延長數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具使用壽命的探索

宋志彬 薄敬濤

摘要：數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的模具使用技術(shù)和維護(hù)水平也是提高加工質(zhì)量和模具的使用壽命、控制設(shè)備運(yùn)行成本的重要環(huán)節(jié)，本文主要論述數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，并針對這些問題提出相應(yīng)模具保養(yǎng)與維護(hù)的技術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng).

關(guān)鍵詞：數(shù)控轉(zhuǎn)塔;沖床模具;模具壽命;模具維護(hù)

在鈑金沖壓加工領(lǐng)域，數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床以其速度快、精度高、模具通用性強(qiáng)、產(chǎn)品靈活多樣等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用.其主要用于各類薄板零件的加工，通過自動(dòng)編程可以對板材進(jìn)行x、y方向的精確定位，自動(dòng)選擇轉(zhuǎn)盤模具庫中的模具，按要求自動(dòng)加工不同尺寸和孔距的不同形狀的孔，也可用小沖模以步?jīng)_方式?jīng)_大的圓孔、方形孔等。

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床所使用的模具，由于其精度和質(zhì)量要求高，沖壓速度快，一般直接選用國內(nèi)外專業(yè)制造商如美國MATE、北京兆維、廣州啟泰等產(chǎn)品，其規(guī)格系列齊全，通用性強(qiáng)。在選用某種品質(zhì)的模具后，其使用和維護(hù)的水平，直接影響到工件的加工質(zhì)量和模具的使用壽命。模具是數(shù)控沖床中一直要用并需要經(jīng)常更換和維修的，也是控制設(shè)備運(yùn)行成本的重要環(huán)節(jié)。因此，學(xué)習(xí)和掌握這方面的一些知識(shí)并運(yùn)用到實(shí)際中，對提高效益、降低成本，會(huì)起到重要的作用。

一、模具的壽命

模具壽命是指在保證制件品質(zhì)的前提下，模具所能達(dá)到的生產(chǎn)次數(shù)（沖壓次數(shù)、成型次數(shù)）。它包括反復(fù)刃磨和更換易損件，直至模具的主要部分更換所成形的合格制件總數(shù)。

模具的失效分為非正常失效和正常失效。非正常失效（早期失效）是指模具未達(dá)到一定的工業(yè)水平下公認(rèn)的壽命時(shí)就不能工作。早期失效的形式有塑性變形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損等。正常失效是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)工作。

模具失效形式歸納起來大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。

（1）磨損失效模具在工作時(shí)，與成形坯料接觸，產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。由于表面的相對運(yùn)動(dòng)，接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損。

（2）斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分喪失工作能力時(shí)，稱為斷裂失效。

（3）塑性變形失效模具在工作時(shí)承受很大的應(yīng)力，而且不均勻。當(dāng)模具的某個(gè)部位的應(yīng)力超過了當(dāng)時(shí)溫度下模具材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復(fù)再工作時(shí)，叫塑性變形失效。模具的塑性變形是模具金屬材料的屈服過程。是否產(chǎn)生塑性變形，起主導(dǎo)作用的是機(jī)械負(fù)荷以及模具的室溫強(qiáng)度。在高溫下工作的模具，是否產(chǎn)生塑性變形，主要取決于模具的工作溫度和模具材料的高溫強(qiáng)度。

影響模具壽命的因素：模具的材料是否經(jīng)過特殊處理;模具的結(jié)構(gòu)形式;下模的間隙;上下模的位置精度;調(diào)整墊片的合理使用;沖壓板材是否有良好的潤滑;沖壓板材是否平整;沖壓板材的類型及厚度;沖壓機(jī)器每個(gè)轉(zhuǎn)塔上下工位的對中性;機(jī)器轉(zhuǎn)塔上的導(dǎo)向鍵是否完好無損。以上諸因素中最直接的就是板越厚，材料越硬以及步?jīng)_加工，模具壽命會(huì)越短。

二、數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具使用的技術(shù)要點(diǎn)

1.標(biāo)準(zhǔn)模具的選用

根據(jù)工件的形狀尺寸選用合適的模具，模具的刃口直徑應(yīng)盡量大于加工板厚的2倍，直徑一般應(yīng)大于3mm，否則易折斷，壽命極短;但也不是絕對的，3mm直徑以下推薦使用進(jìn)口高速鋼作為模具材料。

2.保證最佳的模具間隙

模具的間隙是凸模和凹模的間隙，用總差值來表示。例如：使用10的凸模和10.3的凹模時(shí)，10.3-10=0.3（凹模的孔徑-凸模的孔徑=間隙），間隙為0.3mm。這個(gè)間隙，是沖孔加工最重要的因素之一。如果間隙選擇不合適，會(huì)使得模具壽命縮短，或出現(xiàn)毛刺，引起二次剪切等，使得切口形狀不規(guī)則，脫模力增大等，因此正確地選擇間隙值非常重要。模具間隙的選擇取決于板厚、材質(zhì)以及沖壓工藝等，不同板厚或者材質(zhì)應(yīng)選用相應(yīng)的模具間隙，間隙過小或者過大或者損壞模具或者影響沖孔質(zhì)量。如果模具間隙選用的合適，就能夠保證良好的沖孔質(zhì)量，毛刺和塌陷減少，保持板料平整，有效防止帶料，延長模具使用壽命。模具間隙的判定主要通過檢查沖壓廢料的情況的辦法。廢料如果出現(xiàn)粗糙起伏的斷裂面和較小的光亮面，就說明間隙過大。斷裂面與光亮面形成的角度與間隙成正向比。間隙越大，沖孔時(shí)會(huì)形成卷邊和斷裂，甚至出現(xiàn)一個(gè)薄緣突起。反之，如果間隙過小，廢料會(huì)出現(xiàn)小角度斷裂面和較大的光亮面。

當(dāng)進(jìn)行開槽、步?jīng)_、剪切等局部沖壓時(shí)，側(cè)向力將使沖頭偏轉(zhuǎn)而造成單邊間隙過小，有時(shí)刃邊偏移過大會(huì)刮傷下模，造成上下模的快速磨損。

模具以最佳間隙沖壓時(shí)，廢料的斷裂面和光亮面具有相同的角度，并相互重合，這樣可使沖裁力最小，沖孔的毛刺也很小。所以，加工2mm板的下模不可加工3mm的板，也不可加工1mm的板，否則會(huì)加劇磨損甚至打壞模具。

3.沖頭的表面硬化及其適用范圍

雖然熱處理和表面涂層可改善沖頭表面特性，但并不是解決沖壓問題和延長模具壽命的一般方法。一般地說，涂層提高了沖頭表面硬度并使側(cè)面的潤滑性得到改善，但在大噸位、硬質(zhì)材料沖壓時(shí)，這些優(yōu)點(diǎn)在大約1000次沖壓后就消失了。

針對以下情況可使用表面硬化的沖頭：沖軟或粘性的材料（如鋁）;沖薄的研磨性材料（如玻璃環(huán)氧片）;沖薄的硬質(zhì)材料（如不銹鋼）;頻繁地步?jīng)_;非正常潤滑的情況。

表面硬化通常采用鍍鈦、滲氮等方法，其表面硬化層為厚度12～60μm的分子結(jié)構(gòu)，它是沖頭基體的一部份，而并非僅是涂層。

表面硬化的模具可按通常的方式刃磨。通過表面硬化會(huì)降低模具在沖壓板上的磨損，從而延長模具壽命。

三、數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床模具在使用中常見問題的改進(jìn)辦法

1.模具過熱引起粘料問題的解決辦法

大批量生產(chǎn)同一種產(chǎn)品時(shí)，由于單個(gè)沖頭長時(shí)間進(jìn)行工作產(chǎn)生熱量，板料的細(xì)小顆粒就會(huì)粘結(jié)在沖頭表面上，從而影響沖件的質(zhì)量。

改進(jìn)辦法：可采取交替使用同尺寸沖頭沖壓的辦法，使多個(gè)沖頭輪流沖壓可使每個(gè)沖頭在使用之前有較充足的冷卻時(shí)間。將過熱模具停歇使用，通過控制換模，中斷其長時(shí)間重復(fù)工作。要去除沖頭上的粘料可用細(xì)油石進(jìn)行打磨，避免進(jìn)一步粘料的產(chǎn)生打磨方向應(yīng)與沖頭運(yùn)動(dòng)的方向應(yīng)保持一致。要避免使用粗紗布進(jìn)行打磨，防止沖頭表面變得更加粗糙，粘料現(xiàn)象再次發(fā)生。

2.沖很多孔時(shí)防止板料變形辦法的應(yīng)用

如果在一張板上沖很多孔，板材就會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。這是由于每次沖孔時(shí)，由于沖切應(yīng)力的積累，孔周邊的材料會(huì)向下變形，板料上表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，而下表面則出現(xiàn)壓應(yīng)力。當(dāng)沖很少的孔時(shí)候，這種重切應(yīng)力不會(huì)影響板材的質(zhì)量，但當(dāng)沖很多的孔時(shí)，板料上下表面的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力在某點(diǎn)上不斷積累，就會(huì)致使材料不平整、變形。

防止此類變形的方法是：改變孔的沖切順序，隔孔沖切，然后返回沖切剩余的孔。這樣能夠有效的降低在同一方向順序沖壓時(shí)的應(yīng)力累積，雖然這種沖切方法也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，但是它會(huì)相互抵消前后兩組孔的應(yīng)力，從而防止了板料的變形。

四、總結(jié)

沖壓模具的壽命決定于模具的合理選擇、使用、維護(hù)、保養(yǎng)及程序優(yōu)化。我們在生產(chǎn)中，要具體問題具體分析，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，這對模具良好狀態(tài)的發(fā)揮，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行有著重要的意義。同時(shí)在生產(chǎn)過程中，貫徹執(zhí)行一套切實(shí)可行的使用、維護(hù)、保養(yǎng)措施，不但能提高沖模的耐用度及精度等級(jí)，使其能較長時(shí)間的保持良好的使用性能，而且也是保證沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本的有效措施。

參考文獻(xiàn)

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