模具經安裝調試后,可以正常生產合格的工件,這一過程稱為模具的服役。 一般情況下,我們總是希望模具能有足夠長的服役 期限,以滿足生產實際的需要。 但是模具在制造過程中可能會產生某些缺陷,或者在服役過程中逐漸出現了某些缺陷,如微裂紋、輕度磨損、變形等等,在此狀況下模具雖有隱患但仍能繼續工作,這種雖有缺陷但未喪失服役力的狀態稱為模具的損傷。
模具因某種原因損壞,或者模具損傷積累至一定程度導致模具損壞,無法繼續服役,稱為模具的失效。 在生產中,凡模具的主要工作部件損壞,不能繼續沖壓出合格的工件時,即認為模具失效。 沖壓模具的失效形式一般為塑性變形、磨損、斷裂或開裂、金屬疲勞及腐蝕等等。
模具的失效按照發生時間的早晚,大致可分為兩類:正常失效和早期失效。
模具經過大量的生產使用,因摩擦而自然磨損或緩慢地產生塑性變形及疲勞裂紋,達到正常使用壽命之后失效是屬于正常的現象,為正常失效。模具未達到設計使用規定的期限,既產生崩刃 、碎裂、折斷等早期破壞;或因嚴重的局部磨損和塑性變形而無法繼續服役,為早期失效。對于早期失效的模具,必須查找其產生的原因,努力采取補救的措施。
11.1.1 沖壓模具的工作條件及失效形式
一.沖裁模的工作條件及失效形式
1. 沖裁模的工作條件
沖裁模具主要用于各種板料的沖切 。從沖裁工藝分析中我們已經得知,板料的沖裁過程可以分為三個階段:彈性變形階段、塑性變形階段和剪裂階段 ( 見圖2.1.3) 。
在彈性變形階段,當 凸模對 板料施加壓力時,由于 凸 模和凹模之間存在間隙,受力部位不在同一垂線上,圖2.1.1 所示力臂為 l 。板料會在彎矩 M 的作用下產生翹曲,與 凸 模端面的中心部分脫離接觸,。這時板料只和模具的 凸 、凹模刃口部分相接觸,壓力集中于刃口附近。在沖裁過程中,由于板料的彎曲,模具的受力主要集中于刃口附近的狹小區域。凸 、凹模刃口區域不僅位于最大端面壓應力和最大側面壓應力的交聚處,而且也處于最大端面摩擦力和最大側面摩擦力的交匯處,工作時刃口承受著劇烈的壓應力和摩擦力作用。
2. 沖裁模的主要失效形式
模具刃口所受作用力的大小和板料的力學性能、厚度等因素有關??紤]到板料厚度對模具沖裁負荷的影響,通??梢詫_裁按板料的厚度分為薄板沖裁 (t ≤ 1.5mm) 和厚板沖裁 (t > 1.5mm) 。
對于薄板沖裁模,由于模具受到的沖擊載荷不大,在正常的使用過程中,模具因摩擦產生的刃口磨損是主要的失效形式。磨損過程可分為初期磨損,正常磨損和急劇磨損三個階段。對應于三個階段,刃口的損傷過程如圖 11-3 所示。
a )局部塑變 b ) 摩擦磨損 c ) 疲勞損壞
(初期磨損階段) (正常磨損階段) (急劇磨損階段)
圖 11.1.1 沖裁時刃口的損傷過程
(1) 初期磨損階段
模具刃口與板料相碰時接觸面積很小,刃口的單位壓力很大,造成了刃口端面的塑性變形,一般稱為塌陷磨損。其磨損速度較快(見圖 11.1.1a )。
(2) 正常磨損階段
當初期磨損達到一定程度后,刃口部位的單位壓力逐漸減輕,同時刃口表面因應力集中產生應變硬化,(見圖 11.1.1b )。這時,刃口和被加工坯料之間的摩擦磨損成為主要磨損形式。磨損進展較緩慢,進入長期穩定的正常磨損階段,該階段時間越長,說明其耐磨性能越好。
(3) 急劇磨損階段
刃口經長期工作以后,經受了頻繁沖壓會產生疲勞磨損,表面出現了損壞剝落(見圖 11.1.1c )。此時進入了急劇磨損階段,磨損加劇,刃口呈現疲勞破壞,模具已無法正常工作。模具使用時,必須控制在正常磨損階段以內,出現急劇磨損時,要立即 刃 磨修復。
隨著刃口的磨損,工件的毛刺高度會不斷增加,因此實際生產中,可以通過觀測毛刺高度的大小來推斷模具刃口的磨損量,在沖裁件達到質量允許的毛刺極限值時即進行刃 磨。
從磨損機理上分析,凸 、凹模的磨損主要是粘附磨損和磨粒磨損。粘附磨損是在模具刃口在與板料的相對摩擦運動過程中,由于高壓產生了局部的相互粘著和咬合現象當接觸面相對滑動時,粘附部分便發生剪切引起磨損。磨粒磨損是指模具工作時表面剝落的碎屑嵌入工作部件表面,成為磨料,使其逐漸磨損的過程。沖裁硬度較高的金屬材料(如高碳鋼、硅鋼)時, 因材料 的硬?;蛱蓟飫冸x而產生磨粒磨損。當沖壓高韌性材料(如奧氏體不銹鋼)時,易產生粘附磨損。
一般情況下,凸模的磨損要快于凹模,這是因為凸模刃口處的承力面積小于凹模,在同一沖裁力的作用下,凸模刃口處單位面積承受的壓應力要比凹模刃口處更大一些;同時,在每一次沖裁過程中, 凸模都 要切入并退出板料,前后經歷兩次摩擦,而凹模和板料的分離部分僅發生一次摩擦。 而且,凹模的淬火硬度通常高于凸模,這一切使得凸模的磨損要比凹模更快。
此外, 凸模退出板料時,需要有一定的卸料力將板料從 凸模上 卸下,卸料力與作用在凸模上的其它壓應力不同,是唯一的拉應力,使凸模在反復拉、壓應力的作用下產生疲勞磨損,這也是致使凸模崩刃的原因之一。
對于厚板沖裁模,由于凸 、凹模受到的作用力增大,在過大應力的作用下,不僅會產生磨損,而且可能造成刃口變形、疲勞崩刃等現象。當沖裁 凸模較 細長時,還會引起彎曲變形或折斷,如圖 11.1.2所示。
a) 崩 刃 b) 彎曲 c) 折斷
圖 1.1.2 凸 模斷裂和塑性變形
二. 拉深模的工作條件及失效形式
1. 拉深模的工作條件
拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形,拉 深過程 中模具的受力狀態如圖 11-5 所示。拉深時 凸 模下壓板料毛坯,拉 深力通過凸 模底部和 凸模 圓角部位傳導給毛坯,板料毛坯的外緣部分通過凹模端面與壓邊 圈之間被拉入凸模與 凹模之間的間隙。在 拉深力 P 動 、壓邊力 P 壓 以及 毛坯與模具工作部件相對運動產生的動摩擦力的作用下, 凸 模圓角半徑處受到壓力 P 1 和摩擦力 F 1 ;凹模圓角半徑處受到壓力 P 2 及摩擦力 F 2 ;凹模端面部位 半受到 了壓力 P 3 和摩擦力 F 3 ;壓邊圈與板料相接觸的部位受到了壓力 P 4 和摩擦力 F 4 的作用。
圖 11.1.3 拉深時模具的受力
在拉深開始階段, 凸 模圓角半徑處的板料被彎曲拉伸并作相對運動,摩擦力 F 1 使 凸 模圓角半徑受到磨損。隨著拉深的進一步進行,已變形板料緊貼凸模圓角半徑部位并開始產生應變硬化,相對運動大大減弱,摩擦力變小。但是在整個拉深過程中,凹模圓角半徑處、凹模端面以及壓邊圈相應部位始終與板料作相對運動,產生劇烈摩擦,壓應力和摩擦力都很大,因此凹模與壓邊圈的磨損現象始終存在。
2. 拉深模的主要失效形式
由于拉深模具的工作部件沒有刃口,受力面積大,工作時無嚴重的沖擊力,因此, 拉深模不易 出現塑性變形和斷裂失效。但是工作時存在著很大的摩擦,拉深模具的主要失效形式為粘附磨損和磨粒磨損,并以粘附磨損為主,是拉 深過程
中常出現的問題和模具失效的重要原因。粘附磨損的部位發生在 凸 模、凹模的圓角半徑處,以及凹模和壓邊圈的端面,其中以凹模和壓邊圈的端面粘附磨損最嚴重。模具與工件表面產生粘附磨損后,脫落的材料碎屑會成為磨粒,從而伴生出磨粒磨損。磨粒磨損將使模具表面更為粗糙,進而又加重粘附磨損。
從顯微觀 察看,模具和坯料的表面都是凹凸不平的,由于模具表面的硬度高于坯料,相互擠壓摩擦時會將坯料表面刮下的碎粒壓入模具表面的凹坑。在拉 深過程 中,坯料的塑性變形以及坯料和模具工作部件表面的摩擦,會產生出熱能。特別是在某些塑性變形嚴重和摩擦劇烈的局部區域,所產生的熱能造成了高溫,破壞了模具和坯料表面的氧化膜和潤滑膜,使金屬表面裸露,促使材料分子之間相互吸引,并使模具表面凹坑里的坯料碎屑熔化,和模具表面焊合,形成堅硬的小瘤,即粘結瘤。這些堅硬的小瘤,會使 拉深件表面粗糙度 變差,嚴重時將在產品的表面 刻劃 出刻痕,擦傷工件,并且加速模具的不均勻磨損,這種失效形式又 稱為粘模 。此時,需對模具進行修磨,除去粘附的金屬。 拉深模的 重要問題,就在于如何防止粘附的金屬小瘤。
在拉深工作中,出現拉深粘模的問題,與被拉深坯料的化學成分、所使用的潤滑劑及模具工作部件的表面狀況等因素有關。鎳基合金、奧氏體不銹鋼、 坡莫合金 、精密合金等材料拉深時極易 發生粘模 。為保證產品的質量, 拉深模的工作部件表面不允許出現磨損痕跡,必須具有較低數值的表面粗糙度和較高的耐磨性。
三. 冷擠壓模的工作條件及失效形式
1.冷擠壓模的工作條件
冷擠壓模具工作時,將大截面的坯料擠壓為小截面的工件,坯料受到強烈的 三向壓應力 作用,發生劇烈的塑性流動,由于被擠壓材料的變形抗力較高,如鋼的冷擠壓,其變形抗力高達 1960MPa 以上,使模具承受強大的擠壓反作用力和摩擦力。摩擦功和變形功轉化成熱能, 使模具表面升溫達 300℃左右(局部可達300℃以上)。此外,每一次擠壓過程都是在很短的瞬間完成的,從而使模具在工作時溫度升高,不工作時溫度又下降,就是說模具還承受著冷熱交變溫度和多次沖擊負載的作用。如此嚴酷的工作條件,使得冷擠壓模具的使用壽命比其它模具要低。
2. 冷擠壓模的主要失效形式
冷擠壓模具的 凸 、凹模由于受力狀況有所不同,所以失效形式有所差異,一般 凸 模易于折斷,凹模易于脹裂。冷擠壓凸模的失效形式主要有折斷、磨損、 鐓粗 、疲勞斷裂和縱向開裂;冷擠壓凹模的失效形式主要有脹裂和磨損。
冷擠壓模具的磨損主要是磨粒磨損和粘附磨損,磨損主要發生在 凸 模的工作端部和凹模內壁。模具表面溫度的升高可能會使模具材料的表層軟化,從而加速磨損失效的過程。
冷擠壓時, 凸??赡?在彎曲應力或應力集中的作用下折斷,或因脫模時的拉應力拉斷。 凸模肩部由于承受很高的壓應力和摩擦力,易產生麻點和磨損,成為導致凸 模折斷的 疲勞源 。若凸模選材或熱處理不當,在壓應力和彎曲應力的作用下,將產生縱向彎曲或 鐓粗,鐓粗一般 發生在 距工作 端部 1/3~1/2 凸模工作 長度處。一旦發現 凸模鐓粗 ,應立即重磨。如果 凸模因 抗壓強度不夠 發生鐓粗 ,在工作部位表面會產生拉應力,引起表面縱裂。若繼續擠壓,裂紋將擴展并連接起來,造成掉塊(凹模表面成片剝落)。
若凹??估瓘姸炔粔?,擠壓時在切向拉應力的作用下,會產生脹裂(縱向開裂), 凹 模型 腔 變化的部位會發生橫向開裂。如果采用預應力組合凹模,長期工作中內層凹模型腔內壁會因拉、壓交變循環的切向應力作用導致疲勞開裂。
任何模具,其失效形式并非一成不變。模具在服役過程中,在不同的部位,會承受不同形式的作用力,可能導致出現多種損傷形式并存的現象。
由于模具材料的性能、模具的結構、制造工藝、壓力加工設備的特性和加工操作方法的不同,各種損傷形式的發展速度有很大的差異,多種損傷形式的相互促進會加速模具的失效。因此,同樣的模具可能會導致完全不同的失效形式和服役壽命。
對模具進行失效分析,不僅要查明其失效形式、失效原因及影響因素,還應當了解其它可能導致損傷的原因及影響因素,掌握全面的情況。在克服某一種失效形式時,還要防止其它損傷的發展,以確保和延長模具的服役期限。
11.1.2 影響沖壓模具壽命的因素及提高沖模壽命的措施
一. 影響沖壓模具壽命的因素
模具因磨損或其它形式失效,不可修復而報廢之前所加工的產品件數,稱為模具的使用壽命。為了提高沖壓模具的壽命,必須對已失效的模具進行分析,了解和掌握失效的原因和影響模具壽命的主要因素。
1. 模具材料的影響
(1) 模具材料性能的影響 各種模具材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、塑性變形抗力、斷裂抗力、冷熱疲勞抗力等性能均有所不同,材料的性能必須滿足模具的具體使用要求,否則將導致模具的早期失效。如模具工作在循環載荷下時,使用疲勞抗力差的材料將會萌生疲勞裂紋,裂紋的不斷擴展將引起模具的斷裂失效。
(2) 模具鋼材冶金質量的影響 若鋼中含有強度低、塑性差的非金屬夾雜物,則容易形成裂紋源,引起模具早期斷裂失效。 當鋼中 的碳化物過多,形成網狀、大塊狀或帶狀 偏析時 ,將嚴重降低鋼的沖擊韌度及斷裂抗力,引起模具的早期斷裂、崩塊及開裂等。鋼材中存在中心疏松和白點,會降低模具的抗壓強度,使模具淬火開裂及工作表面凹陷。
2. 模具結構的影響
(1) 模具幾何形狀的影響 模具的幾何形狀對成形過程中坯料的流動和成形力產生很大的影響,從而影響模具的壽命。如圖 11-8 所示為三種形狀的反擠壓凸模其中 a 、b 兩種結構的 凸模比c 結構的 凸模降低 擠壓力 20% ,但 a 、 b 兩種結構的凸模端面傾斜角不能過大,否則雖然降低了擠壓力,但凸模容易因擠偏受到彎曲應力而折斷。
a) 整體式 b) 組合式
圖 11.1.4 擠壓 凸模結構 形式
(2) 模具間隙的影響 模具的凸凹模工作間隙不僅影響工件的質量,還影響模具的壽命。例如 拉深模的 間隙過小將增加摩擦阻力,易擦傷工件表面,并增大了模具的磨損。沖裁模的間隙過小會加劇凸凹模的磨損,降低模具的使用壽命。
(3) 結構形式的影響 模具的結構形式不合理將導致應力集中而斷裂失效。如圖 11-9a 所示為正擠壓空心工件的整體凸模,擠壓時極易 在心軸根部產生應力集中而折斷。改為圖 11-9b 所示組合式,消除了應力集中,可以防止模具的早期斷裂失效。
3. 模具制造工藝的影響
(1) 鍛造工藝的影響 如果鍛造工藝不合理,會降低鋼材的性能,造成鍛造缺陷,形成導致模具早期失效的隱患。常見的鍛件表面缺陷有裂紋、折疊、凹坑等,內部缺陷有組織偏析、流線分布不合理、疏松、過熱、過燒等。
鍛造時 鐓擊力 過大,變形量過大,易產生裂紋。加熱不均,溫度過高會產生材料晶粒粗大的過熱現象、或導致晶界熔化和氧化的過 燒現象 。 停鍛后冷卻 速度過快容易開裂,特別是高碳高合金鋼,鍛造溫度范圍較窄,操作不當極易開裂。 鍛造不充分會產生組織應力,熱處理時也易發生變形開裂。若模具材料中的非金屬夾雜物鍛壓后,流線分布
走向與 凸 模軸線垂直,則可能引起橫向折斷;如果分布走向與軸線平行,則可能發生縱向劈裂。
(2) 加工工藝的影響 切削加工時沒有徹底去除材料表面脫碳層,將會降低模具的表面硬度,加劇了模具 磨裂及淬裂 的傾向。切削的表面粗糙、尺寸連接處不光滑,或留有尖角和加工刀痕,將萌生疲勞裂紋,造成模具疲勞失效。磨削加工時進給量過大、冷卻不足則容易產生磨削裂紋和磨削燒傷,減低模具的疲勞疲勞強度和斷裂抗力。電火花 成形及線切割 加工,會使模具表面產生拉應力和顯微裂紋,導致表面剝落和早期開裂。 若材料 淬火后的內應力很高,電火花加工時應力會重新分布,引起模具變形或開裂。
(3) 熱處理工藝的影響 模具淬火加熱時溫度過高,容易造成模具的過熱、過燒,沖擊韌度下降,導致早期斷裂。如果淬火溫度過低,會降低模具的硬度、耐磨性及疲勞抗力,容易造成模具的塑性變形、磨損失效。淬火加熱時不注意采取保護措施,會使模具表面氧化和脫碳,脫碳將造成淬火 軟點或軟區 ,降低模具的耐磨性、疲勞強度和抗咬合能力,影響其使用壽命。淬火冷卻速度過快或油溫過低,模具容易產生淬火裂紋。如果回火溫度太低,而且不夠充分,將無法消除淬火過程中的殘余應力使模具的韌性降低,容易發生早期斷裂。
4. 模具工作條件和使用維護的影響
(1) 被加工材料的影響 被加工材質的不同、厚度的不同對模具壽命有很大的影響。被加工材料的強度越高、厚度越大,模具承受的力也越大,模具的壽命相對較低若被加工材質與模具材料的親和力大,在沖壓成形過程中會和模具發生粘附磨損,降低模具的壽命。如用 Cr12MoV 鋼制作 拉深模 ,拉深鎳基合金鋼板時,極易產生粘附咬合及拉毛現象,改用 GT35 鋼結硬質合金 制作拉深凹模,粘附咬合傾向大為減輕,提高了模具的壽命。
被加工材料的表面狀態,對模具的磨損也有很大的影響。采用表面沒有氧化黑皮、脫碳層,僅有極薄的氧化膜或磷化膜的坯料,對模具沖壓最為有利。如用 T10A 鋼為工作部件制造的沖裁模,沖裁表面光亮的薄鋼板時,每 刃磨一次可沖 3 萬件 ,沖裁同等厚度的熱軋鋼板時,由于表面有氧化黑皮,每次刃磨只能沖裁 1.7 萬件左右。
(2)沖壓設備特性的影響 沖壓設備的剛度和精度對模具的壽命影響極大。 開式壓力機為 C 型框架,剛度較差。在沖壓力的 作用下易產生 變形,造成上、 下模中心線 不重合,模具工作間隙不均,甚至啃刃 、崩 刃 。此外,沖裁過程結束的瞬間,載荷急速銳減,壓力機在沖壓過程中積聚的變形能量突然釋放,造成上、 下模間 的沖擊振動,即所謂“失重插入”現象,這也加劇了模具的磨損。因此,精密沖裁或使用硬質合金沖裁模具時,最好采用剛度較好,精度高的閉式壓力機。
(3)潤滑條件的影響 良好的潤滑條件可以有效降低摩擦力、摩擦熱和沖壓力,減少模具的磨損,顯著提高模具的使用壽命。如沖裁硅鋼片時,采用潤滑的模具壽命大約是無潤滑模具的10 倍。使用的潤滑劑和潤滑方式是否適當,對模具的使用壽命影響很大。如不銹鋼表殼 擠光模 ,工作時采用機油潤滑,模具壽命只有 80 件;改用二硫化鉬配制潤劑,使用壽命可達 1 萬件。
二. 提高沖模壽命的措施
對于拉深模 ,粘附磨損是拉深模具失效的重要原因,一般粘附易發生在性質相近的材料之間,所以應根據被拉深材質的不同,選擇相應的模具材料,。如果被拉 深材料 為有色金屬,模具材料可以選用鑄鐵、鋼材和硬質合金;若被拉深材料為黑色金屬,則模具材料選用有色金屬、硬質合金以及與其親和力小的鋼鐵材料。
對于冷擠壓模,如果模具承受的單位擠壓力很大,則應使用高淬透性的材料如基體鋼、高速鋼,否則未淬硬的材料心部會引起模具塑性變形。如果 凸模受偏心力較大 ,則應選用高強韌性的材料。擠壓工件形狀復雜、生產批量大或者被擠壓坯料強度高,選擇硬質合金 或鋼結硬質合金 可以提高模具的壽命。
冷鐓模在選材上,應注意鋼的原始組織和化學成分,鋼材不應有原始組織缺陷, 如偏析、夾雜和少量縮孔等。在高負荷條件下工作的冷鐓模 ,模具用鋼要有較高的純度,硫、磷含量要嚴格控制。 一般鋼材含碳量在 0.8 ~ 0.9%韌性較好,含碳量在0.95 ~ 1.05%為硬韌,含碳量在1.05 ~ 1.15%為硬性,大型模具含碳量取下限, 小型模具取上限。
(1) 合理設計模具
在保證沖裁工件質量的前提下,沖裁模具應盡可能選用較大的沖裁間隙,以降低沖裁力,減小模具的磨損。為了提高凸模的剛度,加強其抗偏載能力,以防止工作時凸模彎曲變形或折斷。一般 凸 模頭部截面積和尾柄部截面積大約分別取為工作端面面積的 2倍和4倍,必要時對凸模進行 導向保護??梢圆捎脧椥孕读习?,對板料施加一定的壓邊力,以減少因板料滑移或翹曲對凸模的作用力。為確保沖壓過程中沖裁間隙均勻,避免啃刃和刃口的不均勻磨損,可選用精確的模具導向裝置,例如使用滾珠 導柱導套 。
拉 深模的凸 、凹模間隙設計要合理:間隙過小,摩擦阻力增大將使模具磨損加??;間隙過大,則使制件起皺而加大模具的磨損;間隙不均,在模具工作中會產生不均勻內應力,使模具的使用壽命下降。模具的工作表面硬度要高,以減少磨損。模具的 的表面粗糙度值要低 ,同時被拉深板料的表面粗糙度值也要低一些,以減少拉深時的摩擦阻力,有利于拉深件的 塑性成形并提高模具的壽命。
冷擠壓模具的結構必須有足夠的強度、剛度、可靠性和良好的導向性。采用最佳的凸模形狀,條件許可的情況下采用工藝軸,變單純正擠壓或反擠壓為復合擠壓,以降低單位擠壓力。擠壓凸模不易過長,防止縱向彎曲。模具工作部件的過渡部分 應設計 足夠大的圓角半徑,避免尖角過渡產生應力集中現象。凹模易橫向開裂部位應采用分割式結構,以消除應力集中。采用預應力組合凹模結構以防止內層凹模的縱向開裂。采用階梯式組合凹模比同尺寸的平口組合凹模具有更大的承受徑向內壓力的能力。
在冷鐓模的凹模入口處,盡量設置足夠大的漸變圓角,避免應力集中,并在出模方向上作出拔模斜度 。以利于 坯料在型腔內 的流動及降低模具的負荷。硬質合金或鋼結硬質合金冷鐓模具的硬度高,耐磨性好,生產出來的產品精度高??梢圆捎糜操|合金或 鋼結硬質合金鑲塊 的組合式結構,用加套的方法施加預應力,減少或抵消模具受到的 冷鐓力 ,以提高模具的使用壽命。但硬質合金脆性很大,當模具形狀復雜并在較高的沖擊負荷下工作時,不應采用硬質合金。
提高模具制造加工質量
要重視模具鋼坯的鍛造工藝,消除帶狀和網狀碳化物分布,使流線和沖擊力方向垂直。鍛造時為了充分打碎坯料中的碳化物,使其呈彌散狀均勻分布,應采用高鍛比變向鐓拔的方法。
在制造加工過程中,必須嚴格保證模具的尺寸形狀精度,避免留下機加工刀痕;過渡部分要平滑,不能有微小缺陷,防止使用過程中出現應力集中裂紋。電加工及磨削加工后應進行回火,以消除加工應力。
拉深模具的最后拋光工序操作方向應和坯料金屬流動的方向一致, 凹模型腔應縱向 往復而不是圓周運動拋光。拋光時應注意冷卻,防止過熱使模具硬度下降。
冷擠壓 凸模加工 后形狀要對稱,工作部分必須同軸心,否則 凸 模單邊受力易折斷。正擠壓或反擠壓凹模的表面粗糙度值越低越好,可以采用磨削后再研磨拋光的方法,以減少磨損,提高模具的壽命。
應根據 冷鐓模的 工作條件和材料性質適當選擇淬火硬度和硬化層深度,防止早期失效。熱處理中要注意充分回火,回火時間不足,應力未能全部消除,即使硬度滿足要求,仍會產生 崩塊現象 ,回火時間一般在1.5小時以上。
(2) 正確選擇模具材料
當沖裁模的生產批量很大時,應選擇強度高、韌性好、耐磨性好的高性能模具材料。由于凸模的工作條件比凹模更差, 凸模材料的耐磨性可以選得比凹模材料更高。
(3)采用模具強韌化處理和表面強化處理
采用強韌化處理和表面強化處理技術,使模具獲得優良的整體強韌性能和優 異的表面硬度、耐磨性和抗粘附性能,是提高各類模具使用壽命的有效途徑。
(4)合理使用維護模具
沖裁模操作時應嚴格控制凸模進入凹模的深度,以免磨損加劇。沖模使用了一段時間后, 凸 、凹模刃口將不可避免地出現磨損和磨損溝痕。這時候 提前修模 ,可以減小摩擦力、預防磨損溝痕導致的裂紋,避免因磨損后凸、凹模間隙不均產生的附加彎矩,提高模具的壽命。 凸 、凹模再次磨削后,應用細油石對刃口仔細研磨、拋光,去除磨削毛刺、使表面粗糙度 R a ≤ 0.10 μ m,消除損傷隱患。模具存放時,上、下模應保持一定空隙,以保護刃口。
在拉深凹模和被拉深板料之間必須涂上合適的潤滑劑,使模具與板料不直接接觸,消除粘附咬合的條件。拉深時模具與板料接觸面的相對運動變為潤滑劑分子之間的相對運動,可以大大減小摩擦力和摩擦熱,有效地減少或防止磨損。被拉深板料的厚度、硬度、組織結構要求均勻一致;表面保持光潔無雜質、氧化皮、銹蝕, 避免模具受力不均過早磨損。模具使用后若表面粗糙度變差,要及時修磨拋光。
應選用拉 深速度低 一些的拉深機床,易于被拉深金屬材料的流動,減少模具表面的摩擦。雙動壓力機拉 深速度 較緩慢,受力比普通沖床平穩、均勻,有利于延長拉深模具的壽命。
冷擠壓模具工作時同樣要合理潤滑,擠壓黑色金屬時應采用磷化處理加潤滑。 冷擠壓過程中,模具溫 升很快 ,應定時冷卻。對于重載模具,擠壓數千次后應進行去應力回火處理( 160℃~180℃保溫兩小時),能有效提高模具的壽命。對于反復使用的外層或中層預應力圈,在多次壓出后,需經180℃保溫兩小時去應力回火處理以防外圈崩裂。冬季低溫時,模具使用前最好預熱,以防 凸 模冷脆折斷。必須建立完整的維護保養制度,指定專人及時對壓力機和模具進行調整、修復。模具在儲存和運輸過程中,要采取防銹措施,上下模座之間要 有限位塊保護 。
冷鐓模具為了降低工作時的摩擦系數,防止模具粘附咬合,冷鐓坯料應經過磷化或鍍銅處理。在大多數情況下, 冷鐓前坯料 要經過預熱。預熱能改進材料的加工性能,減少出現裂紋的可能性,還可以提高模具壽命。冷鐓時也應進行潤滑,良好的潤滑可以降低制品的表面粗糙度值,提高模具的壽命。尤其對復雜形狀的工件進行冷鐓,潤滑更為重要。