对于拉深模 ,粘附磨损是拉深模具失效的重要原因,一般粘附易发生在性质相近的材料之间,所以应根据被拉深材质的不同,选择相应的模具材料,。如果被拉 深材料 为有色金属,模具材料可以选用铸铁、钢材和硬质合金;若被拉深材料为黑色金属,则模具材料选用有色金属、硬质合金以及与其亲和力小的钢铁材料。
一、合理设计模具 模具结构对模具受力状态的影响极大,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。冲模结构形式,可分为整体模具和组合模具。 整体模具不可避免存在凹的圆角半径,易造成应力集中引起开裂。而组合模具,可根据模具工作状况不同,不同的模具可选用不同材料,便于加工和更换,可提高模具的整体寿命。对于中、小型模具采用整体结构,而大型模具应尽量采用组合模具结构。
1.设备的精度和刚度的选用和要求 冲模成形工件的力是设备提供的,但在成形过程中,设备的运动部位,相对于导轨作运动,同时,设备因受力将产生弹性变形。若设备运动导向精度高,上、下模不易错位,不易出现附加的横向载荷和转矩,模具磨损均匀,模具寿命高。设备刚度大,成形过程中的弹性变形小,模具上、下模可较好的保证配合状态。采用闭式压力机,设备的弹性变形对称,模具寿命相对较高。与此同时,在成形过程中产生的弹性变形,在结束的瞬间会释放,易造成上、下模的瞬时抖动。若设备刚度差,变形大,抖动大,会加速模具的不均匀磨损。为了克服设备弹性变形对模具的工作精度的影响,精密冲裁时,冲击力应小于设备吨位的50 ,普通冲载时,冲裁力不应超过设备吨位的80 。
2.设计冲模的导向装置 冲模应设计导向装置,这可以保证模具在工作中模具零件的相对位置精度,同时可增加模具抗弯性、抗偏载的能力,避免模具不均匀的磨损。可靠的导向结构,对避免冲头与凹模互相啃伤极为有利,对小间隙或无问隙的冲模,显得特别重要。若导向结构精度不高,板料粗糙不平,易产生偏载,小间隙时,易出现凸、凹模横刃口的相切啃模,造成模具早期失效。例如:在2mm厚的钢板上冲裁M3螺母的冲模,冲模材料为T10,硬度为55~59HRC,若无导向装置时,冲头平均寿命为778件,有导向装置时,冲头平均寿命为3.85万件,若在相同的条件下,模具的导向装置精度高,模具寿命高。
3.采用弹性卸料板 采用弹性卸料板,可提供一定压边力,减轻坯料滑动以及翘曲,同时减少刃口的磨损。‘因冲模工作时,由于凸模、凹模之间的间隙存在,两者刃口的作用力必须存在一定的距离,从而会形成转矩,造成板料穹弯和翘曲以及坯料相对凹模端面滑动。这样冲裁时,部分材料被挤进凹模内,板料剪切区的水平拉应力减少,板料塑性增加,并使所需要的冲载力也增加,同时,冲载件断面斜度增大,因而,落下件的外轮廓尺寸变大,由于回弹的作用,落下件的外轮廓始终紧紧地胀着凹模侧壁,在随后的卸料或顶件中,严重磨损凹模的侧壁。而不落下的内轮廓紧紧地套住凸模,在随后的卸料过程中,强烈磨损凸模侧壁。当采用弹性卸料板,它不但可以提供一定的压边力,而且冲裁板料穹弯和翘曲及其板料与凹模端面之间的相对滑动可以减轻,从而可降低冲裁力,以及板料对冲头和凹模的摩擦磨损。
4.合理设计凸、凹模表面形状和位置精度以增加凸模的刚度 冲模工作部分主要是凸、凹模,设计时,凸、凹模的表面形状的要求是:侧壁应该平行,或稍有斜度,见图2a、b所示。决不允许有反向斜度如图2c、d所示。否则就会降低冲件的质量和模具的使用寿命,甚至造成模具的损坏。

凸模和凹模的位置精度要求:圆形凸模的工作部分对装配部分的同轴度误差,不超过工作部分公差的一半,凸模的端面应与中心线垂直。与此同时,根据凸模受力不同,当受轴向载荷时,应考虑凸模的刚度,提高它抗偏载能力,防止产生弯曲造成折断和不均匀磨损。设计时,凸模柄部面积和头部面积分别为工作端面面积的2~4倍。
5.采用合理的凸、凹模间隙冲模间隙 不仅对冲模精度影响很大,而且影响模具的使用寿命。对剪切应力及冲裁力也有一定影响。间隙小,凸、凹模刃口对板料的作用合力的距离小,塑性剪切地区中的拉应力小,压应力大,从而造成板料剪切区中的球张量为压应力,球张量大,偏张量小。压应力大,球张量大,使板料塑性好,不易产生裂纹,不利于裂纹形成与扩张,因此不利于板料剪切过程的进行;偏张量小,使所需剪切力和冲裁力上升,从而导致凸、凹模刃I:1的应力增加。
间隙太大,板料转矩增大,摩擦力增大,冲模刃口所受的拉应力增大,也会增加模具刃口的磨损和断裂。冲裁过程中作用于凸、凹模上的力为被冲材料的反作用力,由于材料的弯曲,模具表面与材料的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域,故使用刃口受着极大的垂直压力与侧压力的作用,这种高压将引起刃口磨损,甚至崩刃。接触压力越大,相对滑动距离越大,模具材料越软,则磨损量越大。而冲裁中的接触压力即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大,且间隙小时,光亮带增大,摩擦距离增长,摩擦发热严重,所以采用小间隙将使磨损增加,甚至发生粘连。凸模与凹模两个刃口的磨损是不同的,这是因为在无压紧冲裁时,凸模下面的材料沿板面方向的移动受到限制,而凹模端面上材料的滑动却比较自由,所以凹模端面磨损要比凸模端面大。
凸模侧面磨损最大,这是因为凸模上卸料加剧了其侧面的磨损。为了减少这种磨损,必须采用较大间隙值,使孔径在冲裁后因回弹增大,便于卸料,减少凸模侧面的磨损。 例如针对具体模具,在保证冲裁工件质量的前提下,冲裁模具应尽可能选用较大的冲裁间隙,以降低冲裁力,减小模具的磨损。为了提高凸模的刚度,加强其抗偏载能力,以防止工作时凸模弯曲变形或折断。一般凸模头部截面积和尾柄部截面积大约分别取为工作端面面积的 2倍和4倍,必要时对凸模进行 导向保护。可以采用弹性卸料板,对板料施加一定的压边力,以减少因板料滑移或翘曲对凸模的作用力。为确保冲压过程中冲裁间隙均匀,避免啃刃和刃口的不均匀磨损,可选用精确的模具导向装置,例如使用滚珠 导柱导套。
拉深模的凸 、凹模间隙设计要合理:间隙过小,摩擦阻力增大将使模具磨损加剧;间隙过大,则使制件起皱而加大模具的磨损;间隙不均,在模具工作中会产生不均匀内应力,使模具的使用寿命下降。模具的工作表面硬度要高,以减少磨损。模具的 的表面粗糙度值要低 ,同时被拉深板料的表面粗糙度值也要低一些,以减少拉深时的摩擦阻力,有利于拉深件的 塑性成形并提高模具的寿命。
二、提高模具制造加工质量及加工精度
要重视模具钢坯的锻造工艺,消除带状和网状碳化物分布,使流线和冲击力方向垂直。锻造时为了充分打碎坯料中的碳化物,使其呈弥散状均匀分布,应采用高锻比变向镦拔的方法。
在制造加工过程中,必须严格保证模具的尺寸形状精度,避免留下机加工刀痕;过渡部分要平滑,不能有微小缺陷,防止使用过程中出现应力集中裂纹。电加工及磨削加工后应进行回火,以消除加工应力。
如拉深模具的最后抛光工序操作方向应和坯料金属流动的方向一致,凹模型腔应纵向 往复而不是圆周运动抛光。抛光时应注意冷却,防止过热使模具硬度下降。
板料对凸、凹模的侧压力和侧向摩擦力随间隙减小而增加,导致凸、凹模侧壁磨损的加剧。小间隙时,易造成二次剪切,而且二次剪切产生的金属碎屑也会因磨损发热粘附在凸模或凹模上,刮擦凹模或凸模。
模具的加工精度,决定于模具制造过程最后的一道抛光工序。抛光工序的好坏,它不仅直接影响冲模的使用寿命,而且对成品的表面光泽、尺寸精度都有影响。
一般冲模的型腔经机械加工或电火花加工后,表面上留有刀痕或者硬化层,需要进行抛光工序给予去除。随着科学技术的发展,在抛光中采用电解抛光、超声波抛光以及机械—— 超声波抛光、电解— — 机械——超声波抛光等复合工艺来完成,这样,不但冲模型腔面质量符合要求,而且可减轻劳动强度,提高抛光速度和质量。 三、正确选择模具材料及热处理
冲模材料及热处理对冲模的使用寿命的长短显得特别重要。但是,在选用冲模材料时,只有根据不同的批量和生产方式及其加工对象,才能获得较大的经济效益。 选用冲模材料时应考虑:满足冲模工作条件要求,它应具有耐磨性、强韧性、抗疲劳性等;满足工艺性能的要求,即可锻性、加工性、淬硬性、退火性等;满足经济性能要求,在满足使用性能的条件下,尽可能地降低生产成本,选用价格低廉、市场供应充足、易于购买的材料。因此,冲模材料通常选用:小件、小批选用T10、T12l小件、大批选用W18Cr4V硬质合金及钢质硬结合金;形状复杂、截面积大,批量中等工件,可选用Cr12、Cr12MoV或硬质合金镶块。
为了满足冲模的工作条件要求,延长使用寿命,便于维修,提出采用表面强化处理新技术,从而提高冲模的工作面及其刃口的耐磨性,并使模具工作面内部保持足够的强韧。这对改善冲模的综合性能,节约合金元素,大幅度降低成本,充分发挥材料的潜力以及更好地利用新材料都是十分有利的。实践证明:采用表面强化技术处理,是提高冲模制件质量和使用寿命的一个有效途径。
采用电火花强化技术,是通过火花放电作用,把一种导电材料(YT15,YT30)涂敷及渗透到另一种导电钢制模具(45钢)的表面上,从而改变冲模工作面的物理和化学等性能的一种工艺方法。为了使被强化的45钢制件模具的基体表面光洁,应将模具基体的工作表面和电极表面清洗干净,然后手握D9110强化机将电极沿模具工作表面移动,并保持一定的压力,使火花放电均匀连续。经电火花表面强化之后,其显微硬度可达AV1100~1400,甚至更高。其模具使用寿命一般可提高2~3倍,强化层在使用过程中磨损后,还可以重新进行强化。
冲模强化的部位应取在工作型面,如图1所示。图中口一1.5倍冲件料厚,6—1~3mm 。实际使用时,也可以取口等于模具刃口的高度,而端面部分不强化(b-0),这时,刃口强化后,应刃磨一次,以保持刃口的锋利,刃磨量是0.20mm左右。

当冲裁模的生产批量很大时,应选择强度高、韧性好、耐磨性好的高性能模具材料。由于凸模的工作条件比凹模更差,凸模材料的耐磨性可以选得比凹模材料更高。 四、冲模合理装配、调式和管理
制造出一副合格的冲模,除了保证模具零件的加工精度外,还必须做好装配工作。如果装配时调整不好,会造成冲模间隙不均匀,加剧冲模的磨损,同时冲出制品也不合格。
冲模在装配前应根据冲模的结构特点和技术要求,确定合理的装配顺序和装配方法。冲模装配之后,必须在生产条件下进行试冲,冲出的工件按冲压零件产品图或试样进行检查验收。如果发现不合格者,必须对冲模进行适当的调整和修理,然后再试冲,直到生产合格的冲件为止。在冲模工作一段时间后,可采用超前维修。冲模的受力只局限于刃口的附近在使用一段时间以后,刃口处会不可避免地出现不均匀磨损的磨损沟痕,如果提前维修,可避免因凸、凹模间隙不均匀而产生附加弯矩和防止磨损沟痕产生裂纹,以提高模具寿命。
五、采用模具强韧化处理和表面强化处理
采用强韧化处理和表面强化处理技术,使模具获得优良的整体强韧性能和优 异的表面硬度、耐磨性和抗粘附性能,是提高各类模具使用寿命的有效途径。
六、合理使用维护模具
冲裁模操作时应严格控制凸模进入凹模的深度,以免磨损加剧。冲模使用了一段时间后,凸、凹模刃口将不可避免地出现磨损和磨损沟痕。这时候 提前修模 ,可以减小摩擦力、预防磨损沟痕导致的裂纹,避免因磨损后凸、凹模间隙不均产生的附加弯矩,提高模具的寿命。凸、凹模再次磨削后,应用细油石对刃口仔细研磨、抛光,去除磨削毛刺、使表面粗糙度 Ra ≤ 0.10 μm,消除损伤隐患。模具存放时,上、下模应保持一定空隙,以保护刃口。在拉深凹模和被拉深板料之间必须涂上合适的润滑剂,使模具与板料不直接接触,消除粘附咬合的条件。拉深时模具与板料接触面的相对运动变为润滑剂分子之间的相对运动,可以大大减小摩擦力和摩擦热,有效地减少或防止磨损。被拉深板料的厚度、硬度、组织结构要求均匀一致;表面保持光洁无杂质、氧化皮、锈蚀, 避免模具受力不均过早磨损。模具使用后若表面粗糙度变差,要及时修磨抛光。
应选用拉深速度低 一些的拉深机床,易于被拉深金属材料的流动,减少模具表面的摩擦。双动压力机拉 深速度 较缓慢,受力比普通冲床平稳、均匀,有利于延长拉深模具的寿命。 |