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
的磨损，消除模具内部的热应力；
⑤严格控制凸模进入凹模的深度，加力不可过大，最好控制压力参数在压机额定压力的60％以内，以免加剧型面的磨损，防止冲叠片；
⑥冲压模在存放时，应使其上下模保持一定的空隙（大型冲模一般都有限位块），以保护刃口，最好使用弹性元件保持模具松弛状态。

注意，模具不宜叠加存放。

以上几点办法是生产过程中都应做到的，对于以冲压为主的企业来说，提高冲压件质量、降低成本、延长模具寿命，是提高企业效益的关键。

四、结束语
总之，在模具设计、制造、使用和维护全过程中，应用先进制造技术和实行全面质量管理，是提高模具寿命的有效保证，并且致力于发展专业化生产，加强模具标准化工作，除零件标准化外，还有设计参数标准化、组合形式标准化、加工方法标准化等，不断提高模具设计和制造水平，这些对于提高模具寿命来说，都是十分必要的。

参考文献：
[1]《冷冲压工艺与模具设计》第二版机械工业出版社出版isbn 978-7-111-25604-5
[2]《模具概论》第二版人民邮电出版社出版isbn
978-7-115-22645-7
作者简介：
熊川，男，毕业于西华大学模具设计与制造专业。

毕业后在江铃汽车集团从事模具设计方面工作四年，后调入江西省通用技术工程学校从事模具设计教学工作。