浅谈延长冷冲模使用寿命的若干措施
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作者: 李振
【摘要】模具在日常生产使用过程中，经常出现磨损或其他形式失效，甚至达到不可修复报废的程度。主要针对模具在日常生产使用过程中常见的失效形式进行分析，提出一些合理的改进措施，从而来延长模具的使用寿命。
【关键词】冷冲模 失效形式 措施
一、冲压模具常见的失效形式
1、断裂失效
冷冲裁模具的工作载荷较大，为了获得高耐磨性和高寿命，往往提高强度，使硬度大多在60HRC以上，这样会导致模具韧性低、缺口敏感性大，模具在使用中突然出现裂纹或发生破损而失效。破损多发生在受力最大的工作部位，或截面变化应力集中之外。当模具本身存在带状或网状碳化物、晶粒粗大、表面磨削烧伤、粗糙刀痕、回火不足等缺陷时，或在工作时由于操作不当而发生过载，都容易使模具发生早期脆断失效。
2、疲劳失效
冷冲模具的载荷都是一定的能量下、以一定的冲击速度周期性地施加的多次冲击载荷。疲劳断裂失效主要是循环应力作用所造成，其断裂过程比上述的脆断要缓慢得多，其寿命在5000～10000次以上。对于高硬度的脆性材料，在应变应力下萌生O.1mm的微裂纹，即可引起快速失稳扩展而导致瞬间断裂，疲劳裂纹的萌生期就是模具寿命周期的绝大部分，冲击疲劳萌生0.1mm的微裂纹，时间约模具总寿命的90％以上。
3、磨损失效
模具在冲击应力和摩擦应力的作用下，摩擦面上微观不平处互相咬合，并不断产生微观塑性变形，在晶界和滑移面交汇处引起应力集中，最后与基体分离成磨屑，从而使磨损量随着冲压次数的增加而增多。冷冲模的磨损主要是咬合磨损，也可能因刃口上存在表面剥落的碎屑而产生磨料磨损。而非均匀的局部磨损，往往是由于外来粒子、碳化物及磨损中形成的硬质点引起的磨料磨损。冷冲裁模具在工作中频繁地受到冲击载荷和由于不断切割材料而承受摩擦磨损是其主要失效形式。
4、塑性变形
在模具冲压使用过程中，由于工作载荷大、模具硬度偏低而发生型面变形，冲头由于材料抗压或抗弯强度不足而出现镦粗、下陷、弯曲变形失去原有的几何形状而报废。当淬火温度过低，使碳化物在基体中的溶解量不足、钢材淬透性降低，淬火后硬度偏低，不仅模具的耐磨性差，而且抗压强度也低，在受到大载荷冲击压力后，冲头就会出现鼓胀，模具型腔增大，从而导致模具失效。
二、延长冷冲模使用寿命的相对措施
1、合理设计模具
在保证冲裁工件质量的前提下，冲裁模具应尽可能选用适当的冲裁间隙，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两倍到四倍，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。
2、模具材料的选择
模具材料的性能，影响各种模具材料的硬度、耐磨性、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。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。
3、提高模具制造加工质量
模具工作零件加上表面质量的优劣对于模具的耐磨性、抗断裂能力及抗粘着能力等有着十分密切的关系，直接影响模具的使用寿命。尤其是表面粗糙度值对模具寿命影响很大，若表面粗糙度值过大，在工作时会产生应力集中现象，并在其峰、谷问容易产生裂纹，影响冲模的耐用度，还会影响工件表面的耐蚀性，直接影响冲模的使用寿命和精度所以，模具在制造加工过程中，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。
4、注意被加工材料的质量
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Crl2MoV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。
5、选用合理的冲压设备
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。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、下模问的冲击振动，即所谓“失重插入”现象，这也加剧了模具的磨损。所以精度高、刚性好的冲压设备，能对冷冲模的使用寿命有着大幅度的提高。
6、冲裁与润滑
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。
7、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。而凸、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≤0.10Ix m，来消除损伤隐患。在模具存放时，应上下模保持一定空隙，以保护刃口。
三、结束语
冲压生产效率和成本对模具的依赖性很大。只有在模具设计、制造、生产、维护等诸多环节不断的改革创新，才能更好的延长冷冲模具的使用寿命、减少停产修模时间、缩短生产周期、保证冲压生产的正常进行，为企业创造更多的经济利益。
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