汽車覆蓋件沖壓模失效研究

摘 要： 隨著模具產業的快速發展，市場對于模具的要求越來越高，尤其關注于如何提高模具的使用壽命。因為延長模具的使用壽命，一方面可以降低零件生產成本，另一方面能夠提高整體生產效率，從而有助于提高產品的市場競爭力。本文以汽車覆蓋件沖壓模為研究對象，通過理論分析并結合試驗結果，獲得汽車覆蓋件沖壓模的失效機理和再制造的關鍵技術。

關 鍵 詞：失效性 沖壓模 汽車覆蓋件 模具設計特點 分析

1.某汽車覆蓋件模具大梁的失效判斷

通過工廠了解到該套模具，采用鑲塊式組合模具，采用銷釘進行固定。模具在使用過程后，出現的問題，對于汽車覆蓋件產品來說，要求其表面整潔，成形性好。由于模具表面出現破壞，其產品表現為拉毛和積瘤，對鑲塊失效部位表面形貌及相對運動方向進行宏觀分析，可以初步判斷，某汽車覆蓋件大梁主要出現的失效形式為磨損失效，主要機理是磨粒磨損與咬合磨損。根據對表面拉傷問題的分析及防止措施，解決方法是對模具凹凸面，進行仔細研磨，其重點分析了咬合磨損的產生和減少咬合磨損的一些基本措施。盡量減少接觸副之間的負荷、采用陶瓷與陶瓷、塑料與塑料、塑料與金屬、陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對副、使用體心立方或六方體結構的材料、采用潤滑膜等方法來減少咬合磨損。

2.失效的基本形式

汽車大梁主要失效機理為磨粒磨損、咬合磨損和接觸疲勞磨損。模具失效的基本形式主要有塑性變形，磨損，疲勞，斷裂和開裂。

2.1.塑性變形

模具在工作時，力的大小及作用面積不同，使得存在著應力不均勻的現象。當接觸部位的應力值大于工作溫度下材料本身的屈服強度時，模具發生塑性變形，從而造成失效。主要表現有塌陷、鐓粗、彎曲等。

2.2.磨損模具

在正常工作過程中，因摩擦導致材料的位移和脫離發生的表面現象。由于磨損，使得材料或零件在一段時間內質量逐漸損失，尺寸發生變化，因而不能完成工作，喪失原有的功能因而失效。磨損失效分析的方法和步驟主要是觀察磨損表面形貌。模具的表面痕跡保留了當時磨損過程，是判斷磨損機理的重要依據。主要解決辦法是有針對性和有選擇性地提高抗磨措施。比如材料表面硬化處理，使表面硬度高、潤滑性好、耐磨性好。

2.3.疲勞模具

在開合過程中，與板材相互接觸并在反復作用下，當達到一定次數后，出現疲勞裂紋。應力集中和循環載荷是模具產生疲勞失效的根本原因。盡管模具在工作中承受的載荷明顯小于材料的屈服強度，但在局部的應力集中情況下，仍容易形成微裂紋。根據工作環境，循環載荷很容易導致微裂紋的擴展，從而最終因疲勞而失效。

2.4.斷裂及開裂

在服役期間，模具因出現較大面積的裂紋或部分材料分離而不能完成規定功能的現象，稱為斷裂失效。它是在應力的作用下，材料發生機械破壞的結果，主要表現為整體或局部分裂為幾部分。在失效形式中，斷裂是最嚴重，它是各種因素的綜合。根據斷口表面形貌，可以判斷塑性斷裂或脆性斷裂。同時，疲勞裂紋在較低的循環載荷的作用下，工作一段時間后，裂紋不斷擴展，當不能承受傳遞載荷要求時，模具突然斷裂。

3.可修復模具結構設計

模具經過一段時間的使用后，模具表面因局部磨損等原因不能正常工作，加上模具的制造周期長、制造費用極高，使得延長模具的使用壽命很有必要。常用辦法是將模具容易出現磨損的部位用砂輪機或其它機械進行打磨，除去磨損表面，然后用各種表面處理方法（如 PVD、激光熔覆等）進行修復。表面處理后，打磨原樣表面，使其達到精度要求及粗糙度要求即可。一般情況下，凸模采用整體式結構，但因材質不同，凸模與底板分開，存在著加工困難的部位。為此，在結構上采用鑲塊式，使得維修更加方便。

汽車覆蓋件大梁模具在結構上，把工作平面分解為若干個鑲塊，之后通過拼合，固定在一起，這樣做，有利于加工。每個鑲塊，通過銷釘與模座定位，在某個部位損壞后，可以通過快速更換。損壞的鑲塊進行熔覆再制造，即保證了不影響生產率的同時，提高工作效率，也提高了材料的利用率。在設計時應考慮，某些潛在的可能出現高維修率的部位，加入硬化的嵌套或設計成鑲塊，以便模具的維修保養。為保證模具吊取時安全，模座一定要設置吊模孔（吊環孔）。

根據結構工藝性要求，對于加工困難的部位，采用鑲塊式結構。采用鑲塊型式，就可以采用切削加工的方法來制造，一方面可以方便加工，另一方面，可以有效地提高模具的制造精度。

對于易損件，沖頭就是常見的一種。目前，常見的是整體式，由于易損壞，導致需要整體更換，生產成本高。但采用鑲塊式結構，改進后的沖頭，與固定環、定位環及沖頭上座進行配合。其中，固定環為兩個半環。可以根據需要更換損壞處，提高了材料的利用率。

參考文獻：

[1] 《現代模具技術》編委會.汽車覆蓋件模具設計與制造[M].北京：國防工業出版社，

1998.1：1-100.

[2] 張明友.失效分析[M].武昌：華中理工大學出版社，1994.8：16-44.

[3] 管朝暉，楊斌.工程用鉆桿螺紋斷裂失效研究[J].機械設計與制造，2009，12：152-154.

[4] 陳建華.模具失效分析與延長模具壽命的方法[J].汽車制造與裝備，2005，04：30-31.

[5] 諶峰，王波.熱鍛模具失效分析[J].模具制造技術，2008，05：104-105.

作者簡介：姓名 方迪 性別 男 出生年月 1992.4.30 籍貫 浙江省諸暨市 學歷 在校大學生 畢業院校 寧波工程學院。