冲压模具的寿命分析和改进措施

李海林

（贵州省电子信息技师学院，贵州都匀，558000）

摘要：概述了影响冲压模具寿命的各种分析，并针对这些因素提出了相应的具体改进措施，从而有效的提高了冲压模具寿命。

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关键词 ：冲压模具、寿命分析、改进措施

1.引言

模具是制造业中不可或缺的特殊基础工艺装备，主要用于高效大批量生产工业产品的有关零部件和制件。其生产过程集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造为一体，既是高新技术载体，又是高新技术产品。但与国际先进水平相比，其综合水平仍存在较大差距。其中模具寿命短是其主要表现形式之一，笔者从理论的角度分析了产生的原因，并提出了一些改进措施。

2.影响冲压模具寿命主要的因素分析

①制件材料的影响 实际生产中，由于冲压用原材料的厚度公差不符合要求、材料性能的波动、表面质量差和不干净等原因造成模具工作零件磨损加剧、崩刃的情况时有发生。由于这些制件材料因素的影响，直接降低了模具使用寿命，所以冷冲压制件所用的钢板或其他原材料，应在满足使用要求的前提下，尽量采用成形性能好的材料，以减少冲压变形力，改善模具工作条件。另外，保证材料表面的质量和清洁对任何冲压工序都是必要的。因此，材料在加工前应擦洗干净，必要时还要清除表面氧化物和其他缺陷。

②模具材料的影响 模具材料性能及热处理质量是影响模具寿命的主要因素。对冲压模具，因工作零件在工作中承受拉伸、压缩、弯曲、冲击摩擦等机械力的作用，因此冲模材料应具备抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳、抗软化及抗黏性的能力。近年来新开发出的新型模具材料，既有优良的强度和耐磨性等，又有良好的加工工艺性，不仅大大提高了制件质量，而且大大提高了模具寿命。

③模具热处理的影响 模具的热处理质量对模具的性能与使用寿命影响很大。因为热处理的效果直接影响着模具用钢的硬度、耐磨性、抗咬合性、回火稳定性、耐冲击以及抗腐蚀性，这些都是与模具寿命直接有关的性质。通过热处理可以改变模具工作零件的硬度，而硬度对模具寿命的影响是很大的。但并不是硬度越高，模具寿命越长。这是因为硬度与强度、韧性及耐磨性等有密切关系，硬度提高，韧性一般要降低，而抗压强度、耐磨性、抗黏合能力则有所提高。有的冲模要求硬度高、寿命长，例如采用T10钢制造硅钢片的小冲孔模，硬度为HRC56～58时只冲几千次制件时毛刺就很大，如果将硬度提高到HRC60～62，则刃磨寿命可达到2万～3万次；但如果继续提高硬度，则会出现早期断裂。有的冲模硬度不宜过高，例如采用Cr12MoV制造六角螺母冷镦冲头，其硬度为HRC57～59时，模具寿命一般为2万～3万件，失效形式是崩裂，如将硬度降到HRC52～54，寿命则提高到6万～8万件。由此可见，热处理应达到的模具硬度必须根据冲压工序性质和模具的失效形式而定，应使硬度、强度、韧性、耐磨性、疲劳强度等达到特定模具成形工序所需的最佳配合。

④模具结构的影响 合理的模具结构是保证模具高寿命的前提，因而在设计模具结构时，必须认真考虑模具寿命问题。模具结构对模具受力状态的影响很大，合理的模具结构，能使模具在工作时受力均匀，应力集中小，也不易受偏载，因而能提高模具寿命。在设计模具结构时应注意以下几方面：（1）适当增大模座的厚度，加大导柱、导套直径，以提高模架的刚性；（2）提高模架的导向性能，增加导柱、导套数量；（3）尽量使凸模或型芯工作部分长度缩短，并增大固定部分直径和尾端的承压面积；（4）适当增加冲裁凹模刃口直壁部分的高度，以增加刃磨次数；（5）尽量避免模具成形零件截面的急剧变化及尖角过渡，以减小应力集中或延缓磨损，防止模具过早损坏；（6）在冲压成形工序中，模具成形零件的几何参数应有利于金属或制件的变形和流动，工作表面的粗糙度值尽可能地减小；（7）保持模具的压力中心与压力机、注塑机或压铸机等成形设备的压力中心基本一致。

⑤加工工艺的影响 模具工作零件需要经过车、铣、刨、磨、钻、冷压、刻印、电加工、热处理等多道加工工序。加工质量对模具的耐磨性、抗断能力、抗黏合能力都有显著的影响。在模具加工时可采用合理的加工方法和工艺路线，尽可能通过加工设备来保证模具的加工质量；对尺寸和质量要求均较高的模具零件，应尽量采用精密机床（如坐标镗床、坐标磨床等）和数控机床（如数控铣床、数控磨床、数控线切割、数控电火花机、加工中心等设备）加工；消除电加工表面不稳定的淬硬层（可用机械或电解、腐蚀、喷射、超声波等方法去除），电加工后进行回火，以消除加工应力；严格控制磨削工艺条件和方法（如砂轮硬度、精度、冷却、进给量等参数），防止磨削烧伤和裂纹的产生；注意掌握正确的研磨、抛光方法。抛光方向应尽量与金属的变形流动方向保持一致，并注意保持模具成形零件形状的准确性。

⑥模具的使用、维护和保管的影响 一副模具即使设计合理、加工装配精确、质量良好，但若使用、维护及保管不当，也会导致模具变形、生锈、腐蚀，失效加快，寿命降低。为此，需要正确地安装与调整模具；在使用过程中，注意保持模具工作面的清洁，定期清洗模具内部，合理润滑与冷却；对冲模，应严格控制冲裁凸模进入凹模的深度，并防止误送料、冲叠片，还应严格控制矫正弯曲、整形、冷挤等工序中上模的下止点位置，以防模具超负荷；当冲裁模出现0.1mm的钝口磨损时，应立即刃磨，刃磨后要研光，最好使表面粗糙度Ra<0.1μm。模具编号管理，在专用库房里进行存放和保管。模具储藏期间，要注意防锈处理，最好使弹性元件保持松弛状态。

3.提高冲压模具寿命的改进措施

模具磨损的根本原因是模具零件与制件（或坯料）制件或模具零件之间的相互摩擦作用。降低这种摩擦作用或者提高模具零件耐磨性的途径都是降低模具的磨损速度、提高模具有效磨损寿命的有效途径。

①合理选择模具材料 模具材料的耐磨性是决定模具零件磨损速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要取决于材料的种类和热处理状态。常用模具材料中，以冷作模具用钢为例，硬质合金的耐磨性最高，其次是高碳高铬工具钢，再次是低合金工具钢，碳素工具钢的耐磨性最低。一般情况下，需要耐磨的模具零件都应通过淬火或其他热处理方法提高材料的硬度。材料越硬，耐磨性就越好。

②提高模具零件表面质量 首先，要提高模具零件表面的精加工质量。零件加工越精细，表面粗糙度值越小，则模具的磨损速度就越慢，使用寿命就越高。其次，要尽力避免零件表层材料在加工过程中发生软化现象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工时，如果工艺条件选择不当，就会产生磨削烧伤，使模具的表层材料的硬度降低，大大降低了零件的耐磨性。

③润滑处理 模具的导柱、导套及其它有相对运动的部位应经常加注润滑油。冲压加工时，一般应在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆润滑油或润滑剂。变形抗力大的冲压加工，如冷挤压、厚料拉深、变薄拉深等，应对坯料进行表面润滑处理。

④防止粘膜 如果制件材料与模具材料制件有较强的亲和力，两者之间会产生很强的黏附作用，甚至相互间在高压作用下产生冷焊，这就是所谓的粘膜现象。粘膜现象严重时，将在起模时导致制件和模具零件表面的材料撕裂脱落，一方面影响制件的表面质量，另一方面将使模具零件产生强烈的粘着磨损，同时脱落的材料颗粒还会加剧模具零件的磨损。因此，无论是对于制件质量，还是对于模具寿命，粘膜现象都是极为有害的，应采取措施加以预防。预防粘膜的方法有：采用与制件材料亲和力较小的模具材料；采用可靠的润滑措施，防止润滑膜在高压下被挤破；采用渗氮、碳氮共渗等表面处理方法，改变模具零件表层材料的组织结构。

⑤合理选择模具结构参数和成形工艺条件 在保证制件质量的前提下，对于冲裁模适当加大凸、凹模间隙，对于弯曲模、拉深模适当加大凸、凹模间隙和凹模口部圆角半径，对于冷挤压模适当减小凹模入口角和凸、凹模工作带高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具寿命。

⑥表面强化 表面强化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面强化方法有表面电火花强化、硬质合金堆焊、渗氮、碳氮共渗、渗硫处理、表面镀铬等。表面电火花强化、硬质合金堆焊常用于冲裁模。

4.结束语

冲压模具在模具设计、制造、使用以及维护保养过程中，应该采用先进的制造技术和实行全面质量管理，以及致力于发展专业化生产，加强模具标准化工作，不断提高模具设计和制造水平，这样有利于提高模具寿命。

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参考文献：

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[4]李奇主编.模具材料及热处理[M].（第3版）北京：北京理工大学出版社,2012