沖壓模具的壽命提升與修復技術研究

吳雪梅　吳冉

摘要：沖壓模具加工是現代化工業生產中廣泛使用的加工技術，通過對沖壓模具常見失效形式的研究，總結了提升沖壓模具使用壽命的方法與途徑，并對沖壓模具的修復技術做了簡要介紹。

關鍵詞：沖壓模具；壽命提升；修復技術

中圖分類號：TG3852文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.05.006

沖壓模具是現代化工業生產中常用的一種工藝技術，沖壓模具主要是利用沖壓加工將金屬或非金屬的原材料加工成為所需零件或半成品的一種快速加工方式，模具加工特別適用于產品或零件的大批量加工，具有效率高成本低的顯著優點，模具的使用壽命是決定生產效率和質量的關鍵，在模具合理安裝和正確使用的情況下，模具應按照最初的設計要求具有穩定且長期的使用壽命，但模具在使用的過程中常常因為各種原因影響使用壽命并可能對模具造成一定的損壞，因此，為保證沖壓模具具有長期穩定的使用壽命，探索模具壽命提升方法與修復技術是十分必要的。

1沖壓模具的失效形式

沖壓模具的失效主要是指在模具加工過程中由于特殊原因導致的模具損壞或加工缺陷。沖壓模具按照其失效的周期長短可以分為正常失效和過早失效兩類，正常失效是指模具在到達使用壽命以后出現的失效，是模具使用過程中不可避免產生的現象，過早失效往往是由于設計、加工、使用過程中的不合理現象導致的，對于過早失效，應及時查找失效原因，盡早采取補救措施。沖壓模具的常見失效形式包括了磨損、啃刃、變型、斷裂、腐蝕等幾種形式。其產生原因如下：（1）磨損主要是由于凸、凹模具長期反復沖壓工作，造成了模具工作面與加工材料外表面之間的頻繁摩擦，久而久之就會出現明顯的磨損現象。（2）由于模具裝配調整不到位，導致凸、凹模具在加工的過程中不能準確對正，造成模具刃口損傷。（3）變形通常是由于模具內表面的熱處理強度不足，導致模具的關鍵工作面發生形變，以至于所加工的零件形狀或尺寸不達標，達不到加工質量的相關要求。（4）斷裂主要是由于設計原因或材料選擇不合理，導致負載沖壓的過程中凸、凹模具受力不均衡或受力過大，凸、凹模中較弱的位置出現斷裂的現象。（5）腐蝕是由于表面處理工藝或維護保養不當導致的模具工作面的化學性破壞[1]。

2沖壓模具壽命提升方法

2.1改善模具的設計方法

為了降低沖壓零件時的沖裁力，應做到在達到質量要求的前提下，使沖裁的間隙盡可能的大一些，以降低模具在使用過程中的磨損程度，盡量的延長模具的使用壽命。由于凸模產生變形或折斷的可能性更大，因此在設計時應考慮增加凸模的幾何尺寸，以減少凸模在使用過程中因偏載而導致的破壞。同時在設計時對模具的工作面給予明確的光潔度要求，減少模具加工過程中產生的摩擦力，并提高沖壓模具的零件加工效果。對凸、凹模具的配合間隙也應做到準確合理，間隙過大容易使沖壓零件表面產生褶皺，間隙過小會使模具出現嚴重磨損。此外，若間隙不均勻會導致加工過程受力不均，容易加速模口的磨損[2]。

2.2優化模具的使用材料

模具的材料選擇是模具使用壽命的另一個關鍵因素，模具的材料選擇應以加工產品的數量和加工難度為主要依據，當沖壓產品的量比較大時，模具的材料應符合強度高、剛度好、韌性和耐磨性優質的要求，若加工材料的量比較小，則選擇普通材料加工模具即可。此外，應根據零件的加工難度和材料屬性考慮模具零件的選取，若加工零件的尺寸要求精細，則設計模具時凸、凹模具的間隙就相對更小，沖壓過程中所產生的摩擦力更大，此時也應該選取耐磨性和韌性都更為優質的材料加工模具。

2.3模具熱處理工藝的合理選取

為延長模具的使用壽命，應認真分析加工模具所選材料的金屬性質，合理地選擇熱處理加工工藝，沖壓模具的制造通常需要通過淬火來提高材料的硬度，在淬火的過程中應控制好加熱溫度，溫度過高會導致模具材料過度淬火出現脆性過大，過脆的材料在冷卻的過程中易出現開裂，細小的裂紋導致模具在使用過程中出現碎裂破壞，同時過脆的模具也不適用于長期使用，但如果在模具淬火的過程中，加熱的溫度不夠高，會導致淬火后的零件硬度和淬火深度都達不到熱處理要求，在零件沖壓加工的過程中模具整體容易產生變形，模具的工作表面也容易產生磨損，因此，對于模具的淬火，一定要達到熱處理的要求溫度，避免因熱處理不良影響模具的使用壽命。

2.4對沖壓模具進行適當的維護保養

為了使模具能夠長期的維持優質的生產狀態，保證零件的生產質量，在使用的過程中應注意對模具進行合理的維護保養。模具的正確使用和保養應從以下幾方面出發：（1）在模具正式開始使用之前，應對模具進行正規的安裝與調試，調試內容包括上模的起止點位置和入模深度；對位置和彎曲進行校正；對模具的刃口進行復磨；調整沖壓設備，使其達到沖壓模具要求的精度和沖壓力。（2）選擇有經驗的工人進行試加工，試加工應注意總結每次零件存在的問題，并使問題在前期盡可能暴露出來，對出現問題做準確及時的調整，盡量減少試加工的次數，降低試加工過程中產生的磨損。（3）提高工人的操作技能，確保能夠正確控制沖壓設備，并在凸、凹模工作表面涂抹適量的潤滑油，以減少磨損，提高零件的加工質量。（4）當沖壓模具使用一段時間后，模具刃口可能出現磨損、變形等現象，此時應當對模具進行適當的修整，恢復刃口的變型，減緩磨損的進一步產生。

3沖壓模具的修復技術

3.1常用的沖壓模具修復技術

常用的沖壓模具修復技術主要包括：表面熔覆技術、電刷鍍技術，以及熱噴涂技術幾大類。

（1） 表面熔覆技術主要是利用特殊合金材料融化焊接的方式補充模具的受損部位，不僅能夠起到修復模具工作面上的缺陷作用，更能起到強化補充位置強度，提高模具耐磨性能的作用。常見的表面熔覆技術包括：氧氣乙炔堆焊、等離子熔覆、電弧堆焊、復合堆焊等，其原理見下圖。氧氣乙炔堆焊是利用氧氣乙炔的燃燒熱量融化補充的金屬粉末，使材料在模具受損處逐漸凝固，氧氣乙炔堆焊修復適應性強，比較適合現場修復使用，表面修復質量較高。電弧堆焊修復包括了手工電弧堆焊、二氧化碳氣體保護焊、埋弧堆焊三類。手工電弧焊操作較簡單，能達到基本的修復目的，但是對修復的質量不易控制，受人工技術影響較大。二氧化碳氣體保護焊具有堆層質量好、硬度高、成本低的特點，但會產生較為嚴重的飛濺。埋弧堆焊修復具有焊層表面光滑，修復過程自動化程度高的優點，但是埋弧堆焊由于熱量過大，容易損傷模具修復位置附近的工作面，不適用于小面積的修復。復合堆焊是采用了分層修復的新方式，耐磨性、耐腐蝕性都比較好，是現階段較為均衡的修復技術。等離子熔覆是通過等離子束的高溫作用將金屬粉末融化后與模具表面融合凝固，但是等離子融覆由于熱量大，容易出現變形、開裂等問題。

（a）氧氣乙炔堆焊原理（b）二氧化碳氣體保護堆焊原理 （c）等離子熔覆原理

圖常見的表面熔覆技術原理示意

（2） 采用電刷鍍工藝進行修復，電鍍筆為正極，需修復的模具表面與負極相連，在直流電壓的作用下電鍍液均勻的覆蓋在修復層表面，一段時間后在修復表面形成金屬鍍層。電刷鍍修復具有操作簡單、便于攜帶的優點，可用于大型模具的修復，且維修時間短，應用范圍廣，但是電鍍液具有一定的污染性，容易對環境和人身安全造成危害。

（3） 熱噴涂技術是將金屬或非金屬材料加熱至融化，再通過高速噴射在模具的修復位置形成噴涂層，對于材料的加熱常采用火焰加溫、等離子加溫或超聲加溫。熱噴焊的表面具有耐磨耐高溫的特性，適用于熱作沖壓模具的修復。

3.2新型激光修復技術

激光修復技術是利用激光束的特點進行加溫和修復，主要的激光修復技術包括了表面溶凝、激光熔覆以及激光填料焊接三大類。表面溶凝主要利用激光束高能集中的特點，直接對模具上微小的損傷位置進行加熱，使其在微小的范圍內融化后再凝固，修復細小的損傷和裂紋。激光熔覆技術是通過激光的作用，利用融化少量的模具金屬達到形成新的改性層組織，在表面之間形成良好的冶金結合層，達到修復缺陷優化金屬性能的目的。激光填料焊接主要是利用激光束融化焊絲用以補充較大位置的模具裂紋或缺陷，避免激光修復出現凹陷和卷邊現象。激光束能量較高，不會在大范圍對模具產生影響，且由于金屬良好的導熱性，修復位置冷卻速度快，修復質量好[3]。

對于沖壓模具壽命和修復能力的研究，都要建立在合理設計和規范使用與保養的基礎上，只有避免了人為設計和使用失誤造成的模具損壞，模具才能獲得長久穩定的使用壽命。

參考文獻：

[1]潘祖軍， 李艷. 冷沖壓模具失效形式以及對策研究[J]. 農業開發與裝備， 2014（7）：44.

[2]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.

[3]劉斌， 崔志杰. 模具修復技術及發展趨勢[J]. 模具工業， 2017， 43（2）：1.

[4]金榮植. 模具的修復技術與應用[J]. 金屬加工（熱加工）， 2014（21）：60.

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