鍛壓模具的失效與預(yù)防

張榮

摘要：鍛壓工藝目前被廣泛地應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)之中，鍛壓作為鍛造和沖壓的合稱，指的是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，從而獲得所需零件形狀和尺寸，鍛壓模具有助于制件成形，故此應(yīng)用越來越廣泛。文章在分析鍛壓模具失效的原因時，分別從模具設(shè)計、用材、制造和使用維護(hù)等角度入手，從整體上對于模具失效的原因進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：鍛壓模具;失效;預(yù)防

引言：鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機(jī)械的模具對于坯料施加壓力之后，得到所需零件形狀和尺寸的方法，這種工藝在現(xiàn)代機(jī)械加工行業(yè)中非常適用，具有塑形結(jié)構(gòu)更為精準(zhǔn)的特點(diǎn)。技術(shù)人員為了能夠在坯料加工時取得更好的效果，需要分析鍛壓模具失效的具體原因。由于模具的使用需要更為嫻熟的手法，對于技巧要求較高，因此分析評判模具的失效原因并不容易，研究者為了避免失效問題，需要能夠從多角度入手探究。

一、鍛壓模具的概念

（一）定義

模具指的是為了實(shí)現(xiàn)零件批量生產(chǎn)、減少在機(jī)械加工中的多余量而使用的工藝裝備，現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的零件性能因?yàn)槭褂昧四＞叨靡蕴嵘Ｄ＞叩氖褂脙?yōu)勢在于可以精準(zhǔn)地控制外形，杜絕廢料，從而能夠降低制造成本，模具目前被廣泛的應(yīng)用到很多不同的行業(yè)領(lǐng)域，并且發(fā)揮著重要的作用。模具一般被分為冷作模具和熱鍛壓模具兩種，在機(jī)械、電機(jī)、電子、儀器、國防等領(lǐng)域發(fā)揮著不同的功效。由于模具能夠使得零件的制造更加簡便、精準(zhǔn)，所以逐漸成為一種重要的鍛壓工藝裝備。

（二）模具特性

模具是一種非常重要的耗損件，在多次使用之后會因?yàn)槭褂眠^程中產(chǎn)生損耗而失效，模具有一定的使用壽命，從投入使用開始一直在正常的損耗失效期之內(nèi)，使用模具零件的數(shù)量是既定的，但是如果模具提前失效，那么不僅可能會造成生產(chǎn)停頓，而且會使生產(chǎn)成本增加。企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟(jì)效益，需要杜絕這類事件的發(fā)生，否則可能會影響產(chǎn)品的市場競爭力，通過大量調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國目前企業(yè)所使用的模具普遍存在早期失效、使用壽命低于平均值等問題，這不禁引發(fā)了企業(yè)的關(guān)注。

（三）失效分析思路

在鍛壓和冶金工業(yè)中，為了防止模具發(fā)生明顯的塑形變形，分析模具失效的思路主要集中在了解模具的使用過程層面。對于模具的失效分析需要科學(xué)判斷產(chǎn)品的失效模式、分析產(chǎn)品失效機(jī)理，企業(yè)技術(shù)部門應(yīng)針對失效現(xiàn)象制定合理的失效分析流程。通常的判斷模式是：首先找到模具失效情況的調(diào)查報告，實(shí)際分析鍛壓工藝、模具失效經(jīng)過和背景、模具形狀和尺寸、模具使用的具體溫度和潤滑狀況等，技術(shù)人員還需要了解操作人員的工藝水平是否足以應(yīng)對失效后的修復(fù)要求。

（四）失效分析程序和方法

研究者通過搜集模具失效的原始情況，找到相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對于模具進(jìn)行觀察和分析，通過觀察失效模具的外觀特征、失效特征和模具失效之后的幾何形狀，衡量斷口的宏觀和微觀狀況，做好表面裂紋的分析，從而能夠找到足夠的理化檢測依據(jù)。技術(shù)鑒定科室需要對于模具的材料成分進(jìn)行分析，結(jié)合理學(xué)性能檢測和硬度測試找到理化檢測的數(shù)量分析，以上所有內(nèi)容有助于幫助檢測人員找到觀察的結(jié)果，并精準(zhǔn)地判定失效模式和原因。只有找到具體的失效問題，才有助于研究人員根據(jù)模具失效的具體問題，提出預(yù)防模具失效的措施，一般最常用的鑒定方法是：主裂紋與裂紋源分析法、T型分布分析法、斷口分析法等。

二、鍛壓模具失效的預(yù)防措施

（一）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

鍛壓工藝部門通過大量的制造實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，模具的失效與使用條件之間有非常密切的關(guān)系，模具從一開始設(shè)計和制造時，其所使用的材料就會影響到使用壽命。研究人員還發(fā)現(xiàn)，模具的制造工藝、安裝方法和使用維護(hù)過程也對于模具的使用壽命起到很大的影響。為了能夠使得鍛壓模具擁有更長的使用壽命，要就模具的幾何形狀、制造間隙、沖頭模具的長徑比等進(jìn)行觀察。研究表明，模具的端面斜度和過渡角的大小、冷卻水路及裝配結(jié)構(gòu)等也會影響模具的使用壽命，由于模具的局部結(jié)構(gòu)是構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此為了提高模具的使用壽命，需要能夠合理地設(shè)計模腔的圓角半徑。設(shè)計人員還要考慮到模具的工作部位可能呈現(xiàn)出不同的角度，鍛壓模具在使用的時候會有一定的傾斜度。模具制作工藝可能涉及到脫模等問題，因此可以考慮在模具模腔的底部位置設(shè)置應(yīng)力分布保護(hù)點(diǎn)，尤其是對于鍛壓斜度和圓角半徑過度消耗的問題要盡可能地避免，模具壽命的延長與優(yōu)化設(shè)計之間的關(guān)系是非常密切的。很多模具的設(shè)計師還會注意采用新的熱處理工藝，挖掘現(xiàn)有材料的更多潛力，提升模具的使用壽命。現(xiàn)代模具工作條件非常苛刻，要大幅度的提高模具壽命，應(yīng)在高溫、高壓、高速發(fā)展的環(huán)境下，挖掘舊材料的潛力，研制新的模具材料，如，合金鋼等。

（二）過程性分析的合理應(yīng)用

當(dāng)鍛壓模具的原材料已經(jīng)選定，設(shè)計方案已經(jīng)過關(guān)，模具的結(jié)構(gòu)就已經(jīng)即定，就可以判定模具局部結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力分布足以提升整個模具的承載能力。在具體的鍛壓制造過程中，使用者最應(yīng)注意的是在使用過程中不要讓模具出現(xiàn)局部裂紋、結(jié)構(gòu)坍塌、過度磨損等問題。鍛壓模具的過程性保護(hù)非常重要。有的模腔局部結(jié)構(gòu)不合理，容易在制造中卡住，這種問題直接影響到生產(chǎn)的數(shù)量，嚴(yán)重的時候可能使得產(chǎn)量減少一半。鍛壓車間要注意一切與模具壽命有關(guān)的結(jié)構(gòu)因素，通過分析模具使用的具體步驟和過程，加深模具壽命保護(hù)機(jī)制的建設(shè)，從過程入手，延長模具的是用時間。鍛壓質(zhì)量監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)，有很多具體的辦法都可以改進(jìn)和優(yōu)化模具使用效果，但是過程性分析由于消耗時間成本最低最受到使用者的青睞。針對不同鋼種的模具進(jìn)行組織預(yù)處理，在淬火后觀察碳化物的形狀，通過比對顯微組織，計算模具的制造過程是否成功。在鍛壓模具的制作過程中，高溫淬火工藝可以使得碳合金材質(zhì)更加強(qiáng)韌，而后高溫回火促使模具的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，這是對于鍛壓模具材料表面材料適當(dāng)強(qiáng)化的處理手段，也是能夠作為整體熱處理步驟重要環(huán)節(jié)的工藝內(nèi)容之一。

（三）提高鍛壓模具的制造質(zhì)量

鍛壓模具的制造形態(tài)能夠精準(zhǔn)的幫助生產(chǎn)者分清楚零件的幾何尺寸，衡量其圓角半徑、模具斜度等，通過提高模具制造精度，有助于提升鍛壓模具的質(zhì)量。通過保證模具各個部位的均勻受力，從而能夠合理安排模具應(yīng)力分布，引導(dǎo)模具的傾斜方向，保障模具安全使用。鍛壓模具的模腔表面粗糙度越高，越容易增加鑄件流動阻力，反之，降低模腔磨損率，需要降低模腔表面粗糙度，令使用阻力達(dá)到正常值。為了提高模具硬度的均勻性，在熱鍛壓處理過程中，保證加熱溫度均勻提升，冷卻速度不宜過快，可以保證模具表面的氧化和脫碳過程平緩。模具使用人員還應(yīng)該注意令模具淬火之后充分回火，從而能夠提高模具裝配精度，調(diào)整模具使用中的間隙尺寸，這是保證模具凹凸模位置受力中心一致的慣用手法。

三、結(jié)論

鍛壓制造的模具是完成工藝制造不可或缺的部件之一，模具工作時候可能會出現(xiàn)輕微損傷，模具的粗糙度也會隨著生產(chǎn)進(jìn)程不斷升高。及時打磨和修理模具，可以防治模具缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大，通過多種處理方式，能夠盡量降低生產(chǎn)車間的鍛壓成本，這對于模具使用者來說具有一定的啟示意義，因此值得在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)推廣，從而提升我國鍛壓工藝的整體水準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 梅振.基于Creo的火車車輪鍛壓模具CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2018.

[2]?? 張佳敏.高鐵車輪連續(xù)成形仿真與模具設(shè)計研究[D].太原科技大學(xué)，2018.

[3]?? 鄔小龍.模具設(shè)計制造中智能化技術(shù)的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（14）：95.

[4]?? “.2017中國鍛壓模具研討會”在上海召開[J].塑性工程學(xué)報，2017，24（03）：224.

張榮

摘要：鍛壓工藝目前被廣泛地應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)之中，鍛壓作為鍛造和沖壓的合稱，指的是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，從而獲得所需零件形狀和尺寸，鍛壓模具有助于制件成形，故此應(yīng)用越來越廣泛。文章在分析鍛壓模具失效的原因時，分別從模具設(shè)計、用材、制造和使用維護(hù)等角度入手，從整體上對于模具失效的原因進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：鍛壓模具;失效;預(yù)防

引言：鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機(jī)械的模具對于坯料施加壓力之后，得到所需零件形狀和尺寸的方法，這種工藝在現(xiàn)代機(jī)械加工行業(yè)中非常適用，具有塑形結(jié)構(gòu)更為精準(zhǔn)的特點(diǎn)。技術(shù)人員為了能夠在坯料加工時取得更好的效果，需要分析鍛壓模具失效的具體原因。由于模具的使用需要更為嫻熟的手法，對于技巧要求較高，因此分析評判模具的失效原因并不容易，研究者為了避免失效問題，需要能夠從多角度入手探究。

一、鍛壓模具的概念

（一）定義

模具指的是為了實(shí)現(xiàn)零件批量生產(chǎn)、減少在機(jī)械加工中的多余量而使用的工藝裝備，現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的零件性能因?yàn)槭褂昧四＞叨靡蕴嵘Ｄ＞叩氖褂脙?yōu)勢在于可以精準(zhǔn)地控制外形，杜絕廢料，從而能夠降低制造成本，模具目前被廣泛的應(yīng)用到很多不同的行業(yè)領(lǐng)域，并且發(fā)揮著重要的作用。模具一般被分為冷作模具和熱鍛壓模具兩種，在機(jī)械、電機(jī)、電子、儀器、國防等領(lǐng)域發(fā)揮著不同的功效。由于模具能夠使得零件的制造更加簡便、精準(zhǔn)，所以逐漸成為一種重要的鍛壓工藝裝備。

（二）模具特性

模具是一種非常重要的耗損件，在多次使用之后會因?yàn)槭褂眠^程中產(chǎn)生損耗而失效，模具有一定的使用壽命，從投入使用開始一直在正常的損耗失效期之內(nèi)，使用模具零件的數(shù)量是既定的，但是如果模具提前失效，那么不僅可能會造成生產(chǎn)停頓，而且會使生產(chǎn)成本增加。企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟(jì)效益，需要杜絕這類事件的發(fā)生，否則可能會影響產(chǎn)品的市場競爭力，通過大量調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國目前企業(yè)所使用的模具普遍存在早期失效、使用壽命低于平均值等問題，這不禁引發(fā)了企業(yè)的關(guān)注。

（三）失效分析思路

在鍛壓和冶金工業(yè)中，為了防止模具發(fā)生明顯的塑形變形，分析模具失效的思路主要集中在了解模具的使用過程層面。對于模具的失效分析需要科學(xué)判斷產(chǎn)品的失效模式、分析產(chǎn)品失效機(jī)理，企業(yè)技術(shù)部門應(yīng)針對失效現(xiàn)象制定合理的失效分析流程。通常的判斷模式是：首先找到模具失效情況的調(diào)查報告，實(shí)際分析鍛壓工藝、模具失效經(jīng)過和背景、模具形狀和尺寸、模具使用的具體溫度和潤滑狀況等，技術(shù)人員還需要了解操作人員的工藝水平是否足以應(yīng)對失效后的修復(fù)要求。

（四）失效分析程序和方法

研究者通過搜集模具失效的原始情況，找到相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對于模具進(jìn)行觀察和分析，通過觀察失效模具的外觀特征、失效特征和模具失效之后的幾何形狀，衡量斷口的宏觀和微觀狀況，做好表面裂紋的分析，從而能夠找到足夠的理化檢測依據(jù)。技術(shù)鑒定科室需要對于模具的材料成分進(jìn)行分析，結(jié)合理學(xué)性能檢測和硬度測試找到理化檢測的數(shù)量分析，以上所有內(nèi)容有助于幫助檢測人員找到觀察的結(jié)果，并精準(zhǔn)地判定失效模式和原因。只有找到具體的失效問題，才有助于研究人員根據(jù)模具失效的具體問題，提出預(yù)防模具失效的措施，一般最常用的鑒定方法是：主裂紋與裂紋源分析法、T型分布分析法、斷口分析法等。

二、鍛壓模具失效的預(yù)防措施

（一）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

鍛壓工藝部門通過大量的制造實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，模具的失效與使用條件之間有非常密切的關(guān)系，模具從一開始設(shè)計和制造時，其所使用的材料就會影響到使用壽命。研究人員還發(fā)現(xiàn)，模具的制造工藝、安裝方法和使用維護(hù)過程也對于模具的使用壽命起到很大的影響。為了能夠使得鍛壓模具擁有更長的使用壽命，要就模具的幾何形狀、制造間隙、沖頭模具的長徑比等進(jìn)行觀察。研究表明，模具的端面斜度和過渡角的大小、冷卻水路及裝配結(jié)構(gòu)等也會影響模具的使用壽命，由于模具的局部結(jié)構(gòu)是構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此為了提高模具的使用壽命，需要能夠合理地設(shè)計模腔的圓角半徑。設(shè)計人員還要考慮到模具的工作部位可能呈現(xiàn)出不同的角度，鍛壓模具在使用的時候會有一定的傾斜度。模具制作工藝可能涉及到脫模等問題，因此可以考慮在模具模腔的底部位置設(shè)置應(yīng)力分布保護(hù)點(diǎn)，尤其是對于鍛壓斜度和圓角半徑過度消耗的問題要盡可能地避免，模具壽命的延長與優(yōu)化設(shè)計之間的關(guān)系是非常密切的。很多模具的設(shè)計師還會注意采用新的熱處理工藝，挖掘現(xiàn)有材料的更多潛力，提升模具的使用壽命。現(xiàn)代模具工作條件非常苛刻，要大幅度的提高模具壽命，應(yīng)在高溫、高壓、高速發(fā)展的環(huán)境下，挖掘舊材料的潛力，研制新的模具材料，如，合金鋼等。

（二）過程性分析的合理應(yīng)用

當(dāng)鍛壓模具的原材料已經(jīng)選定，設(shè)計方案已經(jīng)過關(guān)，模具的結(jié)構(gòu)就已經(jīng)即定，就可以判定模具局部結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力分布足以提升整個模具的承載能力。在具體的鍛壓制造過程中，使用者最應(yīng)注意的是在使用過程中不要讓模具出現(xiàn)局部裂紋、結(jié)構(gòu)坍塌、過度磨損等問題。鍛壓模具的過程性保護(hù)非常重要。有的模腔局部結(jié)構(gòu)不合理，容易在制造中卡住，這種問題直接影響到生產(chǎn)的數(shù)量，嚴(yán)重的時候可能使得產(chǎn)量減少一半。鍛壓車間要注意一切與模具壽命有關(guān)的結(jié)構(gòu)因素，通過分析模具使用的具體步驟和過程，加深模具壽命保護(hù)機(jī)制的建設(shè)，從過程入手，延長模具的是用時間。鍛壓質(zhì)量監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)，有很多具體的辦法都可以改進(jìn)和優(yōu)化模具使用效果，但是過程性分析由于消耗時間成本最低最受到使用者的青睞。針對不同鋼種的模具進(jìn)行組織預(yù)處理，在淬火后觀察碳化物的形狀，通過比對顯微組織，計算模具的制造過程是否成功。在鍛壓模具的制作過程中，高溫淬火工藝可以使得碳合金材質(zhì)更加強(qiáng)韌，而后高溫回火促使模具的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，這是對于鍛壓模具材料表面材料適當(dāng)強(qiáng)化的處理手段，也是能夠作為整體熱處理步驟重要環(huán)節(jié)的工藝內(nèi)容之一。

（三）提高鍛壓模具的制造質(zhì)量

鍛壓模具的制造形態(tài)能夠精準(zhǔn)的幫助生產(chǎn)者分清楚零件的幾何尺寸，衡量其圓角半徑、模具斜度等，通過提高模具制造精度，有助于提升鍛壓模具的質(zhì)量。通過保證模具各個部位的均勻受力，從而能夠合理安排模具應(yīng)力分布，引導(dǎo)模具的傾斜方向，保障模具安全使用。鍛壓模具的模腔表面粗糙度越高，越容易增加鑄件流動阻力，反之，降低模腔磨損率，需要降低模腔表面粗糙度，令使用阻力達(dá)到正常值。為了提高模具硬度的均勻性，在熱鍛壓處理過程中，保證加熱溫度均勻提升，冷卻速度不宜過快，可以保證模具表面的氧化和脫碳過程平緩。模具使用人員還應(yīng)該注意令模具淬火之后充分回火，從而能夠提高模具裝配精度，調(diào)整模具使用中的間隙尺寸，這是保證模具凹凸模位置受力中心一致的慣用手法。

三、結(jié)論

鍛壓制造的模具是完成工藝制造不可或缺的部件之一，模具工作時候可能會出現(xiàn)輕微損傷，模具的粗糙度也會隨著生產(chǎn)進(jìn)程不斷升高。及時打磨和修理模具，可以防治模具缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大，通過多種處理方式，能夠盡量降低生產(chǎn)車間的鍛壓成本，這對于模具使用者來說具有一定的啟示意義，因此值得在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)推廣，從而提升我國鍛壓工藝的整體水準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 梅振.基于Creo的火車車輪鍛壓模具CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2018.

[2]?? 張佳敏.高鐵車輪連續(xù)成形仿真與模具設(shè)計研究[D].太原科技大學(xué)，2018.

[3]?? 鄔小龍.模具設(shè)計制造中智能化技術(shù)的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（14）：95.

[4]?? “.2017中國鍛壓模具研討會”在上海召開[J].塑性工程學(xué)報，2017，24（03）：224.