提高沖壓模具工作耐用度的措施
2008/4/4


沖壓模具是沖壓生產中的重要工藝設備,是提高產品品質、節約原材料、體現模製品技術經濟性的有效手段。沖模的耐用度凸模與凹模在工作一段時間之後,由於經常磨損而失去了工作尺寸,再也不能滿足零件的技術條件情況下,根據沖模根據沖模所沖制的零件總數決定的。一副沖模從設計、機械加工、裝配、調整到安裝使用,工序多,週期長,加工費用高,因此,對於沖模除了要求生產效率高、所沖出零件完全符合品質要求和技術條件外,沖模本身的耐用度也是很重要的。

沖模耐用度是和沖模的工作失效現象緊密聯繫的,沖模工作的失效現象是沖模在使用過程中由於結構形狀、尺寸和沖模零部件的材料組織性能發生變化而失去原設計的效能。沖模在結構有嚴重缺陷而不能繼續使用或雖能工作但已不能完成指定的功能時,就可以認為已失效。失效現象出現的越遲,沖模的耐用度就越高。

沖模耐用度高低,在生產中有很重要的意義。沖模的耐用度越高,沖模的使用壽命就越長,零件的成本也就越低。

一、沖模的失效形式

實際生產中沖模的失效現象相當頻繁,沖模消耗量大。因此,分析沖模失效原因,採用各種有效措施防止沖模早期失效,提高沖模耐用度。

1、磨損失效
沖模的工作部分應具有較高的耐磨性。磨損失效是沖模在使用過程中,零部件之間或沖模與工件之間相對運動受摩擦、震動或高溫疲勞龜裂剝落而磨損甚至損壞。初期部分零件表面粗糙不平部分被迅速磨去,因此磨損速度很快;正常磨損階段,零件的磨損趨於平緩,這時沖模處於最佳的技術狀態,生產效率呈現出最好的水準,產品的品質最有保證;過了正常磨損期零件磨損超過一定限度,正常磨損關係被破壞,接觸情況惡化,磨損速度加快,沖模工作性能也迅速下降,如果不及時維修或更換磨損件,沖模會產生事故、失去功能,以致報廢。
2、變形失效

變形失效包括過量的彈性變形或塑性變形、高溫蠕變等。沖模在使用過程中,因各種載荷及交變溫度的影響,以及材料本身的性能變化,造成剛性和韌性不足,導致沖模不能正常工作而失效。
3、脆裂失效

沖模在較為惡劣的條件下工作,受到各種載荷的作用,會因產生裂紋、剝落而引起突然斷裂,還會因疲勞破壞及應力腐蝕破裂等而失效,故沖模常要求有較高的韌性。有些沖模在工作過程中處於反復加熱和冷卻狀態,使其表面受到拉、壓交變應力的作用,引起表面脆裂和剝落,增大摩擦阻力,阻礙工件的塑性變形,以致沖模失效。這種因熱疲勞而脆裂是沖模失效的主要形式之一。

二、影響沖模耐用度的原因

1、結構設計不合理的影響

沖模結構是影響沖模耐用度的關鍵,結構不合理容易造成剛性差和壁厚分佈不均勻,以及表面缺陷(如表面氧化、脫碳、裂痕、疤痕)都會影響材料的性能,造成沖模的早期失效。

2、沖模材料選擇的影響

選擇合適的沖模材料可以防止沖模早期失效。夾雜物使沖模內部產生裂紋,引起脆性斷裂,在進一步的熱處理和使用中,該裂紋進一步擴展而引起沖模開裂。鋼材在進行熱加工和退火時,再機加工後有時仍殘留脫碳層,由於內外層組織不同,造成熱處理冷卻速度不一致,產生裂紋,引起沖模開裂。含有較高的炭和合金元素,有較多的共晶化合物,導致淬火時常常出現沿著帶狀碳化物分佈的裂紋,沖模在使用過程中裂紋進一步擴展,造成沖模開裂。

3、沖模機械加工的影響

沖模的型腔部分或沖頭的圓角部分,在機械加工中常常因進刀太深而留下刀痕,造成應力集中,淬火時相應部位的裂紋進一步擴展,導致沖模開裂。電加工時,沖模被加熱到高溫度,使組織發生變化,即電加工異常層受到交變應力的反復作用,微裂紋變成大裂紋,導致沖模開裂而報廢。研磨加工會導致研削表面過熱,或引起表面軟化,硬度降低,使沖模在使用中因磨損嚴重,或由於熱應力而產生磨削裂紋,最後導致沖模早期失效。

4、沖模熱處理規範的影響

沖模在機械加工後都應進行淬火、回火等熱處理。加熱溫度的高低、時間的長短、冷卻速度的大小、保護氣氛等工藝參數選擇不當都會影響沖模的耐用度。模具鋼中含有較多的炭和較多的合金元素,導熱性差,加熱的速度不能太快。

當發生氧化時,沖模表面易劃傷,尺寸變小,使用易產生早期疲勞裂紋,當造成脫碳時,表面硬度顯著降低,造成早期磨損;淬火溫度過高,易造成晶粒長大,使鋼呈現出脆性,因而沖模的使用中常常出現裂紋、崩刀、折斷等事故,相反,淬火溫度過低,鋼的抗壓強度也低,沖頭易出現鼓行而失效。對於不同的沖模材料,應根據所要求的組織形態,選用不同的冷卻速度,對於高合金鋼,由於含有較多的合金元素,淬火性較低,可以採用油冷、空冷,甚至等溫淬火、分級淬火等工藝。沖模表面的強化處理也是提高沖模使用壽命的一個很重要途徑,氮化、滲硼、滲碳以及鍍鉻等都具有一定的效果,當強化工藝控制不嚴格或強化方法選擇不當時,就不可能獲得預期效果,反而導致沖模的早期失效。

5、各種操作條件

如鍛打溫度、潤滑劑及潤滑方法、冷卻速度、補焊、預熱溫度及設備情況等都對沖模的耐用度有很大影響。 必須嚴格控制,正確使用,才能發揮沖模材料的性能而獲得較高的沖模壽命,其中補焊時焊接處容易出現裂紋,由於拉、壓交變應力的作用,裂紋擴展使沖模使用壽命縮短。

6、沖模工作溫度的影響

沖模的工作溫度可分為低溫、常溫或交變溫度等幾種狀態,溫度對鋼的耐磨性有相當大的影響。通常在250度以下時主要為氧化磨損,即沖模對接件或沖模與工件之間相對摩擦,形成氧化膜並反復形成和剝落,磨損量較小;250度到300度之間時轉變為粘著磨損,磨損量達到最大值;高於300度又轉化為氧化磨損為主,磨損量趨向減小,但溫度過高時,沖模硬度明顯下降,粘著現象加重,甚至形成較大面積燒結和熔融磨損。

三、提高沖模耐用度的途徑
1、改進沖模的設計

沖模設計是否合理是提高沖模耐用度的基礎。因此,在設計沖模時應對產品成形中的不利條件採取有效措施,以提高沖模的耐用度,如設計小孔沖模的壽命往往表現在沖小孔的凸模上。對於這類沖模,在設計時應使細小的凸模儘量縮短其長度,以增加強度,同時,還應採用導向套的方法加強細小凸模進行保護。此外,在沖模設計上,應充分考慮到模架的形式、凸凹模的固定方法和導向形式、壓力中心的確定及上、下範本的剛性等因素。特別對於沖裁模來說,選取間隙值對耐用度有很大的影響。在設計時,沖模的間隙要選擇合理,其間隙值不能太小,否則會影響沖模的使用壽命和耐用度。實踐證明,在不影響沖壓件品質的情況下,適當放大間隙可大大提高沖模的耐用度,有時甚至提高幾倍及幾十倍。

2、正確選擇沖模材料
不同的沖模材料具有不同的強度、韌性和耐磨性。在一定的條件下使用高級材料就能使耐用度提高好幾倍。如用T10A鋼製成的電度錶磁極沖片沖模,就比用Cr12及Cr12 MoV製成的同類沖模的一次刃磨壽命低的多。而利用G35碳化鈦鋼硬質合金平均每次刃磨壽命又要比Cr12鋼沖模又提高5-10倍,而採用鎢鈷類硬質合金作為同類凸、凹模材料,又要比Cr12鋼提高20-30倍。因此,為提高沖模的耐用度必須要選擇好的材料。

3、合理地進行沖模零件的鍛造及熱處理

在選擇優質沖模材料的同時,對於同材質和不同性質的材料要求進行合理的鍛造和熱處理,是提高沖模耐用度的主要途徑之一。例如,淬火時,若在加熱時生產過熱,不但會使此工件脆性過大,而且在冷卻時容易引起變形和開裂,使耐用度降低。因此在製造沖模時,必須合理的掌握熱處理工藝。

4、合理的安排沖模製造工藝及保證加工精度

沖模的加工精度對沖模的耐用度影響很大。如在沖裁模中由於裝配間隙不均勻,在剪切力作用下常會使凹模啃壞而影響沖模壽命。同時,沖模表面光潔度過低,也會使沖模的耐用度降低。因此,在加工時必須要對孔距大小、裝配時凸模對固定板支撐面的垂直度、沖模間距的均勻和導套、導柱的導向精度等級給于充分注意。製造與裝配精度越高及工作部分表面粗糙度等級越高,沖模的耐用度就越高。

5、正確選擇壓力機
為了提高沖模的耐用度,應選取精度較高及剛性較高的壓力機,並使其沖壓噸位大於沖壓力百分之三十以上。

6、合理的使用及維護沖模

為了提高沖模耐用度,操作者必須合理的使用及維護沖模,對沖模應經常進行維修,以防止沖模帶病工作。



 

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