淺析影響冷沖模使用壽命的因素及改善措施

王雪

摘要： 冷沖模是一種安裝在壓力機上，對放置在內的板料在室溫下施加變形力，使其產生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產品零件的特殊工藝裝備。本文分析了影響冷沖模使用壽命的主要因素，從模具結構設計、選材、熱處理及表面強化和制造工藝等方面提出提高注塑模具使用壽命的基本措施。

關鍵詞： 冷沖模；壽命；熱處理；措施

中圖分類號：TG385.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）24-0018-02

0 引言

市場競爭日趨激烈化，現代企業必須堅持成本低、質量高、生產周期短的生產模式來參與市場競爭。冷沖模是沖壓生產必不可少的工藝裝備，采用冷沖模生產的零部件，具有生產效率高、周期短、產品質量好及成本低等優點，因此被廣泛應用。冷沖模作為沖壓生產中最重要的工藝裝備，其自身質量直接影響產品的質量優劣，同時模具在制造時占據生產成本中較大比重，若模具易失效、壽命短、質量低不僅影響產品質量，也會造成模具材料、加工工時等成本浪費。因此，提高冷沖模使用壽命，對降低生產成本和提高生產效率都有顯著影響。

1 冷沖模的失效形式

模具因磨損或其他形式失效，直到不可修復并報廢，在此之前所加工的沖壓件數量稱為模具壽命。冷沖模的常見失效形式有磨損失效、斷裂或開裂、早期失效等。

1.1 磨損失效

冷沖模在使用過程中與成形坯料接觸，因二者之間存在摩擦而造成模具的自然磨損。當磨損使模具尺寸發生變化或改變了模具的表面狀態使之不能繼續服役時，稱為磨損失效。磨損失效是正常失效方式。冷沖模刃口的自然磨損分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個階段。模具使用應控制在正常磨損階段內，當出現急劇磨損應立即進行刃磨修復。

1.2 斷裂失效

模具出現較大裂紋或分離為兩大部分和數部分而喪失工作能力的現象稱為斷裂失效。按斷裂性質不同，分為塑性斷裂和脆性斷裂。按斷裂機理不同，分為早期斷裂和疲勞斷裂。早期斷裂指在承受較大變形力或在沖擊載荷作用下，裂紋突然產生并迅速擴展造成的斷裂。疲勞斷裂指在較低應力下，經多次使用裂紋緩慢擴展后發生的斷裂。

1.3 早期失效

模具因某種原因出現崩刃、折斷和碎裂等現象稱為早期破壞，導致模具不能繼續工作而失效。崩刃現象會在模具工作表面首先出現一些小裂紋，隨著裂紋逐漸長大最終導致材料成片崩出。對產生崩刃、折斷和碎裂的模具，須查找原因積極補救。

2 影響冷沖模使用壽命的因素

冷沖模壽命指在保證制件品質的前提下，所能沖出的制件數。影響冷沖模壽命的因素主要有模具結構設計、模具鋼材選用、熱處理與表面處理、模具制造工藝和冷沖模合理使用與維護保養等。

2.1 模具結構設計對壽命的影響

模具結構設計對冷沖模壽命影響很大，合理的結構使冷沖模工作時受力均勻，偏載減小，不易產生應力集中。冷沖模結構設計應保證足夠的剛度、強度、對中性及合理的配合間隙，以保證制造出的沖壓件符合要求。設計冷沖模凸模時應注意合理設計導向裝置和保證對中性。針對有小孔、窄縫、尖角等薄弱部位，為減小應力集中應設計圓弧過度。在保證制件質量條件下合理增大配合間隙，可在一定程度上提高模具使用壽命，改善模具工作部件的受力情況，降低沖裁力、卸件力，減少刃口磨損。另外，模架應有良好的剛性與高精度的導向機構，可減小模具變形，降低工作零部件磨損提高使用壽命。

2.2 模具材料對壽命的影響

冷沖模在工作時除承受沖擊載荷外，還要承受振動、摩擦、拉伸與彎曲扭轉等載荷，容易發生疲勞斷裂、磨損、變形等失效現象。因此，合理選擇模具材料能從材料性能方面提高模具使用壽命。

根據冷沖模生產類型、工作條件和材料性能，盡可能選擇高品質材料。選用材料的硬度應保證在58～64HRC，并且具有高強度和高耐磨性及足夠韌性，能抵抗熱處理時產生的變形。材料的工藝和加工性能要盡可能好，具有良好的鍛造性能，淬硬性和淬透性以及機械切削性能，磨削加工性、熱穩定性和耐熱疲勞強度高。在大批量生產時，應選擇使用壽命長的模具材料，如硬質合金、高耐磨模具鋼等。

2.3 模具的熱處理與表面處理對壽命的影響

模具的熱處理對模具的性質與使用壽命影響很大，合理的熱處理有利于提高模具基體的強度、韌性，減少變形與斷裂。將熱處理與冷加工合理配合，可提高模具的使用壽命。

模具表面強化是為了提高模具的耐磨性、耐腐蝕性及潤滑性能。常用的冷沖模表面強化方法有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。選用合適的表面強化處理工藝，可使冷沖模使用壽命提高幾倍甚至幾十倍。

2.4 其他方面對模具壽命的影響

模具制造工藝對模具的使用壽命關系很大，切削余量不足易導致模具發生早期磨損或開裂。壓力機精度不高，也易使沖模損壞。此外，沖模的安裝、操作、保管維護及使用潤滑劑等情況都可影響模具使用壽命。

3 提高冷沖模使用壽命的措施與途徑

3.1 合理設計模具結構

冷沖模在沖裁板材時，沖裁輪廓的圓角半徑（r）及板材的厚度（t）對模具的壽命有極大的影響。當r

3.2 合理選用模具材料及熱處理方式

冷沖模工作部分，即凸模與凹模的材料選用有以下要求：模具材料要有高硬度和耐磨性，足夠抗壓、抗彎強度和適當的韌性。在選用材料時，國內主要選用5CrW2Si、9SiCr鋼等，對性能要求較高的凸凹模，如制作電位器接觸彈簧片冷沖模，由于該模具的凸模為異形薄長凸模，選用高速鋼制造壽命較短，易出現崩刃或斷裂造成早期失效，可選用6CrNiSiMnMoV鋼制造凸模，可有效解決崩刃、斷裂、早期失效及壽命短等問題。

熱處理時，一般情況下凹模、沖頭材料選用Cr12，其熱處理加工工藝步驟如下：Cr12鋼加熱到1050～1080℃后空冷；經十字鐓鍛、反復錘打后球化退火并在850～870℃保溫4h；再加熱到960℃～980℃，經油冷卻后在200～300℃時進行低溫回火。熱處理工藝參數的選擇直接關系模具材料的內應力、耐磨性、切削加工性等各種性能。采用以上熱處理工藝在生產制造過程中易產生開裂，有時甚至會在加工快要結束時產生裂紋造成很大損失。因此在改進中提出：球化退火前先在960℃～980℃進行一次正火，以消除網狀二次滲碳體的形成得到良好的“球化體”組織，以獲得好的加工性能；回火時溫度盡量在150～250℃范圍內，以得到最多量的回火馬氏體從而使加工后的零件耐磨性、強度、硬度、韌性等都有所提高進而有效提高模具使用壽命。實驗證明經改進熱處理后凹模、沖頭等零件的開裂現象減少，切削加工效果較以前有所提高，忽軟忽硬現象已基本消失且耐磨性與韌性方面的效果得到明顯提高。

3.3 通過其他方法提高模具壽命

冷沖模刃口狀態是影響模具壽命不可忽視的重要因素，實驗證明，刃口端有微小磨痕、裂紋、傷痕等缺陷，不僅影響沖切斷面毛刺大小，而且直接影響模具壽命。通過磨削凸凹模，表面粗糙度為Ra0.8μm，加工后刃磨面仍存在微小裂紋等缺陷，為消除這些缺陷對刃面進行研磨拋光處理，改善冷沖模刃口狀態，提高冷沖模使用壽命。

3.4 冷沖模合理使用與保養

為了提高冷沖模壽命及耐用度，提高冷沖件質量精度等級，要正確使用和合理保養冷沖模，包括模具的正確安裝與調試；凸凹模間隙調整；模具的清潔、潤滑及維修保養等。

3.4.1 安裝模具時，應正確調整凸凹模刃口相對位置，凸模進入凹模深度適中，保證工作可靠。

3.4.2 調整冷沖模時，為保證凸凹模間隙均勻，要對其配合間隙進行調整。

3.4.3 對模具進行日常和定期清理以保證沖壓件質量。

3.4.4 對模具相關部件實施潤滑和定期維護，可保證模具工作時動作可靠。

參考文獻：

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