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提高冲压模具工作耐用度的措施
) W7 T( P* f6 [$ I$ h作者：辽东学院 杨春青" l9 x. i( o! Q/ ~% x5 |) G: G
冲压模具是冲压生产中的重要工艺设备，是提高产品质量、节约原材料、体现模制品技术经济性的有效手段。冲模的耐用度凸模与凹模在工作一段时间之后，由于经常磨损而失去了工作尺寸，再也不能满足零件的技术条件情况下，根据冲模根据冲模所冲制的零件总数决定的。一副冲模从设计、机械加工、装配、调整到安装使用，工序多，周期长，加工费用高，因此，对于冲模除了要求生产效率高、所冲出零件完全符合质量要求和技术条件外，冲模本身的耐用度也是很重要的。
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冲模耐用度是和冲模的工作失效现象紧密联系的，冲模工作的失效现象是冲模在使用过程中由于结构形状、尺寸和冲模零部件的材料组织性能发生变化而失去原设计的效能。冲模在结构有严重缺陷而不能继续使用或虽能工作但已不能完成指定的功能时，就可以认为已失效。失效现象出现的越迟，冲模的耐用度就越高。
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冲模耐用度高低，在生产中有很重要的意义。冲模的耐用度越高，冲模的使用寿命就越长，零件的成本也就越低。
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/ m4 ?7 F0 T( \ P, m2 I一、冲模的失效形式 . Y! s/ h8 f0 N: H9 `
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实际生产中冲模的失效现象相当频繁，冲模消耗量大。因此，分析冲模失效原因，采用各种有效措施防止冲模早期失效，提高冲模耐用度。 - V/ l) b+ u& J$ Y7 f! h- }
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1、磨损失效 * l" M6 ~* V5 E5 b
) D: t9 d# B% ]$ T* S冲模的工作部分应具有较高的耐磨性。磨损失效是冲模在使用过程中，零部件之间或冲模与工件之间相对运动受摩擦、震动或高温疲劳龟裂剥落而磨损甚至损坏。初期部分零件表面粗糙不平部分被迅速磨去，因此磨损速度很快；正常磨损阶段，零件的磨损趋于平缓，这时冲模处于最佳的技术状态，生产效率呈现出最好的水平，产品的质量最有保证；过了正常磨损期零件磨损超过一定限度，正常磨损关系被破坏，接触情况恶化，磨损速度加快，冲模工作性能也迅速下降，如果不及时维修或更换磨损件，冲模会产生事故、失去功能，以致报废。
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% p4 [8 f4 X; M7 s G1 o, `& D2、变形失效 ' k9 [- @! ]% r o ~4 n
; {! C# V7 S7 k+ G4 Z. o0 p2 k8 {变形失效包括过量的弹性变形或塑性变形、高温蠕变等。冲模在使用过程中，因各种载荷及交变温度的影响，以及材料本身的性能变化，造成刚性和韧性不足，导致冲模不能正常工作而失效。
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3、脆裂失效
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8 k J4 E" `0 @2 M4 W# `- `冲模在较为恶劣的条件下工作，受到各种载荷的作用，会因产生裂纹、剥落而引起突然断裂，还会因疲劳破坏及应力腐蚀破裂等而失效，故冲模常要求有较高的韧性。有些冲模在工作过程中处于反复加热和冷却状态，使其表面受到拉、压交变应力的作用，引起表面脆裂和剥落，增大摩擦阻力，阻碍工件的塑性变形，以致冲模失效。这种因热疲劳而脆裂是冲模失效的主要形式之一。
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二、影响冲模耐用度的原因 8 o& t9 z9 N: u3 ], g* ^# N
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1、结构设计不合理的影响 * ~2 ?# }, A2 J/ |) w5 }- J
4 E3 @8 e8 C2 S冲模结构是影响冲模耐用度的关键，结构不合理容易造成刚性差和壁厚分布不均匀，以及表面缺陷（如表面氧化、脱碳、裂痕、疤痕）都会影响材料的性能，造成冲模的早期失效。 " J3 s. w. }# _* b/ T. ^+ x
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2、冲模材料选择的影响 4 x7 h1 |8 ^5 `4 e9 D2 {4 d
U) ]7 Y* U- B3 g2 F选择合适的冲模材料可以防止冲模早期失效。夹杂物使冲模内部产生裂纹，引起脆性断裂，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步扩展而引起冲模开裂。钢材在进行热加工和退火时，再机加工后有时仍残留脱碳层，由于内外层组织不同，造成热处理冷却速度不一致，产生裂纹，引起冲模开裂。含有较高的炭和合金元素，有较多的共晶化合物，导致淬火时常常出现沿着带状碳化物分布的裂纹，冲模在使用过程中裂纹进一步扩展，造成冲模开裂。 ) A+ ]3 c. z! U. I' K+ a- z6 B2 o
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3、冲模机械加工的影响
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冲模的型腔部分或冲头的圆角部分，在机械加工中常常因进刀太深而留下刀痕，造成应力集中，淬火时相应部位的裂纹进一步扩展，导致冲模开裂。电加工时，冲模被加热到高温度，使组织发生变化，即电加工异常层受到交变应力的反复作用，微裂纹变成大裂纹，导致冲模开裂而报废。研磨加工会导致研削表面过热，或引起表面软化，硬度降低，使冲模在使用中因磨损严重，或由于热应力而产生磨削裂纹，最后导致冲模早期失效。
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4、冲模热处理规范的影响
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9 U( e4 z4 g: y1 a0 r `冲模在机械加工后都应进行淬火、回火等热处理。加热温度的高低、时间的长短、冷却速度的大小、保护气氛等工艺参数选择不当都会影响冲模的耐用度。模具钢中含有较多的炭和较多的合金元素，导热性差，加热的速度不能太快。
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当发生氧化时，冲模表面易划伤，尺寸变小，使用易产生早期疲劳裂纹，当造成脱碳时，表面硬度显著降低，造成早期磨损；淬火温度过高，易造成晶粒长大，使钢呈现出脆性，因而冲模的使用中常常出现裂纹、崩刀、折断等事故，相反，淬火温度过低，钢的抗压强度也低，冲头易出现鼓行而失效。对于不同的冲模材料，应根据所要求的组织形态，选用不同的冷却速度，对于高合金钢，由于含有较多的合金元素，淬火性较低，可以采用油冷、空冷，甚至等温淬火、分级淬火等工艺。冲模表面的强化处理也是提高冲模使用寿命的一个很重要途径，氮化、渗硼、渗碳以及镀铬等都具有一定的效果，当强化工艺控制不严格或强化方法选择不当时，就不可能获得预期效果，反而导致冲模的早期失效。
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5、各种操作条件 , y2 E0 H) N h8 ~7 Z6 o
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如锻打温度、润滑剂及润滑方法、冷却速度、补焊、预热温度及设备情况等都对冲模的耐用度有很大影响。 必须严格控制，正确使用，才能发挥冲模材料的性能而获得较高的冲模寿命，其中补焊时焊接处容易出现裂纹，由于拉、压交变应力的作用，裂纹扩展使冲模使用寿命缩短。
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6、冲模工作温度的影响 2 R1 G2 i6 J: `' n" _
. u' I2 F; w) D' g/ c( R冲模的工作温度可分为低温、常温或交变温度等几种状态，温度对钢的耐磨性有相当大的影响。通常在250度以下时主要为氧化磨损，即冲模对接件或冲模与工件之间相对摩擦，形成氧化膜并反复形成和剥落，磨损量较小；250度到300度之间时转变为粘着磨损，磨损量达到最大值；高于300度又转化为氧化磨损为主，磨损量趋向减小，但温度过高时，冲模硬度明显下降，粘着现象加重，甚至形成较大面积烧结和熔融磨损。 " y+ f9 ~7 Q% i- C
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三、提高冲模耐用度的途径 5 {- l6 a$ _ l) d, Z" i
' y, _: u. x3 v: U0 o/ i$ @1 v1、改进冲模的设计
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+ {" x6 A0 ?) K! Y" Q8 o# P冲模设计是否合理是提高冲模耐用度的基础。因此，在设计冲模时应对产品成形中的不利条件采取有效措施，以提高冲模的耐用度，如设计小孔冲模的寿命往往表现在冲小孔的凸模上。对于这类冲模，在设计时应使细小的凸模尽量缩短其长度，以增加强度，同时，还应采用导向套的方法加强细小凸模进行保护。此外，在冲模设计上，应充分考虑到模架的形式、凸凹模的固定方法和导向形式、压力中心的确定及上、下模板的刚性等因素。特别对于冲裁模来说，选取间隙值对耐用度有很大的影响。在设计时，冲模的间隙要选择合理，其间隙值不能太小，否则会影响冲模的使用寿命和耐用度。实践证明，在不影响冲压件质量的情况下，适当放大间隙可大大提高冲模的耐用度，有时甚至提高几倍及几十倍。
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2 r& `4 }+ s2 S, j8 L2、正确选择冲模材料 2 _. d4 K# \* _5 x
* I0 g) Z1 a" A% W. {4 z @不同的冲模材料具有不同的强度、韧性和耐磨性。在一定的条件下使用高级材料就能使耐用度提高好几倍。如用T10A钢制成的电度表磁极冲片冲模，就比用Cr12及Cr12 MoV制成的同类冲模的一次刃磨寿命低的多。而利用G35碳化钛钢硬质合金平均每次刃磨寿命又要比Cr12钢冲模又提高5-10倍，而采用钨钴类硬质合金作为同类凸、凹模材料，又要比Cr12钢提高20-30倍。因此，为提高冲模的耐用度必须要选择好的材料。 + ?+ x( O* E- U0 [ R4 q d9 A
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3、合理地进行冲模零件的锻造及热处理 ) u4 @ W8 C. V/ P6 D
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在选择优质冲模材料的同时，对于同材质和不同性质的材料要求进行合理的锻造和热处理，是提高冲模耐用度的主要途径之一。例如，淬火时，若在加热时生产过热，不但会使此工件脆性过大，而且在冷却时容易引起变形和开裂，使耐用度降低。因此在制造冲模时，必须合理的掌握热处理工艺。
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4、合理的安排冲模制造工艺及保证加工精度 5 A8 i" h/ v1 _8 K: y: c2 d
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冲模的加工精度对冲模的耐用度影响很大。如在冲裁模中由于装配间隙不均匀，在剪切力作用下常会使凹模啃坏而影响冲模寿命。同时，冲模表面光洁度过低，也会使冲模的耐用度降低。因此，在加工时必须要对孔距大小、装配时凸模对固定板支撑面的垂直度、冲模间距的均匀和导套、导柱的导向精度等级给于充分注意。制造与装配精度越高及工作部分表面粗糙度等级越高，冲模的耐用度就越高。 K5 Q2 Q" C8 f" c# @5 x
8 W p* Y: x/ a1 \) n+ a5、正确选择压力机 1 B3 ?& B& ]. R1 n5 l
" D, i$ [7 Y" W. Z为了提高冲模的耐用度，应选取精度较高及刚性较高的压力机，并使其冲压吨位大于冲压力百分之三十以上。
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# ]) y/ z j9 V0 k! t6、合理的使用及维护冲模
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; G8 a% D: G4 v" R/ A* C# W为了提高冲模耐用度，操作者必须合理的使用及维护冲模，对冲模应经常进行维修，以防止冲模带病工作。 |
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发表于 2008-1-26 19:54:21
