提高冲裁模具使用寿命的方法.doc

提高冲裁模具使用寿命的方法杜 威摘要：对影响冲裁模使用寿命的各种因索分为模具技术状况与工作环境进行了概括，并就其中一些环节进行了分析，提出了提高模具使用寿命应采取的一些技术措施，特别是模具使用与维护时应注意的一些问题。关键词：模具；寿命；冲裁件；措施1前言 随着工业自动化程度的不断提高,模具的应用越来越广泛。但目前在我国的许多企业中,模具的使用寿命还比较低,仅相当于国外的1/ 31/ 5。模具寿命低、工作部分精度保持性差,不仅会影响产品质量,而且会造成模具材料、加工工时等成本的巨大浪费,大大增加产品的成本并降低生产效率,严重影响产品的竞争力。冲裁模具的使用寿命，系指模具因为磨损或其他形式失效不能修复(在其使用周期内一般要经过一次大修、23次中修和若干次小修)而报废之前所能加工的合格的产品数(万件)。 模具寿命与所生产产品的成木和经济效益直接相关，在一定程度上影响着企业(车间)的竞争力与可持续发展能力。模具寿命与模具设计、制造、使用和维修等环节的各种因索有关，因此，它也是反映上述环节技术与管理水平的一个综合性指标。 模具寿命的高低是一个相对指标，因为一种模具的高寿命在很大程度上意味着模具的高造价，对那此小批量生产的场合，高寿命也是一种浪费。2影响模具寿命的各种因素研究表明:模具的使用寿命与热处理不当、选材不合适、模具结构不合理、机械加工工艺不合理、模具润滑不好、设备水平差等诸多因素有关。根据对大量失效模具的分析统计,在引起模具失效的各种因素中,热处理不当约占45 % ,选材不当、模具结构不合理约占25 % , 工艺问题约占10 %;润滑问题、设备问题等因素约占20 %。因此,在模具设计和制造过程中,选用恰当的材料,合理设计模具结构,选择合理的热处理工艺,妥善安排模具各零件的加工工艺路线,改善模具的工作条件,都有利于提高模具的质量和使用寿命。2.1工艺与模具设计 (1)冲裁件的设计 模具设计的原则是保证足够的强度、刚度、同心度、对中性和合理的冲裁间隙,并减少应力集中,以保证由模具生产出来的零件符合设计要求。因此对模具的主要工作零件(如冲模的凸、凹模,注塑模的动、定模,模锻模的上、下模等) 要求其导向精度高、同心度和对中性好以及冲裁的间隙合理。冲裁件结构的工艺性直接影响冲裁工艺和模具结构，进而影响模具的设计和制造成本。因此，冲裁件的设计应当考虑冲裁工艺的约束，严格控制冲裁件外形和结构尺寸的边界极限，即孔径、孔距、圆角和搭边极限等。尽可能选择强度低和厚度小的材料，这样才能提高冲裁模的寿命。 (2)冲裁工艺过程制订在制定冲裁工艺过程时，首先构思若干可能的排样方式，择优选取。排样要考虑材料利用率，但是必须满足边界极限限制的要求，即满足料边搭边值A=1.2t(t为材料厚度)的极限值，改善模具的侧向力，减少模具磨损。根据试验，如果搭边小于正常值的50%,模具寿命将降低50%70%。特殊结构的零件必须经过验算后才能确定是否适用冲裁加工，否则无法达到模具使用的经济性。(3)模具结构模具结构包括模具几何形状、模具间隙、冲头长径比、端而倾斜角、过渡圆角半径、装配结构等等。模具结构方案和技术参数是否合理将对模具寿命起到决定性作用。模具的结构方案取决于制品形状、尺寸精度、批量等，井从模具的经济性要求出发拟定出相应的模具结构。如是短期小批量生产，则宜采用简易模具结构，如属于长期人批量生产则宜采用自动化程度高的模具结构，如复合模、级进模等。在进行模具设计时,应着重考虑的是:设计凸模时必须注意导向支撑和对中保护。特别是设计冲小孔凸模时采用自身导向结构,可延长模具寿命。对夹角、窄槽等薄弱部位,为了减少应力集中,要以圆弧过渡,圆弧半径R 可取35mm。对于结构复杂的凹模采用镶拼结构,也可减少应力集中。合理增大间隙,改善凸模工作部分的受力状态,使冲裁力、卸件力和推件力下降,凸、凹模刃口磨损减小。(4)模具的冲裁间隙冲裁模凸模和凹模之间的间隙大小及其均匀性(包括设计间隙和动态间隙)，不但对制件质量有明显影响，而且也是影响模具使用寿命的关键因素之一。间隙过大，材料会产生撕裂或在切断而周边出现人的压塌角和毛刺，毛刺高度可达数毫米，因此，冲裁件难以达到尺寸精度和断而质m:要求;间隙过小，凸、凹模刃口容易崩裂，产品断而出现反向拉拔状毛刺、二重光亮带或全光亮带，虽然冲件的尺寸精度和断而质量较好，但冲裁力明显增大，磨损加大，会使模具寿命降低。如果间隙不匀，上述现象会出现在模具的相应部位，这显然对冲件质量和模具寿命均不利。故选择合理的间隙，是获得优质产品和提高模具寿命的基础。所谓合理的间隙，实际上是在产品质量和模具寿命之问求得平衡的一种选择。在一定范围内，减小间隙对提高冲裁件精度有利，但一般会缩短模具寿命;而为提高模具寿命放人问隙又会降低冲裁件精度。根据实际情况，有两种合理问隙值可供选择:第一种合理问隙值为保证产品特殊的质m:要求，适当降低模具寿命而采用小问隙，对于中低碳钢，一般取板厚t值的5%8%;第一种合理问隙值是保证模具最高寿命，就是选择力和功耗较小的间隙，这种间隙仅保证产品一般精度，其间隙值一般取板厚t值的12%20%,厚板冲裁问隙值可取板厚t不肖值的20%30% 。合理问隙值的选取没有统一的标准，大多要根据设计经验和生产实际灵话确定。 (5)模具材料的选择及热处理 冷冲模钢的种类很多，较常用的比如T10(A)、T12( A)、9Mn2、9Mn2V、CrWMn、9 SiCr、9Cr2、Cr12、Cr12MoV等。冲裁模具选材的原则是:在保证模具(主要是指凸模、凹模)使用性能前提下，尽量选择经济实惠的材料。但为了提高模具寿命，一般选用比计算要求更高一级的材料。从经济分析来看，模具材料(凸模、凹模)的费用约占模具总费用5%8%,最高也小超过10%15%，选用高一级的材料虽然成本稍有提高，但模具寿命较原级材料提高23倍，所以综合成本还是降低的。另外在选择冲裁模具材料时，应选择加工性能好、热处理淬火时变形小、淬透性高、耐磨性好的材料。不过上述各性能之间是有一定矛盾的，所以应根据材料性质、生产量、模具形状的复杂程度、模具大小、制造技术条件和材料的采购供应环境等综合因素选取。在选择模具材料时，还要注意同一批(类)次模具的材料品种(牌号)尽量少，以便采购和热处理。从模具失效分析得知,45 %的模具失效是由于热处理不当造成的。众所周知,磨损、粘结均发生在表面,疲劳、断裂也往往从表面开始,因此对模具表面的加工质量要求非常高。但实际上由于加工痕迹的存在,热处理时表面氧化脱碳也在所难免。因而,模具的表面性能反而比基体差。采用热处理新技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。基体的强韧化在于提高基体的强度和韧性,减少断裂和变形。表面强化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。为了提高整套模具的使用总寿命而且便少维修，凸、凹模的硬度应合理匹配。如在薄板冲裁模中，凸模相对地便少制造和更换，因而凹模的硬度应略高少凸模，以防发生啃模或咬合时损坏凹模。但是对少冲裁箔材的“无问隙”冲模，或小批量冲裁薄板(钢板厚度1mm，有色金属板厚度2mm)的冲模，生产上普遍采用“半硬凹模加个硬冲头”的硬度匹配，冲头取5658HRC,凹模取3842HRC。这样，一方面可防止二者均被啃伤;另一方而，当凹模损伤或磨钝后，可采用锤击凹模刃曰的方法修复凹模尺寸。2.2坏料锻造 模具材料多为高碳、高合金钢，不同程度地存在成分偏析、组织偏析、碳化物偏析等缺陷，小能自接用于制模。同时，所用原材料的形状及尺寸很难与模块相符，锻造是模块获得所需内部组织和使用性能以及减少机械加工量必不可少的手段。 模具钢一般导热性较差，加热速度必须缓慢均匀，人的锻件一般采用预热加热或以阶梯加热方式控制加热速度，钢件在炉膛内的位置要适当，有时还要反复翻转，以使受热尽量均匀。 为最人限度地打碎和均匀碳化物，需采取墩粗+拔长且反复多次的变形工艺，墩粗压缩比取1,最后像揉而团一样，上下、前后、左右翻动，六而揉锻，使其内部变形充分且均匀。 坯料锻后均应缓慢冷却，随炉缓慢冷却或在热灰箱中冷却。但对于Cr12等莱氏体钢，锻后若采用缓慢冷却，易在晶界上析出网状碳化物，从而影响毛坏质量，故一般应先快冷(空冷、风冷)至700左右，然后进行坑冷或入炉缓冷。 锻件应尽量减少锻造火次，以控制坯料的氧化与脱碳。2.3冲压设备特性 （1）设备的精度与刚度模具完成对工件成形的力由设备提供，设备各部位因受到反作用力而产生弹性变形。设备运动部分的导向精度高，上、下模不易错移，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。设备成形过程中的弹性变形，在成形结束的瞬间随着作用力的消失而释放，造成上、下模的瞬间抖动。设备刚度愈差，弹性变形量愈大，抖动愈剧烈，对寿命的影响愈大。 ( 2)设备运行速度。运行速度愈高，模具在单位时间内所受冲击力愈大，时间愈短，冲击能量愈来小及传递及释放，易集中于局部，造成局部应力超过模具材料的屈服强度或断裂韧度，使模具断裂或因朔性变形而失效。在行程次数较高的设备上使用的模具，应采用自动送料装置和级进模结构形式。3模具管理环节对其寿命的影响3.1模具的维护 模具安装在相应设备上服役之前、服役之后及服役间隙停顿时的维护称为现场维护，现场维护对热作模具尤为重要。模具的现场维护包括模具工作过程中的清屑、润滑、设备检查(如导轨问隙等)以及停工后的刃口、间隙观察，联结螺钉(栓)的检查，易损件的更换等。 模具的非现场维护是指模具从设备上拆下来的维护、保养，包括超前检查、焊补、修磨等内容。实践证明，精心维护和保养的模具寿命远远高于保养小当或小保养的模具。因此，模具的正常维护与保养是模具使用过程中的一个重要环节。3.2模具的使用与保养模具的正确使用和妥善保养、维修是延长模具寿命的一项重要措施。模具保养时应考虑以下环节：模具导向零件定期加油润滑，刃口和拉深凹模定期加油润滑，及时清理废料，保持模具清洁，定期检查模具的弹簧、橡胶及导向件是否损坏或失效，必要时进行更换。模具在使用时应注意以下方面：(1)模具装拆时要保证上模平衡升降，防止上模过度倾斜导致导套破裂；(2)装、拆卸弹性卸料板时，应交替拧紧或放松卸料螺钉，保证卸料板平衡上升和下降； (3)模具零件拆卸时，应留意原来的状况，做好标记便于装模时复位； (4)更换凸模时，应先将凸模放入凹模，检查它们的配合间隙是否合适; (5)模具多次拆装后，定位销孔可能因磨损变大，使冲裁间隙小均，可用移位的方式来调整; (6)更换弹簧和橡胶时，应确认其尺寸和压缩量是否合适