淺談影響冷沖壓模具壽命的因素及提高壽命的措施

張靈曉，文學洙

（延邊大學 機械工程學科，吉林 延吉133002）

根據現代工業的發展趨勢，工業產品的特征表現為：大型產品和小型化多功能產品的結構越來越復雜，高速、高溫、高摩擦及腐蝕性工作環境的產品，對高性能材料的需求越來越迫切[1]。目前，企業越來越重視產品的生產周期，因此，生產效率高的冷沖壓生產方式倍受青睞，對模具制造業也提出了更高更新的要求，要求模具有更長的壽命，更高的性能和精度，因此，模具結構和工作條件更復雜。冷沖壓模具的使用壽命，直接關系著產品加工品質和產品加工效率的高低，是影響產品加工經濟成本以及產品加工經濟效益的重要因素，同時也是衡量冷沖壓模具制造水平高低的重要指標[2~3]。本文通過對一些相關文獻的研究簡要闡述了目前影響冷沖壓模具壽命的因素，并針對這些因素提出了提高模具壽命的措施。

1 冷沖壓工序及其模具損壞形式

冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力,使其產生分離或塑性變形,從而獲得所需要的零件(俗稱沖壓件或沖件)的一種壓力加工方法[4~5]。

1.1 冷沖壓工序[5]

冷沖壓的基本工序有分離工序和成型工序。分離工序即沖壓件與板料沿著要求的輪廓線相互分離的過程，也稱沖裁；成型工序則是毛坯在不破壞的情況下發生塑性變形獲得所需形狀，尺寸和精度的加工方法。

1.2 冷沖壓模具的損壞形式

冷沖壓模具的損壞形式多種多樣，其中最主要的有斷裂、變形、磨損和啃傷等[6]。

（1）斷裂：由于模具的凸、凹模是模具在沖壓過程中承受沖壓力最大的部分，因此,會產生斷裂現象。

（2）變形：凸、凹模在使用過程中發生變形，導致不能加工出符合尺寸精度和形狀要求的零件。

（3）磨損：凸、凹模長時間頻繁與被加工材料之間相互摩擦而造成磨損，如凸、凹模刃口變鈍，棱角變圓等。

（4）啃傷：由于凸凹模間隙調整裝配不均勻，凸、凹模相鄰邊緣相互啃咬而造成的啃傷。

2 影響冷沖壓模具壽命的因素

模具因磨損或其它形式失效，不可修復而報廢之前所加工的產品件數，稱為模具的使用壽命[6]。為了提高沖壓模具的壽命，必須對已失效的模具進行分析，了解和掌握失效的原因和影響模具壽命的主要因素。

影響冷沖壓模具使用壽命的原因雖然很多，但最主要的還是受冷沖壓模具本身和沖壓過程這兩大因素影響[7]。

2.1 模具本身的影響

（1）冷沖壓模的凸、凹模及模具其他結構件的選材是否恰當

沖壓模工作條件復雜，要承受振動、沖擊、高壓、摩擦和彎扭、拉伸等負荷，易發生磨損、疲勞、斷裂、變形等現象。因此，模具的壽命很大程度上依賴于模具材料的性能[8~9]。

（2）冷沖壓模具的結構設計是否合理

與模具材料性能對模具壽命的影響類似，模具的結構設計對模具的壽命有很大的影響。材料性能較好，結構設計不合理時也不能有效地提高模具壽命，模具的強度、剛度、模具導向、排氣和潤滑等結構的設計都是不可小視的影響因素[10]。

（3）模具的熱處理過程中是否達到了其工藝要求

為了達到要求的強度、剛度的要求，單單靠材料本身的性質是很難達到的，并且成本較高，采用合理的熱處理技術不僅可以提高模具的使用性能，還能夠大幅度模具壽命[11]。

（4）模具工作零件的加工精度與品質是否達到所需要求

模具工作零件加工精度與品質的優劣對于模具的耐磨性、抗膠合能力與抗斷裂能力有顯著的影響，因此，直接影響模具的使用壽命[12]。

（5）模具裝配調試過程中凸、凹模的裝配間隙是否合理

凸凹模之間的間隙不僅影響著沖裁件的斷面品質，對模具的磨損也有很大的影響[13]。當間隙適當、沖裁速度低時，主要發生磨料磨損；間隙較小時，根據沖裁速度的快慢會發生粘接磨損或沖擊磨損；當間隙較大時，會引起疲勞磨損[14]。

2.2 沖壓過程的影響[6]

（1）沖壓模具的選用是否恰當

在沖壓模具的生產時，為了節省不必要的浪費，根據沖壓模具將要生產的沖壓件的不同，沖壓模具的性能也有所不同，所以不合理選用沖壓模具會急速縮短其使用壽命[2]。

（2）潤滑劑的選用是否合理

冷沖壓的整個過程中，凸凹模間、凸模與工件間，凹模與工件間一直在摩擦，不使用或不合理使用潤滑劑，摩擦程度會急速增加，沖壓模的壽命也無從提高[6]。

（3）沖壓模中易損件損壞時是否及時發現并更換

沖壓模中的易損件損壞為及時發現時，不僅會生產出大量不合格產品，并且對其它零件的壽命也存在嚴重的威脅[15]。

（4）沖壓操作人員的操作水平等。

由于沖壓操作人員的操作水平不同，沖壓件的精度和品質會有相當大的差別，對沖壓模具的壽命的影響也非常大。操作速度均勻、力度適中的操作人員使用的模具壽命會顯著高于操作不熟練、力度忽大忽小的操作人員使用的模具壽命[6]。

3 提高冷沖壓模具壽命的措施

通過上面對冷沖壓模具損壞形式及影響因素的分析可知，冷沖壓模具結構的合理的設計，模具材料的合理選擇和高品質的模具加工與裝配調試過程，是提高冷沖壓模具使用壽命的基礎[6]。在設計模具時，應該全面綜合考慮各種影響因素，進而設計制造出最經濟實惠且高質耐用的冷沖壓模具；對于特殊用途的冷沖壓模具，應結合其自身要求設計出經濟適用的模具。

3.1 提高冷沖壓模壽命的基本措施

（1）冷沖壓模具的選材要正確

正確的選擇模具材料是提高冷沖壓模具使用壽命的基礎，可以根據沖裁產品的批量大小（批量大時，要選韌性好、強度高、鋼性及耐磨性較高的模具材料；批量小時，則可選擇一般的模具材料）或沖壓材料的性質和沖壓件的品質要求（沖壓件的尺寸公差要求高時，模具間隙要求較小，模具凸凹模與沖壓件間摩擦較大，應選用耐磨性高和韌性高的材料）來決定模具材料[1][16]。一般常用的模具凸凹模材料有T10A、CrWMn、Cr12MoV、Cr12等[17]。

（2）優化冷沖壓模具結構設計

合理的冷沖壓模具設計結構是保證模具使用壽命的必備前提。模具設計應盡可能采用帶導向的模具設計[16]；綜合考慮模具的緊固方式和定位方式，加強模具零部件的緊固程度和合理的接觸面積[16]；必要時采用加強筋、加強板等設計利用有限元法對模具進行校核[18]提高整體韌性、鋼性和強度。

（3）合理的冷沖壓模具熱處理工藝

對不同材質、不同性能的材料進行合理的熱處理是提高模具壽命不可缺少的一個關鍵因素[19]。淬火過程，若加熱溫度過高，會使凸、凹模淬火過硬，造成脆性過大而易折斷碎裂；若加熱溫度不夠，淬火的硬度或深度達不到工藝技術要求，凸凹模受力后易變形。所以在制造冷沖壓模具時，必須合理、正確和熟練的掌握熱處理工藝技術過程[20]。

（4）冷沖壓模具的加工與裝配品質[21~22]

冷沖壓模具加工精度與品質越高其使用壽命就越長，相反會縮短其使用壽命；在凸、凹模裝配時，間隙要調整均勻；凸、凹模表面的光潔度要達到設計要求；要保證各零部件的平行度與垂直度；各部件連接螺栓、銷釘要連接牢固可靠；模具安裝時，應嚴格控制凸模潛入凹模的深度，以減少磨損。

（5）冷沖壓模具的使用和保養[16]

冷沖壓模具在使用時，應正確的選擇適宜的、精度較高的沖壓設備，以及適合的沖壓力[23]（一般大于零件重壓力的30%~40%）；為較少磨損，可以在沖壓板材、凸模及凹模上涂抹合適的潤滑劑；使用中若凸、凹模刃口不夠鋒利時，應及時刃磨；模具不用期間，要做好封存，妥善保護；有彈簧裝置的模具，要使彈簧處于自由狀態下保存；表面涂油防銹，保持清潔。

3.2前人對于幾種特殊的冷沖壓模的研究

對于一些特殊的沖壓件的冷沖壓模具除了利用以上途徑可以提高其壽命以外，還可以有一些專門的措施，不僅可以提高壽命，同時還可以降低制造成本，縮短制造周期，取得更大的經濟效益。

（1）首鋼岷山機械廠的牛顯明從1997年試制出了冷沖壓模具新型材料—鑄造鋅基合金，并用此合金先后制造了13套模具（選用Al3.75%、Cu3.42%、Mg0.05%和其余為Zn的合金，通過石墨坩堝精煉脫氣處理，直接鑄造成型）。他提出，鋅合金沖壓模與鋼制沖壓模比，在沖壓件的復雜性、精度以及模具壽命方面都差一些，但作為多品種、小批量生產或新產品試制時的沖壓模確實是一種行之有效、廉價和制造極為方便的沖裁模具[24]。

（2）天津理工大學機械廠的郭鳳岐，在對平衡卡子冷沖壓模具的磨損方式的研究中提出，生產平衡模具的材料定位T10A，并且將原來的普通淬火改為等溫回火；沖裁間隙有傳統的8%t改為合理大間隙15%t；結構上，在沖孔、落料工序的凹模上開排料槽孔；在模具沖制3萬次后進行一次低溫回火等措施都可以避免早期失效，提高模具壽命[25]。

（3）太原理工大學的郭曉紅，在對W18Cr4V沖孔冷沖模淬火工藝的改進研究中得出結論：W 18Cr4V鋼制冷沖模，經低溫淬火后能夠在保證工作部位抗變形能力和耐磨性的基礎上，顯著提高韌性，平均壽命達8萬次，是原工藝處理的模具使用壽命的8倍以上[26]。

（4）譚海鷗、陳小艷利用并行工程對冷沖壓模具進行了開發，縮短了模具開發周期果，同時提高了模具制造品質，節約了成本[27]。

4 結束語

冷沖壓模具的損壞是一個復雜的過程，對其壽命的控制更是一個復雜的系統工程，各種控制措施不是獨立存在的，它們之間要相互作用才能達到理想的效果。試圖只改善其中某一個影響因素而徹底解決模具過早損壞的問題是不可能的。為了節省財力物力可以利用有限元等分析法先對模具受力情況及相應的變形等進行綜合分析，找出問題，采取相應的解決措施，從而提高冷沖壓模具的使用壽命是行之有效的方法。

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