論沖壓板具設計制造與模具壽命的關系

一、前言
    汽車工業一天天在加大輕、徽、轎車的產量，因而對模具和鍛件等的精度提出了更高的要求.在生產過程中，提高模具壽命是一個復雜的綜合性間題。所有鍛壓工藝，特別是凈形和近似凈形加工工藝，在很大程度上取決于模具的精度和品質，取決于模具的技術水平.模具技術反映在模具設計和制造上，而模具壽命除與上述兩個環節有關外，還與使用環節有關。
    提高模具壽命有極大的經濟效益，一般在試生產階段模具工裝費用占生產成本的25%左右，而定型生產時僅為10%。
    模具的早期失效形式，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌、飛邊遭橋部龜裂、模腔底部發生裂紋。影響模具壽命的因素較多，涉及面廣，模具設計是模具壽命的基礎。模具設計環節是指模具的結構設計、成形模腔設計和確定模具鋼種、模具硬度等.模具制造環節是指制模工藝、熱處理規范和表面處理技術等.本文僅從模具設計和模具制造兩個方面探討提高模具壽命的措施。
二、合理設計精密體積成形件
    模鍛件應盡量避免帶小孔、窄槽、夾角，形狀要盡量對稱，即使不能做到軸對稱，也希望達到上、下對稱或左、右對稱.要設計拔模斜度，避免應力集中和模鍛單位壓力增大，克服偏心受載和模具磨損不均等缺陷.
    對于鍛模模腔邊緣和底部圓角半徑R，設計時應從保證鍛件型腔容易充滿的前提下盡可能放大.若圓角半徑過小，模腔邊緣很容易在高溫高壓下堆塌，嚴重者會形成倒錐，影響模鍛件出模。如底部圓角半徑R過小而又不是光滑過渡，則容易產生裂紋且會不斷擴大。
    設計模具時應充分利用CAD系統功能對產品進行二維和三維設計，保證產品原始信息的統一性和精確性，避免人為因素造成的錯誤，提高模具的設計質量。產品三維立體的造型過程以在鍛造前全面反映出產品的外部形狀，及時發現原始設計中可能存在的間題，同時根據產品信息，用電腦設計出加工模具型腔的電極，為后續模具加工做好準備.
    采用CAM技術可以將設計的電極精確地按指定方式生產。采用數控銑床(或加工中心)加工電極，可保證電極的加工精度，減小試模時間，減少模具的廢品率和返修率，減少鉗工勞動量。
    對于一些外形復雜，精度要求高的鍛件，靠模具鉗工采用常規模具制造方法保證某些外形尺寸而采用CAD/CAM技術可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描述，確定合理的分模面，保證合模精度，從模具制造這一環節確保產品精度.
    CAD/CAM/CAE技術可以進行有限元分析，對關鍵部位的尺寸設計是否合理可以提供修改依據，從而在為客戶提供高質量鍛件的同時，也為客戶的設計提供了依據，加強了與客戶的合作。
    成形是模鍛過程中最重要的工步，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的，模鍛過程中要全面考慮各種因素，尤其是對生產中可能發生的或已暴眼出的間題，在模具設計時應采取措施減輕后續工序的加工難度。按照這一原則在預防為減少模鍛件開裂與變形，提高鍛件合格率方面，可以有針對性地采取一些對策和措施。如鍛件的某些部位在切邊和沖孔時易變形而影響產品質量時，可在鍛模設計上適當增加相應變形部位的加工余盆予以補償，這一點對于切邊時鍛件變形大的薄法蘭更為重要.對一些帶有桿部且桿部直徑相對較小的鍛件，在切邊和熱處理過程中會產生有規律的幾何變形，而用冷校正方式無法或難以校直.如某廠生產的TS60曲軸，可根據實踐經驗和統計數據預先冷中心線在一定范圍內變形方向反向偏移一定的預補反變形量.
三、合理設計鍛壓工藝
    目前，一般企業無健全的工藝試驗室，缺乏工藝試驗條件客觀上要求工藝方案必須正確，一次成功。尤其步人市場經濟后，企業負責人要求鍛造技術人員只能成功，不許失敗，這就要工藝設計人員帶來了較大的困難，要求工藝人員要具有較高水平，但即使具有豐富實踐經驗的工藝人員也難免會感到棘手而且失誤就會造成較大損失。
    對于切邊時存在容易撕裂部分的鍛件可在設計飛邊槽時有意減薄薄弱部分飛邊橋部的高度，以降低切飛邊時此處的切是厚度。如S195連桿，材料為45鋼，鍛后冷切邊，大頭搭子部位由于截面形狀小、料薄，在切邊時經常出現搭子及附近筋部撕裂廢品率高。若改為鍛后余熱切邊則可提高切邊質量，但由于切工受模鍛生產節拍的限制，效率低.而在設計鍛模時減薄此處飛工橋的高度，減少此處飛邊沖裁力，可以大大減少切邊撕裂.
    對于冷擠壓工藝，必須最大程度地軟化毛坯及減少變形時的磨擦力，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的合理分配。
    一般低碳鋼、碳鋼及低碳合金鋼的軟化退火工藝為:加熱至760°C保溫4h,以20°C八的冷卻速度冷到680℃保溫3h，再20°C /h的冷卻速度冷卻到640℃后隨爐冷卻到350℃出爐.預度一般可達125~155HB。
    含碳量小于0.2%的碳鋼，鋼材經退火后硬度可小于120HB,鋼材經軟化退火后再經滾光、酸洗、磷化、皂化后再涂步油拌MoS2潤滑，可降低變形負載，有效減少凸模、壓模圈、接引體的斷裂失效。
    采用多工序小變形的冷擠壓方法能有效地降低模具承受合單位擠壓力，工序間坯料可不進行軟化處理，使模具壽命得以至長.國內某些廠家在擠壓生產時貪圖一時之便，減少擠壓工序雖然也能把樣品(或產品)做出，但模具負荷太大，容易出現斷紹失效.這種急功近利的做法是我國冷擠壓工藝曾經一轟而起未能迅猛發展的主要技術原因之一。
    采用鍛模CAE軟件，可以分析材料的流動情況、磨擦阻力以及材料的充腔滋料情況，幫助設計人員有效理地進行工芝設計。
四、合理的摸具結構設計
    模具結構設計主要考慮導向精度合理、沖裁間隙恰當、剛性好，還要考慮盡量采用組合式模具。模架應有良好的剛性，不要僅僅滿足強度要求，模板不宜太薄，在可能的情況下盡量增厚甚至增厚5000。多工位模具不宜僅用2根導柱導向，應盡量彬到4根導柱導向，這樣導向性能好.因為增加了剛度，保證了凸，凹模間隙均勻，確保凸模和凹模不會發生碰切現象。
   浮動模柄可避免壓力機對模具導向精度的不良影響。凸模應夾緊可靠，裝配時要檢查凸�；虬寄５妮S線對水平面的垂直度以及上下底面之間的平行度.
    在冷擠壓時，凸模和凹模的硬度要合適，要充分發揮強韌化處理對延長壽命的潛力.如W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓凸模，當硬度時可正常使用，壽命為3000~3500件。但如果憑經驗認為硬度低、塑性好，壽命一定延長時就會大失所望，當硬度為57~58HRC擠壓工件時，凸模的工作帶會徽粗.某廠檢測擠壓第1件以后凸模的工作帶尺寸發現，徽粗增大量為0. 0l ~0.04mm.
    對子熱擠凹模就不能套用冷擠摸的經驗，當把3Cr2W8V鋼熱擠凹模的硬度值從>40HRC降到37~38HRC時，使用壽命從1000-2000次提高到6000-8000次。
    根據經驗，不同的鍛壓設備上的模鍛對鍛模的硬度要求不盡相同，即使在同一種鍛壓設備上的模鍛，鍛不同的產品對模具的硬度要求也不相同。
    在鍛件飛邊切除時，凸模底要盡量與鍛件的上側表面相吻合.如鋼絲鉗模鍛件熱切飛邊時，切飛邊凸模底部的凹形要與鋼絲鉗柄部的弧形相吻合，否則在切飛邊過程中，切飛邊凸模易使鍛件向一側翻轉，使凸模凹模損壞。一般情況下，沖裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命。
五、合理選擇模具材料
    根據模具的工作條件、生產批量以及材料本身的強韌性能來選擇模具用材，應盡可能選用品質好的鋼材.據有關資料介紹，模具的制造費較高，而材料費用一般僅是模具價格的6%-20%.
    對模具材料要進行質量檢測，棋塊要符合供貨協議要求，模塊的化學成份要符合國際上的有關規定。只有在確信模塊合格的情況下，才能鍛造.大型模塊(100kg以上)采用電渣重熔鋼H,:時要確保內部質童，避免可能出現的成份偏析、雜質超標等內部缺陷。要采用超聲波探傷等無損檢測技術檢查，確保每件鍛件內部質量良好，避免可能出現的冶金缺陷，將廢品及早剔除。
六、合理制定棋具桐的鍛造規范
    根據碳化物偏析對模具壽命的影響，必須限制碳化物的不均勻度，對精密模具和負荷大的細長凸模，必須選用韌性好強度高的模具鋼，碳化物不均勻度應控制為不大于3級.Cr12鋼碳化物不均勻度3級要比5級耐用度提高1倍以上。滾絲模的碳化物不均勻度為5~6級時最多滾絲2000件，而碳化物不均勻度
    提高到1 ~2級時可滾絲550000件。如果碳化物偏析嚴重，可能引起過熱、過燒、開裂、崩刃、塌陷、拉斷等早期失效現象。帶狀、網狀、大順粒和大塊堆集的破化物使制成的模具性能呈各向異性，橫向的強度低，塑性也差。
    總之，沖壓模具設計制造與模具的壽命是有很多密切關系的.作者這里提供幾條措施，還望更多學者參與研究.