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提高沖壓模具工作耐用度
發(fā)布時(shí)間：
2020-07-21
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沖壓模具是沖壓生產(chǎn)中的重要工藝設(shè)備，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約原材料、體現(xiàn)模制品技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的有效手段。沖模的耐用度凸模與凹模在工作一段時(shí)間之后，由于經(jīng)常磨損而失去了工作尺寸，再也不能滿足零件的技術(shù)條件情況下，根據(jù)沖模根據(jù)沖模所沖制的零件總數(shù)決定的。一副沖模從設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、裝配、調(diào)整到安裝使用，工序多，周期長，加工費(fèi)用高，因此，對(duì)于沖模除了要求生產(chǎn)效率高、所沖出零件完全符合質(zhì)量要求和技術(shù)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(xiàn)象緊密聯(lián)系的，沖模工作的失效現(xiàn)象是沖模在使用過程中由于結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和沖模零部件的材料組織性能發(fā)生變化而失去原設(shè)計(jì)的效能。沖模在結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重缺陷而不能繼續(xù)使用或雖能工作但已不能完成指定的功能時(shí)，就可以認(rèn)為已失效。失效現(xiàn)象出現(xiàn)的越遲，沖模的耐用度就越高。
沖模耐用度高低，在生產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)中沖模的失效現(xiàn)象相當(dāng)頻繁，沖模消耗量大。因此，分析沖模失效原因，采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(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)受摩擦、震動(dòng)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，零件的磨損趨于平緩，這時(shí)沖模處于最佳的技術(shù)狀態(tài)，生產(chǎn)效率呈現(xiàn)出最好的水平，產(chǎn)品的質(zhì)量最有保證;過了正常磨損期零件磨損超過一定限度，正常磨損關(guān)系被破壞，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(shí)維修或更換磨損件，沖模會(huì)產(chǎn)生事故、失去功能，以致報(bào)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(dǎo)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(huì)因產(chǎn)生裂紋、剝落而引起突然斷裂，還會(huì)因疲勞破壞及應(yīng)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于反復(fù)加熱和冷卻狀態(tài)，使其表面受到拉、壓交變應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的影響
沖模結(jié)構(gòu)是影響沖模耐用度的關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)不合理容易造成剛性差和壁厚分布不均勻，以及表面缺陷(如表面氧化、脫碳、裂痕、疤痕)都會(huì)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(nèi)部產(chǎn)生裂紋，引起脆性斷裂，在進(jìn)一步的熱處理和使用中，該裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展而引起沖模開裂。鋼材在進(jìn)行熱加工和退火時(shí)，再機(jī)加工后有時(shí)仍殘留脫碳層，由于內(nèi)外層組織不同，造成熱處理冷卻速度不一致，產(chǎn)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(dǎo)致淬火時(shí)常常出現(xiàn)沿著帶狀碳化物分布的裂紋，沖模在使用過程中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，造成沖模開裂。
3、沖模機(jī)械加工的影響
沖模的型腔部分或沖頭的圓角部分，在機(jī)械加工中常常因進(jìn)刀太深而留下刀痕，造成應(yīng)力集中，淬火時(shí)相應(yīng)部位的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致沖模開裂。電加工時(shí)，沖模被加熱到高溫度，使組織發(fā)生變化，即電加工異常層受到交變應(yīng)力的反復(fù)作用，微裂紋變成大裂紋，導(dǎo)致沖模開裂而報(bào)廢。研磨加工會(huì)導(dǎo)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(yán)重，或由于熱應(yīng)力而產(chǎn)生磨削裂紋，最后導(dǎo)致沖模早期失效。
4、沖模熱處理規(guī)范的影響
沖模在機(jī)械加工后都應(yīng)進(jìn)行淬火、回火等熱處理。加熱溫度的高低、時(shí)間的長短、冷卻速度的大小、保護(hù)氣氛等工藝參數(shù)選擇不當(dāng)都會(huì)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(dǎo)熱性差，加熱的速度不能太快。
當(dāng)發(fā)生氧化時(shí)，沖模表面易劃傷，尺寸變小，使用易產(chǎn)生早期疲勞裂紋，當(dāng)造成脫碳時(shí)，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(xiàn)出脆性，因而沖模的使用中常常出現(xiàn)裂紋、崩刀、折斷等事故，相反，淬火溫度過低，鋼的抗壓強(qiáng)度也低，沖頭易出現(xiàn)鼓行而失效。對(duì)于不同的沖模材料，應(yīng)根據(jù)所要求的組織形態(tài)，選用不同的冷卻速度，對(duì)于高合金鋼，由于含有較多的合金元素，淬火性較低，可以采用油冷、空冷，甚至等溫淬火、分級(jí)淬火等工藝。沖模表面的強(qiáng)化處理也是提高沖模使用壽命的一個(gè)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(dāng)強(qiáng)化工藝控制不嚴(yán)格或強(qiáng)化方法選擇不當(dāng)時(shí)，就不可能獲得預(yù)期效果，反而導(dǎo)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(bǔ)焊、預(yù)熱溫度及設(shè)備情況等都對(duì)沖模的耐用度有很大影響。 必須嚴(yán)格控制，正確使用，才能發(fā)揮沖模材料的性能而獲得較高的沖模壽命，其中補(bǔ)焊時(shí)焊接處容易出現(xiàn)裂紋，由于拉、壓交變應(yīng)力的作用，裂紋擴(kuò)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(tài)，溫度對(duì)鋼的耐磨性有相當(dāng)大的影響。通常在250度以下時(shí)主要為氧化磨損，即沖模對(duì)接件或沖模與工件之間相對(duì)摩擦，形成氧化膜并反復(fù)形成和剝落，磨損量較小;250度到300度之間時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎持p，磨損量達(dá)到最大值;高于300度又轉(zhuǎn)化為氧化磨損為主，磨損量趨向減小，但溫度過高時(shí)，沖模硬度明顯下降，粘著現(xiàn)象加重，甚至形成較大面積燒結(jié)和熔融磨損。
三、提高沖模耐用度的途徑
1、改進(jìn)沖模的設(shè)計(jì)
沖模設(shè)計(jì)是否合理是提高沖模耐用度的基礎(chǔ)。因此，在設(shè)計(jì)沖模時(shí)應(yīng)對(duì)產(chǎn)品成形中的不利條件采取有效措施，以提高沖模的耐用度，如設(shè)計(jì)小孔沖模的壽命往往表現(xiàn)在沖小孔的凸模上。對(duì)于這類沖模，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使細(xì)小的凸模盡量縮短其長度，以增加強(qiáng)度，同時(shí)，還應(yīng)采用導(dǎo)向套的方法加強(qiáng)細(xì)小凸模進(jìn)行保護(hù)。此外，在沖模設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮到模架的形式、凸凹模的固定方法和導(dǎo)向形式、壓力中心的確定及上、下模板的剛性等因素。特別對(duì)于沖裁模來說，選取間隙值對(duì)耐用度有很大的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，沖模的間隙要選擇合理，其間隙值不能太小，否則會(huì)影響沖模的使用壽命和耐用度。實(shí)踐證明，在不影響沖壓件質(zhì)量的情況下，適當(dāng)放大間隙可大大提高沖模的耐用度，有時(shí)甚至提高幾倍及幾十倍。