提升沖壓模具使用壽命方法研究

紀慶瑞

（山東科技大學 機械電子學院，山東 青島 266000）

提升沖壓模具使用壽命方法研究

紀慶瑞

（山東科技大學 機械電子學院，山東 青島 266000）

模具憑借其簡單、高效、快速的生產制造工藝已經成為制造企業中不可或缺的一部分。但是就目前我國的模具整體水平來看，在使用壽命以及加工精度方面與發達國家相對比還有很大差距，尤其是使用壽命方面，我國模具的使用壽命僅僅是發達國家的1/4左右，這不僅會影響產品競爭力，而且還會對我國制造業發展起到阻礙作用。本文就提升沖壓模具的使用壽命進行了簡要研究。

沖壓；模具；使用壽命

1 沖壓模具的失效形式

所謂模具失效就是指模具報廢，不可以再進行生產。從模具開始使用到報廢這個過程中所產出的合格產品數量就叫做模具的使用壽命。模具失效是不可以進行修復的。其失效形式一般有一下幾種：漲裂、變形以及崩刃等。下面就沖壓模具的幾種主要失效形式進行說明。

1.1 沖壓模具的磨損失效

磨損失效是我們最常見的沖壓模具失效形式。所謂磨損失效，就是在沖壓過程中因磨損造成的模具失效。一般來說，磨損失效的表現形式一般有刃口鈍化、棱角變圓以及表面溝痕等。造成磨損失效的原因一般有以下幾種：第一，在正常情況下，模具與物料進行接觸，模具與物料之間因為沖壓力產生摩擦，久而久之也就造成了模具摩擦損失嚴重，造成失效。第二，模具對物料進行沖壓的過程中，物料因壓力會有雜質或者碎屑脫落下來，掉落在模具和物料之間，模具對物料進行沖壓時，碎屑在模具與物料之間摩擦，從而加劇了摩損，造成模具過早失效。第三，模具因為保養不到位，在沖壓時，模具表面沾上配料金屬，這些金屬在沖壓時作用于物料，造成所沖壓物料尺寸形狀等發生變化，模具失去了沖壓準確性造成模具失效。

1.2 沖壓模具的開裂失效

模具的開裂失效主要是因為模具在制造時由于制造缺陷導致制造的模具強度不足。沖壓模具一般是經過鍛造而成，在鍛造過程中，如果鍛壓不充分，或者在之后的熱處理階段產生微裂紋，這些裂紋在使用過程中因為受到力的作用而不斷進行擴散，久而久之，造成模具開裂，提前報廢。

1.3 沖壓模具的變形、崩刃失效

沖壓模具一般都是由凸模和凹模組成的，所謂變形失效對于凸模來說，就是在沖壓過程中彎曲、甚至折斷。而對于凹模來說，是受力不均勻導致的壓制產品形狀發生變化。這種失效形式和上面提到的開裂失效相同，也是由于模具制造過程中由于結構不夠合理、選用材料不正確或者之后的熱處理工藝流程不到位所致。在產品進行沖壓時，因為模具各部位受力不均，受力較大的地方經過長時間的使用就會造成變形，繼續使用就會產生模具崩刃。當然，造成模具崩刃的原因有很多，比如，操作不當、空間狹小以及縫隙不均等。

2 影響沖壓模具壽命的原因

經過上面的介紹我們可以了解到，沖壓模具的使用壽命和結構設計、材料、加工方法以及熱處理過程等都有著密切關系。我們通過對大量沖壓模具失效的原因統計得出：模具失效最主要的原因是熱處理不當，其比例占到了45%，材料以及結構原因占到了1/4，其他方面占30%。因此，當前階段，提升沖壓模具使用壽命首先要解決的就是熱處理工藝過程問題以及選材和結構設計問題。這兩方面得到良好的解決，將會使沖壓模具使用壽命得到顯著提升。

2.1 沖壓模具的設計和選材

沖壓模具因為設計造成使用壽命過低的事例不在少數，模具間隙大小、沖壓工序安排以及定位中有一項未進行周密設計都會導致模具壽命嚴重降低。間隙過小會導致模具和物料之間摩擦過大，間隙過大將很難起到沖壓成形的作用。

模具的選材也是極為重要的，根據物料的金屬屬性來確定模具的強度要求，進而確定制造模具選用的材料。模具的工作過程中，要承受沖擊、震動、摩擦以及高壓等眾多負荷，尤其是在高溫環境下工作的模具更要注意材料的選用。就目前來看，沖壓模具選用的材料一般為鋼，分類有碳素工具鋼、低合金工具鋼貨高速鋼等。針對大批量生產制造的模具要選用耐磨性好的鋼材，例如硬質合金；對強度有特定要求的模具，一般要選用高韌性鋼材。除此之外，凸凹模選用不同材質的鋼材也可以提高模具的使用壽命，例如凸模用工具鋼，凹模用高碳高鉻鋼。

2.2 沖壓模具的熱處理

前面已經介紹了模具的主要失效形式，熱處理導致的失效一般為開裂。首先要注意的就是淬火階段。淬火過程由于加熱溫度過高而造成模具過熱過燒，模具的脆性加強，韌性減弱，這樣在長期的使用過程中，由于模具承受不斷的沖擊，韌性不足造成開裂。此外，淬火溫度過低對于模具壽命影響也是巨大的。溫度過低會導致模具耐磨性減弱進而磨損失效。淬火加熱時要注意對模具進行適當的防護，防護不到位就會導致淬火表面形成氧化層，使模具耐磨性嚴重降低。其次，淬火降溫時，要特別注意，淬火溫度冷卻過快和油溫過低都會導致淬火裂紋。最后是回火階段，回火階段的主要作用是消除淬火產生的殘余應力，回火溫度太低將會導致模具韌性降低，進而產生早期斷裂。

3 提升模具使用壽命的辦法

3.1 合理的機構設計

避免模具局部壓力過大、縫隙過小造成的摩擦過大的有效方法就是合理的結構設計。一個模具合理的結構設計就是保證在正常的生產條件下，模具不產生沖擊破裂以及應力集中現象。所以在設計時要保證模具各部分受力均勻，并且注重避免尖角、內凹角等結構，這樣在熱處理時就可以避免熱處理變形。在做好了這些之后，保持合理的模具間隙也是尤為重要的。在進行設計時可從以下幾個方面進行考慮。

第一，導向支撐和對模具的保護。這種措施一般用于凸模設計時，尤其是針對用于沖小孔等小尺寸所用的凸模時，一定要采用自身導向和保護結構。

第二，圓弧結構設計。圓弧結構一般是為了減小摩擦所設計的。在夾角以及窄槽時，要設計半徑為3～5mm的圓弧進行過渡。

第三，針對于結構復雜的凹模必要時要采用鑲拼結構，這種結構可以有效避免復雜結構造成的應力集中問題。

第四，沖壓成型模的凸凹模圓角半徑選擇要合理。這種地方的圓角半徑對成型過程中配料的流動和成形力會產生很大的影響。稍有不當就會對模具的使用壽命產生很大影響。

3.2 模具的熱處理工藝

熱處理階段主要是將模具的材料進行處理。模具的磨損、黏結都是發生在表面的失效模式。熱處理的作用就是使模具具有基本的韌性以及表面有足夠的耐磨性，所以在模具生產時，做好熱處理階段工作是尤為重要的，針對熱處理加工技術在很多資料上都可以查閱。但是，現階段由于模具在加工過程中會有加工痕跡附著在模具的表面上，這樣在熱處理時就會在痕跡周圍行成氧化層，要想解決這個問題，采用新的熱處理技術是重要的途徑。

3.3 正確的使用和維護

在模具失效調查中，有很多都是由于人工操作不當造成的。針對這方面，要注意的問題是嚴格控制凸模進入凹模的深度，減小摩擦。此外就是頂起檢查和提前修模，避免摩擦過度造成不必要的損失。

4 結語

沖壓模具對制造是尤為重要的一個環節，提升沖壓模具的方法也有很多，不同的處理方式對模具壽命有著較大的影響，實際操作中要根據具體情況采用不同的措施，切勿一概而論。

[1]張桂俠.提高沖壓模具使用壽命的方法探討[J]. 鍛壓技術，2011,06:90～94.

[2]吳月.對提升沖壓模具使用壽命相關問題的探討[J]. 科技視界，2014,32:261.

[3]苑蕓烽，趙建朋. 提高沖壓模具使用壽命的方法探討[J]. 科技與創新，2015,12:80+82.

TG385.2

A

1671-0711（2017）01（下）-0058-02