高少英

（陜建集團(tuán)設(shè)備安裝工程有限公司工業(yè)公司）

    沖模是模具工業(yè)中最常使用的模具之一，從低端的機(jī)加工行業(yè)到高端的智能數(shù)控行業(yè)均有應(yīng)用。然而在實(shí)際應(yīng)用中，沖模壽命過短、產(chǎn)品成本較大及加工費(fèi)用較高是制約其發(fā)展的主要因素之一。因此通過提高沖模壽命降低沖模費(fèi)用，是降低產(chǎn)品成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文通過分析影響沖模壽命的因素，提出了提高沖模壽命的主要措施。

 

    1.沖模失效的基本類型

    沖模的重要失效形式為：模具刃口的磨損、模具刃口的崩刃、凹模或凸凹模的破裂、凸模的折斷和塑性變形。

 

    2. 影響沖模壽命的主要因素：

    ①沖件的結(jié)構(gòu)工藝性（尖角、薄壁、懸臂、尺寸公差等）。

    ②沖壓件的材料（材料、料厚、硬度、塑性、表面質(zhì)量等）。

    ③沖模的模具結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度、剛度、模具導(dǎo)向、小凸模的導(dǎo)向等）。

    ④模具材料（材質(zhì)、硬度、韌性等）。

    ⑤模具的制造（機(jī)加工工藝、熱處理工藝等）。

    ⑥沖件的生產(chǎn)操作（調(diào)模高度、壓力、速度；坯料清潔、潤滑）。

    ⑦模具的維修（合理存放、合理刃磨等）。

 

    1.審查沖件工藝性

    如果沖件工藝性較差，應(yīng)向沖件設(shè)計(jì)部門提出改善建議，沖件盡量避免尖角、懸臂、薄壁等。

 

    2.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理

    （1）無導(dǎo)向敞開式?jīng)_裁模應(yīng)予淘汰。無導(dǎo)向敞開式?jīng)_模調(diào)校困難，沖裁間隙難以保證均勻，使沖模刃口產(chǎn)生不均勻磨損，從而縮短沖模壽命。當(dāng)沖件產(chǎn)量不大，從降低成本考慮，可用導(dǎo)板式?jīng)_裁模取代敞開式?jīng)_裁模。從結(jié)構(gòu)上比較，導(dǎo)板式?jīng)_裁模比敞開式?jīng)_裁模僅增加了導(dǎo)板與限位柱，造價(jià)雖稍高，但操作安全、沖壓精度高，沖模壽命也高了許多。

 

    （2）設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)，必須采用合理的間隙、合理的壁厚。設(shè)計(jì)凸、凹模外形尺寸時(shí)，要充分考慮凸、凹模的強(qiáng)度、剛度和使用壽命。

 

    （3）對于易變形、易損件應(yīng)采用可換式結(jié)構(gòu)，多做備件。對于易損部位（比如說懸臂處）采用鑲拼結(jié)構(gòu)，鑲塊角度應(yīng)為直角或鈍角，避免銳角。鑲件應(yīng)具有良好的工藝性，便于加工、熱處理和更換。

 

    3.提高模具中凸、凹模等工件零件的材料質(zhì)量

    凸模和凹模是在連續(xù)使用中有很大沖擊的條件下工作的，工作條件及其惡劣。所以對凸、凹模的材料要求有高的硬度，好的磨性、耐沖擊性、淬透性和切削加工性。

 

    制凸、凹模的材料一般使用高碳、高鉻合金工具鋼及韌性較好的高速鋼。國內(nèi)沒有對磨具鋼進(jìn)行二次精煉，而是將冶煉好的鋼水直接澆注到錠模中凝固成鋼錠后再軋鍛，制成鋼材。因?yàn)殍T錠軋制或鍛壓成的鋼材，雜質(zhì)多、純度較差，給制造凸、凹模帶來嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。為了提高凸、凹模的使用壽命，用來制造凸、凹模的鋼材，建議進(jìn)行二次精煉。在使用Cr12等合金工具鋼軋鍛材制造凸、凹模鍛坯時(shí)，必須采用合適的鍛造比，以變向及多向反復(fù)鐓拔操作，使碳化物分布趨于均勻。

 

    4.要改進(jìn)和完善沖模制造工藝

    國內(nèi)一般采用電火花、線切割工藝制造沖模的凸、凹模。這種加工不僅在凸、凹模型面的表面上有一層有害電蝕層，而且尺寸精度和表面粗糙度不能完全達(dá)到要求。所以對于形狀規(guī)則能磨削加工的凸、凹模，應(yīng)盡量避免采用線切割和電火花加工。如果必須用電火花、線切割加工，建議在線切割或電脈沖加工后增加成型磨削、研磨、拋光等后續(xù)加工，消除有害電蝕層，提高凸、凹模尺寸精度，降低表面粗糙度值，從而提高凸、凹模的壽命。

 

    5.采用合理的熱處理工藝

    不同的加工方法應(yīng)采用不同的熱處理工藝。以Cr12MoV制作的凸、凹模為例，當(dāng)用線切割加工時(shí)，都是在加工前就淬火及回火，宜采用較高的淬火與回火溫度（建議用1020℃淬火，500℃回火）；而當(dāng)完成了凸、凹模機(jī)械加工后再淬火，為防止變形，宜采用較低溫度淬火與回火（建議用990℃淬火，200℃回火）。同時(shí)，對Cr12MoV等高碳、高鉻合金工具鋼制作的凸、凹模淬火，推薦采用預(yù)熱處理。另外，為了防止淬火開裂，減小淬火畸變，改善機(jī)械加工性能，復(fù)雜的凸、凹模在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

 

    6.進(jìn)行合適的表面強(qiáng)化處理

    對凸、凹等工件零件表面（主要是刃口和型腔表面）進(jìn)行合適的表面強(qiáng)化處理，提高耐磨層，增強(qiáng)耐磨力，從而提高沖模壽命。表面強(qiáng)化處理的方法分三類：

    ①改變基體表面化學(xué)成分的，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硫、滲金屬等。

    ②不改變基體化學(xué)成分的，如激光、電子束、真空熱處理以及低溫和超低溫處理等。

    ③基體表面形成硬化層的，包括鍍硬鉻、熱噴涂、電火花強(qiáng)化、等離子噴涂、化學(xué)沉積、熔澆法涂復(fù)、碳化鈦復(fù)層等。

    根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的表面強(qiáng)化方法，是提高沖模壽命的有效手段。

  

    7.沖壓時(shí)選擇合適的潤滑及潤滑劑

    潤滑能降低沖壓力，改變沖壓過程中工作零件與材料間的摩擦性質(zhì)，有利于金屬在型腔中的流動和沖壓件的順利出模，散發(fā)摩擦熱，減小凸、凹模磨損，從而提高沖模壽命。潤滑要有效果，就要選用合適的潤滑劑。下面提供幾種潤滑劑供參考：

 

    （1）普通沖裁用潤滑劑    一般鋼材沖裁建議用：GB443-1989  L-AN32全損耗系統(tǒng)用油100%；有色金屬板料沖裁建議用：L-AN10全損耗系統(tǒng)用油100%；不銹鋼沖裁建議用： 菜油100%.

    （2）精沖用潤滑劑   一般采用氯化石蠟100%，精沖極壓油。

    （3）拉深、彎曲及成型用潤滑劑   用于低碳鋼板拉深建議用：  GB443-1989   L-AN10全損耗系統(tǒng)用油43%、魚肝油8%、石墨15%、油酸8%、硫磺粉5%、鉀肥皂6%、水15%配方的潤滑劑；用于有色金屬板拉深建議用： 50%菜油、50%濃肥皂水配成的潤滑劑。

    以上潤滑劑都可用于彎曲與成型。

   

    8.進(jìn)行及時(shí)的刃磨

    沖裁模在使用一段時(shí)間后，刃口變鈍，沖出的沖件毛刺加大，刃口側(cè)面磨損加劇。如果對沖模及時(shí)刃磨，使刃口鋒利，不僅能減少刃口磨損，還會改善沖件質(zhì)量。實(shí)踐中，通常根據(jù)沖件毛刺高度來確定沖模刃磨的時(shí)機(jī)。提前刃磨會降低沖模刃磨受命；推遲刃磨沖模因過度磨損惡化沖件質(zhì)量，同時(shí)要加大刃磨量才能修復(fù)刃口，必然會降低沖模使用壽命。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)沖裁件毛刺達(dá)到表1所列數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行刃磨。

表1   金屬板沖裁件毛刺高度允許最大值

沖裁件料厚 t/mm	普通沖裁	精   沖
	毛刺高度/mm
～0.3	≤0.05
>0.3～0.5	≤0.08	≤0.04
>0.5～1.0	≤0.10	≤0.05
>1.0～1.5	≤0.13	≤0.06
>1.5～2.0	≤0.15	≤0.10
>2.0～3.0	≤0.20	≤0.15
>3.0～4.0	≤0.25	≤0.20
>4.0～6.0	≤0.30	≤0.25
>6.0	≤0.50	≤0.30

    沖裁模每次刃磨量大致為0.1～0.2mm。刃磨量不僅取決于刃口磨損情況，還與沖件料厚、材料種類及供應(yīng)狀態(tài)、刃磨順序有關(guān)。沖件材料強(qiáng)度大而硬，刃口磨損嚴(yán)重；沖件料厚而大，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模越深，刃口磨損面越大，刃磨量就要加大。一般情況下，首次刃磨往往比較容易且刃磨量要小些，隨著沖模的刃磨次數(shù)增加，多數(shù)非園刃口產(chǎn)生不均勻磨損，加大刃磨度，所以刃磨量也要加大。表2為沖模刃磨量的推薦值。

表2  沖模刃磨量的推薦值

沖裁件料厚 t/mm	刃磨順序
	初次刃磨	第2～10次刃磨	第11～25次刃磨
	推薦刃磨量/mm
≤0.5	<0.1	0.10	0.12～0.15
>0.5～1.0	0.10	0.12	0.15
>1.0～2.0	0.10～0.12	0.15	0.20
>2.0～4.0	0.15	0.18	0.20～0.25
>4.0～6.0	0.2	0.25	0.3
>6.0	0.25～0.3	0.3～0.4	0.5～0.6

   

    根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要提高刃磨壽命，在使用沖模中要注意以下幾點(diǎn)：

    (1)原材料沖壓前要清理其表面銹污，去除毛刺、校直扭曲與拱彎。

    (2)沖模的安裝、調(diào)校及拆卸，應(yīng)由專職調(diào)整工進(jìn)行。在安裝模具調(diào)整壓力時(shí)，壓料力和反壓力盡量取小值。

    (3)調(diào)校沖模應(yīng)嚴(yán)格控制凹模深度。對沖裁模，凸模進(jìn)入凹模深度應(yīng)小于或等于沖件料厚。

    (4)手工送料應(yīng)注意送料節(jié)奏與壓力機(jī)滑塊行程速度匹配，送料推拉力量要均勻，尤其對多工位模及薄料小尺寸沖件更應(yīng)注意，因?yàn)閾趿舷尬坏拇钸呎�小，�?qiáng)度很小，很容易引起扭曲變形而加大送料進(jìn)距誤差，或引起小沖頭變形，損壞沖模。

 

    實(shí)踐證明，改善沖件工藝性、合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)、提高模具工作零件材料質(zhì)量、采用恰當(dāng)?shù)臎_模制造工藝、采用合理的熱處理工藝、進(jìn)行合適的表面強(qiáng)化處理、沖壓時(shí)選擇合適的潤滑方式及潤滑劑、進(jìn)行及時(shí)的刃磨均能夠提高冷沖模壽命。隨著新工藝、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，為了降低模具制造成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對提高沖模壽命的方法進(jìn)行更加深入的研討。

 

1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊  機(jī)械工業(yè)出版社　1994年
2、沖模設(shè)計(jì)手冊　機(jī)械工業(yè)出版社  1988年
3、新型冷沖壓模具　國防工業(yè)出版社　1985年
4、機(jī)械工程材料手冊  機(jī)械工業(yè)出版社  1991年