簡析如何提高模具壽命

摘 要：模具損壞的形式有事故損壞和正常損壞兩大類。文章重點分析模具正常損壞中過早失效的原因以及采取的措施，可根據加工材料和生產批量、零件形狀、工藝流程選擇模具材料、熱處理工藝、模具表面滲入其它元素、噴涂潤滑劑等方法來提高模具壽命。

關鍵詞：模具壽命；過早失效；模具材料；熱處理；硬化層

通常模具損壞的形式有事故損壞和正常損壞兩大類。模具事故損壞是由于模具安裝調試不當而導致模具刃口損壞、送料或取件不當而沖壞刃口或折斷凸模，因此模具事故損壞在生產中應引起足夠的重視，除在模具結構上采取一定的預防措施，還要對操作人員加強培訓和制定必要的操作規范。下面重點分析模具在非事故損壞情況下，如何提高模具壽命。

1 模具正常損壞過早失效的原因

（1）零件本身工藝性差或工藝路線安排不當、毛坯尺寸、材料硬度不合適、表面質量差；（2）模具設計不合理，如模具的剛度、強度考慮不當，導向不好，卸料、頂件設計不合理，間隙大小不合適，選材不當，結構不合理等；（3）模具制造不良，原材料不符合規范要求，鍛造、熱處理及表面處理不合適，機械加工精度及表面粗糙度不高等；

（4）在操作時凸模進入凹模口太深，模具潤滑不好；（5）設備剛度和強度不夠、噸位不合適，沖裁速度不當。

2 提高凸模和凹模壽命的措施

2.1 工具鋼的分類

根據加工材料和生產批量、零件形狀、工藝要求，合理選擇模具材料沖模用鋼，按照化學成分可分為碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼、鋼結硬質合金。

2.1.1 碳素工具鋼

由于碳素工具鋼的生產成本較低，原材料容易購買，加工性能優良，熱處理后可以獲得較高的硬度和一定的耐磨性，但是，這類鋼的淬透性、紅硬性差，淬火變形大，淬火溫度范圍窄，常用于制造負荷不大、形狀簡單、尺寸小、生產批量小的模具，不適宜制造大中型和復雜的模具零件。

2.1.2 低合金工具鋼

低合金工具鋼因含有一定量的合金元素，所以比碳素工具鋼具有更高的淬透性、淬硬性和耐磨性，一般情況下淬火變形也較小，因此被廣泛應用于制作形狀復雜、變形要求嚴格的中小型沖模。常用于制造沖模的低合金工具鋼有9Mn2V、9SiCr、CrWMn、8MnSi等。

2.1.3 高合金工具鋼

（1）沖模常用的高合金工具鋼有Cr12、Cr12MoV。Cr12鋼具有高淬透性、高耐磨性和熱處理變形小等優點，被廣泛地用于制作承受載荷大、生產批量大、形狀復雜的模具零件。Cr12鋼的缺點是碳化物分布很不均勻，造成強度大為降低，模具在工作時刃口容易崩落，此外淬火加熱溫度的波動，會引起組織和性能的很大變化，因此對Cr12鋼應嚴格控制熱處理工藝，改善碳化物不均勻性，使其獲得較好的綜合機械性能。

（2）冷擠模常用的高速鋼有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5C

r4V。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2與6W6Mo5Cr4V鋼含合金元素都很高，熱處理后有高硬度、高熱硬性、高耐磨性和高抗壓強度的特性，主要用于制造冷擠壓黑色金屬的凸模，但是其碳化物不均勻性級別高低以及熱處理工藝是否合理，對模具的壽命有很大影響，與W18Cr4V相比，W6Mo5Cr4V2具有碳化物顆粒小、分布較均勻，不但硬度與強度高，而且韌性也較好的優勢，W18Cr4V與W6Mo5Cr4V2都具有良好的淬透性，對于尺寸不大的模具零件，一般空冷即可淬硬，由于鋼中含有大量的合金碳化物，故在較高溫度下淬火，仍能保持細晶粒，具有較高的機械性能。

2.1.4 鋼結硬質合金。沖模常用的鋼結硬質合金有GT35、TLMW50，它是介于硬質合金與工具鋼之間的一種新型模具材料，以碳化物為硬質相，所以它和一般硬質合金一樣，具有比工具鋼更高的硬度、剛性和耐磨性，同時比一般硬質合金有著更高的強度和韌性，可進行切削加工和一定的變形，具有一定的可鍛性，經淬火、回火處理以后，可獲得較好的綜合機械性能，并且淬火變形極小。

2.2 選擇合理的熱處理工藝

一些模具往往由于熱處理后的變形或開裂而報廢，所以模具在熱處理時，必須在保證提高機械性能的同時盡量減少變形和避免開裂。影響模具熱處理變形或開裂的因素較多，其中其中熱處理工藝的選擇是重要因素之一。

2.3 模具主要零件的毛坯采用鍛造來改善原材料的性能

模具毛坯通過鍛造，是材料的組織細密，碳化物分布和流線分布合理，從而達到改善熱處理性能和提高使用壽命的效果。

2.4 模具表面噴涂一層硬化層

在凸模和凹模刃口表面噴涂一層硬化物，如W、Cr、Ti等導電材料，通過真空蒸發設備噴涂到模具刃口部分，形成一層耐磨層，可提高模具壽命2～3倍。

2.5 模具刃口噴射霧狀潤滑劑

在高速沖孔落料時，由于金屬和模具間的劇烈摩擦，材料的分離面和模具刃口部分溫度高達幾百度，若在刃口附近噴射霧狀潤滑冷卻液，能有效減少摩擦，降低溫度，提高模具壽命的效果。

2.6 在模具表面滲入其它元素

在凸模和凹模刃口表面滲入元素N、S，即所謂氮化處理和硫化處理，經過處理后，表面形成一層高硬度的化合物，增加了抗磨損能力的同時也保留了基體的韌性，滲硫后，能明顯降低凸模、凹模與沖壓材料間的摩擦系數，對抗咬、粘很有效果。

3 結束語

在實際生產中，可根據加工材料和生產批量、零件形狀、工藝路線，合理選擇模具材料、改善熱處理工藝、模具表面滲入其它元素、噴涂潤滑劑等方法來提高模具壽命，但不可能都采用上述的多種措施，只能根據具體的生產情況和經濟條件選用其中的一種或幾種，以達到提高生產效率、降低成本的目的。

參考文獻

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[4]方鴻年，趙寶榮.金屬材料手冊[M].北京：化學工業出版社，2010.

作者簡介：郭文來（1964-），男，安徽界首人，學士，高級工程師，主要從事模具設計、沖壓工藝研究、鈑金加工成形，發表論文4篇，并參與制訂JB/T 5109-2001金屬板料壓彎工藝設計規范。