(shù)量分析，以上所有內容有助于幫助檢測人員找到觀察的結果，并精準地判定失效模式和原因。只有找到具體的失效問題，才有助于研究人員根據(jù)模具失效的具體問題，提出預防模具失效的措施，一般最常用的鑒定方法是：主裂紋與裂紋源分析法、T型分布分析法、斷口分析法等。

二、鍛壓模具失效的預防措施

（一）優(yōu)化模具結構設計

鍛壓工藝部門通過大量的制造實踐可以發(fā)現(xiàn)，模具的失效與使用條件之間有非常密切的關系，模具從一開始設計和制造時，其所使用的材料就會影響到使用壽命。研究人員還發(fā)現(xiàn)，模具的制造工藝、安裝方法和使用維護過程也對于模具的使用壽命起到很大的影響。為了能夠使得鍛壓模具擁有更長的使用壽命，要就模具的幾何形狀、制造間隙、沖頭模具的長徑比等進行觀察。研究表明，模具的端面斜度和過渡角的大小、冷卻水路及裝配結構等也會影響模具的使用壽命，由于模具的局部結構是構成整體結構的基礎，因此為了提高模具的使用壽命，需要能夠合理地設計模腔的圓角半徑。設計人員還要考慮到模具的工作部位可能呈現(xiàn)出不同的角度，鍛壓模具在使用的時候會有一定的傾斜度。模具制作工藝可能涉及到脫模等問題，因此可以考慮在模具模腔的底部位置設置應力分布保護點，尤其是對于鍛壓斜度和圓角半徑過度消耗的問題要盡可能地避免，模具壽命的延長與優(yōu)化設計之間的關系是非常密切的。很多模具的設計師還會注意采用新的熱處理工藝，挖掘現(xiàn)有材料的更多潛力，提升模具的使用壽命?，F(xiàn)代模具工作條件非常苛刻，要大幅度的提高模具壽命，應在高溫、高壓、高速發(fā)展的環(huán)境下，挖掘舊材料的潛力，研制新的模具材料，如，合金鋼等。

（二）過程性分析的合理應用

當鍛壓模具的原材料已經(jīng)選定，設計方案已經(jīng)過關，模具的結構就已經(jīng)即定，就可以判定模具局部結構和整體結構之間的應力分布足以提升整個模具的承載能力。在具體的鍛壓制造過程中，使用者最應注意的是在使用過程中不要讓模具出現(xiàn)局部裂紋、結構坍塌、過度磨損等問題。鍛壓模具的過程性保護非常重要。有的模腔局部結構不合理，容易在制造中卡住，這種問題直接影響到生產(chǎn)的數(shù)量，嚴重的時候可能使得產(chǎn)量減少一半。鍛壓車間要注意一切與模具壽命有關的結構因素，通過分析模具使用的具體步驟和過程，加深模具壽命保護機制的建設，從過程入手，延長模具的是用時間。鍛壓質量監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)，有很多具體的辦法都可以改進和優(yōu)化模具使用效果，但是過程性分析由于消耗時間成本最低最受到使用者的青睞。針對不同鋼種的模具進行組織預處理，在淬火后觀察碳化物的形狀，通過比對顯微組織，計算模具的制造過程是否成功。在鍛壓模具的制作過程中，高溫淬火工藝可以使得碳合金材質更加強韌，而后高溫回火促使模具的熱穩(wěn)定性增強，這是對于鍛壓模具材料表面材料適當強化的處理手段，也是能夠作為整體熱處理步驟重要環(huán)節(jié)的工藝內容之一。

（三）提高鍛壓模具的制造質量

鍛壓模具的制造形態(tài)能夠精準的幫助生產(chǎn)者分清楚零件的幾何尺寸，衡量其圓角半徑、模具斜度等，通過提高模具制造精度，有助于提升鍛壓模具的質量。通過保證模具各個部位的均勻受力，從而能夠合理安排模具應力分布，引導模具的傾斜方向，保障模具安全使用。鍛壓模具的模腔表面粗糙度越高，越容易增加鑄件流動阻力，反之，降低模腔磨損率，需要降低模腔表面粗糙度，令使用阻力達到正常值。為了提高模具硬度的均勻性，在熱鍛壓處理過程中，保證加熱溫度均勻提升，冷卻速度不宜過快，可以保證模具表面的氧化和脫碳過程平緩。模具使用人員還應該注意令模具淬火之后充分回火，從而能夠提高模具裝配精度，調整模具使用中的間隙尺寸，這是保證模具凹凸模位置受力中心一致的慣用手法。

三、結論

鍛壓制造的模具是完成工藝制造不可或缺的部件之一，模具工作時候可能會出現(xiàn)輕微損傷，模具的粗糙度也會隨著生產(chǎn)進程不斷升高。及時打磨和修理模具，可以防治模具缺陷進一步擴大，通過多種處理方式，能夠盡量降低生產(chǎn)車間的鍛壓成本，這對于模具使用者來說具有一定的啟示意義，因此值得在相關領域內推廣，從而提升我國鍛壓工藝的整體水準。

參考文獻：

[1]?? 梅振.基于Creo的火車車輪鍛壓模具CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].安徽工業(yè)大學，2018.

[2]?? 張佳敏.高鐵車輪連續(xù)成形仿真與模具設計研究[D].太原科技大學，2018.

[3]?? 鄔小龍.模具設計制造中智能化技術的應用[J].南方農(nóng)機，2017，48（14）：95.

[4]?? “.2017中國鍛壓模具研討會”在上海召開[J].塑性工程學報，2017，24（03）：224.