如何提高冲压模具使用寿命

谈如何提高冲压模具使用寿命

[摘要] 冲压模寿命以模具失效前的冲压次数为衡量标准。冲压模具失效形式主要表现为磨损失效、变形失效、断裂失效和啃伤失效等等。然而，由于冲压工序不同，工作环境条件的不同，影响冲压模具寿命的因素是多方面的。因此，我们有必要从冲压模的设计、制造以及使用设备等方面进行综合分析，探析影响冲压模具寿命的因素，从根本上控制失效形式的发生，从而提高模具的使用寿命。[关键词] 模具寿命模具失效磨损热处理

一、引言

模具在正常工作中，冲出废品工件以前所冲制工件的数量称为模具寿命。模具因自然磨损或损坏，致使模具不能继续冲出合格工件，称此为模具失效。在冲压生产中，一般大型冲压件模具价格都在几十万以上，有的甚至上百万，资金的投入比较可观。因此，模具寿命直接影响到产品质量与企业效益。所以各生产企业对于模具的使用寿命，在冲压设备、模具维护保养以及模具设变整改等方面，都在不断地进行改善，尽可能地提高模具寿命。

二、模具失效的主要表现形式——磨损

模具在生产过程中因摩擦产生自然磨损，是一种正常失效方式。凸、凹模的磨损形式可以分为：凹坑磨损、斜向磨损、凹坑——斜向磨损（如图1所示）。这些磨损形式主要是由作用在凸、凹模各工作面上的压力、板料相对于凸、凹模的相对滑移，以及冲压次数所决定的。

图1 常见的型面磨损形状

（a）凹坑磨损（b）斜向磨损（c）凹坑－斜向磨损

1－凸模侧面 2－凸模端面 3－凹模端面 4－凹模内侧面

凸、凹模刃口磨损过程可用磨损曲线趋势图来表示（如图2）。模具刚使用不久，磨损量增加较快，这时称为初期磨损；以后在相当长的工作时间里，磨损量较为稳定地缓慢变化，称稳定磨损；此后，刃口磨损量又急剧增加，称急剧磨损。从磨损曲线趋势图中我们可以看出，随着模具冲裁次数的增加,凸模型面的磨损加剧。若延长模具型面两次修磨间的冲压次数，应尽可能地增加稳定磨损区域，则可推迟凸模型面的急剧磨损，从而提高模具的使用寿命。

以冲裁模为例，如图3中所演示的冲裁过程，由于板料在冲裁过程中的弯曲变形，凸、凹模的端面仅在刃口附近与板料接触，刃口部分承受集中应力载荷的作用。

图3 冲裁模附近板料受力图

1－凸模 2－凹模 3－板料

图中 f1、f2——分别为凸、凹模对板料的垂直作用力；

f3、f4——分别为凸、凹模对板料的侧压力；

μf1、μf2——为凸、凹模端面作用于板料的摩擦力；

μf3、μf4——为凸、凹模侧面作用于板料的摩擦力；

在冲裁过程中，板料受到以上各力的综合作用。

垂至于板料方向的冲裁力：f＝f1＋μf3 或f＝f2＋μf4

平行于板料方向的作用力：f5＝f3＋μf1 或f5＝f4＋μf2

由上述受力分析，我们可以看出f1、f2不在一条直线上，产生的力矩m引起的弯曲使板料的变形局限于凸、凹模间隙及其附近部分。对于凸、凹模端面，刃口部分承受集中应力的作用，应力随着离开刃口距离的增大而急剧减小。一般来说，间隙减小，冲裁力f 与摩擦力μf都增大，使刃口所受压应力增大，造成刃口变形，与端面摩擦加剧，甚至可能发生崩刃等设备事故。所以，过小的间隙对于模具寿命来说也是极为不利的。合理地增大间隙可以有效地减小磨损消耗。

在实际生产过程中，由于冲压零件的原材料厚度公差超差、材料性能波动、表面质量较差(如锈迹)或不干净(如油污)等，都会造成模具的工作零件磨损加剧，甚至产生崩刃等不良后果。

在冲压加工中为了减小凸、凹模间的磨损，采取润滑措施是必不可少的。加入适当润滑剂能有效地提高模具寿命。使用润滑剂后，可在板料与凸、凹模之间形成一层薄膜，将两者之间的滑动表面相互隔离，因而可以有效的减小型面间摩擦力和磨损现象。另外，模具在生产过程中会出现模具型腔过热现象，特别在高气温时段容易发生，如加入润滑剂则能有效地减轻因型腔过热而造成的冲压件质量问题。我们以冲ф10mm孔的板材为例，板材厚度t＝1mm，图4是其加入润滑剂与未加润滑剂的润滑效果图：

图4 润滑效果图

1－无润滑2－加入机油润滑

三、提高模具寿命的措施及实施办法

1、生产前期对所生产的冲压件进行工艺评审及工艺优化

对冲压件的结构设计要尽可能最大限度地符合冲压工艺性要求，选择合理的工艺搭边。

为此，在模具设计过程中应当注意以下几点：

①尽可能采用冲压工艺性好的原材料，以减少冲压变形力；

②冲压前应严格检查原材料的牌号、厚度及表面质量等，并将原材料擦拭干净，必要时应清除表面氧化物和锈迹；

③根据冲压工序和原材料种类，必要时可安排软化处理和表面处理，以及选择合适的润滑剂和润滑工序；

④在确认下料尺寸时，应当根据零件的加工批量、质量要求和模具配合间隙，合理地考虑板料的搭边尺寸，因为过小的搭边值往往会造成模具的急剧磨损或凸、凹模啃伤。

2、合理地设计模具结构，改善模具制造过程中热处理工艺

增大上模座与下模座的厚度，加大导柱、导套直径，以提高模架的整体刚性。要避免凸、凹模在垂直和水平剖面内的尖角过渡，以减小冲压过程中的应力集中，延缓磨损。另外，对于截面急剧变化的整体式凸、凹模，应该以较大的圆角半径和锥度来过渡。

根据冲压件数模确定冲压件的下料尺寸，从而保证模具型腔内的定位装置的合理化，以减少毛坯因定位误差在冲压过程中给模具带来的负面影响。

在热处理工艺中，采用表面强化处理，使冲压模的成形零件“内柔外硬”，以提高其耐磨性、抗粘性和抗疲劳强度，其方法有渗氮、

渗硼、渗硫、电火花强化、离子注入、淬火后的气相沉积碳化物（如tic）等。

模具在使用一段时间后，容易使模具内部产生热应力，为此，应加以冰冷（低于－78°c）措施或超低温处理，以提高其耐磨性。热处理时要强韧匹配，柔硬兼顾，从而使模具寿命有效地提高。3、结合冲压设备的性能特点，提高模具寿命

冲压设备（如油压机）的精度、稳定性与刚性对冲压模寿命的影响极为重要。冲压设备的精度高、刚性好，冲压模的寿命将大为提高。例如江铃控股有限公司冲压厂现有2000t冲压生产线（1台2000t、2台1000t、2台800t）均为油压机，油压机具有采购成本低、成形性能好、保压时间长的特点，模具整体受力均匀，不易发生因模具受力不均而导致的失效发生。

4、正确维护、保养和存放模具

使用正确的维护、保养和存放模具的方法，对于提高模具使用寿命十分重要。下面是结合在冲压生产过程当中的一些维护、保养模具的办法：

①生产前期须正确安装、调试模具，使模具处于最佳工作状态；

②严格保持模具工作型面的清洁度，生产之前操作工应将凸、凹模型面仔细擦拭，防止灰尘、杂物附着于型面之上；

③操作工要严格按照规程正确送料，防止因误送料或板料定位偏差而引起的模具损坏；

④定期对模具进行合理地润滑与冷却，减少模具在生产中多余