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影响冲模寿命的因素
 
模具因磨损或其它形式失效,不可修复而报废之前所加工的产品件数,称为模具的使用寿命。为了提高冲压模具的寿命,必须对已失效的模具进行分析,了解和掌握失效的原因和影响模具寿命的主要因素。

      一、模具材料的影响

      (1)模具材料性能的影响 各种模具材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、塑性变形抗力、断裂抗力、冷热疲劳抗力等性能均有所不同,材料的性能必须满足模具的具体使用要求,否则将导致模具的早期失效。如模具工作在循环载荷下时,使用疲劳抗力差的材料将会萌生疲劳裂纹,裂纹的不断扩展将引起模具的断裂失效。
      (2)模具钢材冶金质量的影响 若钢中含有强度低、塑性差的非金属夹杂物,则容易形成裂纹源,引起模具早期断裂失效。当钢中的碳化物过多,形成网状、大块状或带状偏析时,将严重降低钢的冲击韧度及断裂抗力,引起模具的早期断裂、崩块及开裂等。钢材中存在中心疏松和白点,会降低模具的抗压强度,使模具淬火开裂及工作表面凹陷。

      二、模具结构的影响

      (1) 模具几何形状的影响
      模具的几何形状对成形过程中坯料的流动和成形力产生很大的影响,从而影响模具的寿命。如图11-8所示为三种形状的反挤压凸模其中a、b两种结构的凸模比c结构的凸模降低挤压力20%,但a、b两种结构的凸模端面倾斜角不能过大,否则虽然降低了挤压力,但凸模容易因挤偏受到弯曲应力而折断。


a)整体式                   b)组合式
图11.1.4 挤压凸模结构形式

      (2) 模具间隙的影响
      模具的凸凹模工作间隙不仅影响工件的质量,还影响模具的寿命。例如拉深模的间隙过小将增加摩擦阻力,易擦伤工件表面,并增大了模具的磨损。冲裁模的间隙过小会加剧凸凹模的磨损,降低模具的使用寿命。

      (3) 结构形式的影响
      模具的结构形式不合理将导致应力集中而断裂失效。如图11-9a所示为正挤压空心工件的整体凸模,挤压时极易在心轴根部产生应力集中而折断。改为图11-9b所示组合式,消除了应力集中,可以防止模具的早期断裂失效。  

      三、模具制造工艺的影响

      (1)  加工工艺的影响
      切削加工时没有彻底去除材料表面脱碳层,将会降低模具的表面硬度,加剧了模具 磨裂及淬裂 的倾向。切削的表面粗糙、尺寸连接处不光滑,或留有尖角和加工刀痕,将萌生疲劳裂纹,造成模具疲劳失效。磨削加工时进给量过大、冷却不足则容易产生磨削裂纹和磨削烧伤,减低模具的疲劳疲劳强度和断裂抗力。电火花 成形及线切割 加工,会使模具表面产生拉应力和显微裂纹,导致表面剥落和早期开裂。 若材料 淬火后的内应力很高,电火花加工时应力会重新分布,引起模具变形或开裂。

      (2)  热处理工艺的影响
      模具淬火加热时温度过高,容易造成模具的过热、过烧,冲击韧度下降,导致早期断裂。如果淬火温度过低,会降低模具的硬度、耐磨性及疲劳抗力,容易造成模具的塑性变形、磨损失效。淬火加热时不注意采取保护措施,会使模具表面氧化和脱碳,脱碳将造成淬火 软点或软区 ,降低模具的耐磨性、疲劳强度和抗咬合能力,影响其使用寿命。淬火冷却速度过快或油温过低,模具容易产生淬火裂纹。如果回火温度太低,而且不够充分,将无法消除淬火过程中的残余应力使模具的韧性降低,容易发生早期断裂。

      四、模具工作条件和使用维护的影响

      (1) 被加工材料的影响
      被加工材质的不同、厚度的不同对模具寿命有很大的影响。被加工材料的强度越高、厚度越大,模具承受的力也越大,模具的寿命相对较低若被加工材质与模具材料的亲和力大,在冲压成形过程中会和模具发生粘附磨损,降低模具的寿命。如用 Cr12MoV 钢制作 拉深模 ,拉深镍基合金钢板时,极易产生粘附咬合及拉毛现象,改用 GT35 钢结硬质合金 制作拉深凹模,粘附咬合倾向大为减轻,提高了模具的寿命。

      被加工材料的表面状态,对模具的磨损也有很大的影响。采用表面没有氧化黑皮、脱碳层,仅有极薄的氧化膜或磷化膜的坯料,对模具冲压最为有利。如用 T10A 钢为工作部件制造的冲裁模,冲裁表面光亮的薄钢板时,每 刃磨一次可冲 3 万件 ,冲裁同等厚度的热轧钢板时,由于表面有氧化黑皮,每次刃磨只能冲裁 1.7 万件左右。

      (2)冲压设备特性的影响
      冲压设备的刚度和精度对模具的寿命影响极大。 开式压力机为C 型框架,刚度较差。在冲压力的 作用下易产生 变形,造成上、 下模中心线 不重合,模具工作间隙不均,甚至啃刃 、崩 刃 。此外,冲裁过程结束的瞬间,载荷急速锐减,压力机在冲压过程中积聚的变形能量突然释放,造成上、 下模间 的冲击振动,即所谓“失重插入”现象,这也加剧了模具的磨损。因此,精密冲裁或使用硬质合金冲裁模具时,最好采用刚度较好,精度高的闭式压力机。

      (3)润滑条件的影响
      良好的润滑条件可以有效降低摩擦力、摩擦热和冲压力,减少模具的磨损,显著提高模具的使用寿命。如冲裁硅钢片时,采用润滑的模具寿命大约是无润滑模具的10 倍。使用的润滑剂和润滑方式是否适当,对模具的使用寿命影响很大。如不锈钢表壳 挤光模 ,工作时采用机油润滑,模具寿命只有 80 件;改用二硫化钼配制润滑剂,使用寿命可达 1 万件。

      五、 冲压设备

      冲压设备(如压力机)的精度与刚性对冲模寿命的影响极为重要。冲压设备的精度高、刚性好,冲模寿命大为提高。例如:复杂硅钢片冲模材料为Crl2MoV,在普通开式压力机上使用,平均复磨寿命为1-3万次,而新式精密压力机上使用,冲模的复磨寿命可达6~12万次。尤其足小间隙或无间隙冲模、硬质合金冲模及精密冲模必须选择精度高、刚性好的压力机,否则,将会降低模具寿命,严重者还会损坏棋具。 
 
      六、冲压工艺

      1、冲压零件的原材料。
      实际生产中,由于外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,会造成模具工作零件磨损加剧、易崩刃等不良后果。为此,应当注意: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。

      2、排样与搭边。
      不合理的往复送料排样法以及过小的搭边值往往会造成模具急剧磨损或凸、凹模啃伤。因此,在考虑提高材判利用毕的同时,必须根据零件的加工批量、质量要求和模具配合间隙,合理选择排样方法和搭边值,以提高模具寿命。

 

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