提高冲压模具工作耐用度的措施
1前言
不同的冲模材料具有不同的强度、韧性和耐磨性。在一定的条件下使用高级材料就能使耐用度提高好几倍。实际生产中冲模的失效现象相当频繁，冲模消耗量大。因此，分析冲模失效原因，采用各种有效措施防止冲模早期失效，提高冲模耐用度。冲压成形是一种应用广泛的材料加工方法，冲压模具是实现零件加工的重要工艺装备，它的使用寿命直接影响到产品的质量和成本。对模具寿命的影响因素加以分析，找出解决问题的方法，从而达到提高冲压模具工作耐用度。
2冲压材料概述
2.1冲压模具材料
制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。
2.1.1碳素工具钢
在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。
2.1.2低合金工具钢
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。
2.1.3高碳高铬工具钢
常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。
2.1.4高碳中铬工具钢
用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。
2.2热处理、表处理新工艺
为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。
2.3冲压模具材料的选用原则
在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。
制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。
合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。
3冲模的失效形式
实际生产中冲模的失效现象相当频繁，冲模消耗量大。因此，分析冲模失效原因，采用各种有效措施防止冲模早期失效，提高冲模耐用度。
3.1磨损失效
冲模的工作部分应具有较高的耐磨性。磨损失效是冲模在使用过程中，零部件之间或冲模与工件之间相对运动受摩擦、震动或高温疲劳龟裂剥落而磨损甚至损坏。初期部分零件表面粗糙不平部分被迅速磨去，因此磨损速度很快；正常磨损阶段，零件的磨损趋于平缓，这时冲模处于最佳的技术状态，生产效率呈现出最好的水平，产品的质量最有保证；过了正常磨损期零件磨损超过一定限度，正常磨损关系被破坏，接触情况恶化，磨损速度加快，冲模工作性能也迅速下降，如果不及时维修或更换磨损件，冲模会产生事故、失去功能，以致报废。
3.2变形失效
变形失效包括过量的弹性变形或塑性变形、高温蠕变等。冲模在使用过程中，因各种载荷及交变温度的影响，以及材料本身的性能变化，造成刚性和韧性不足，导致冲模不能正常工作而失效。
3.3脆裂失效
冲模在较为恶劣的条件下工作，受到各种载荷的作用，会因产生裂纹、剥落而引起突然断裂，还会因疲劳破坏及应力腐蚀破裂等而失效，故冲模常要求有较高的韧性。有些冲模在工作过程中处于反复加热和冷却状态，使其表面受到拉、压交变应力的作用，引起表面脆裂和剥落，增大摩擦阻力，阻碍工件的塑性变形，以致冲模失效。这种因热疲劳而脆裂是冲模失效的主要形式之一。
4影响冲模耐用度的原因
4.1结构设计不合理的影响
冲模结构是影响冲模耐用度的关键，结构不合理容易造成刚性差和壁厚分布不均匀，以及表面缺陷（如表面氧化、脱碳、裂痕、疤痕）都会影响材料的性能，造成冲模的早期失效。
4.2冲模材料选择的影响
选择合适的冲模材料可以防止冲模早期失效。夹杂物使冲模内部产生裂纹，引起脆性断裂，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步扩展而引起冲模开裂。钢材在进行热加工和退火时，再机加工后有时仍残留脱碳层，由于内外层组织不同，造成热处理冷却速度不一致，产生裂纹，引起冲模开裂。含有较高的炭和合金元素，有较多的共晶化合物，导致淬火时常常出现沿着带状碳化物分布的裂纹，冲模在使用过程中裂纹进一步扩展，造成冲模开裂。
4.3冲模机械加工的影响
冲模的型腔部分或冲头的圆角部分，在机械加工中常常因进刀太深而留下刀痕，造成应力集中，淬火时相应部位的裂纹进一步扩展，导致冲模开裂。电加工时，冲模被加热到高温度，使组织发生变化，即电加工异常层受到交变应力的反复作用，微裂纹变成大裂纹，导致冲模开裂而报废。研磨加工会导致研削表面过热，或引起表面软化，硬度降低，使冲模在使用中因磨损严重，或由于热应力而产生磨削裂纹，最后导致冲模早期失效。
4.4冲模热处理规范的影响
冲模在机械加工后都应进行淬火、回火等热处理。加热温度的高低、时间的长短、冷却速度的大小、保护气氛等工艺参数选择不当都会影响冲模的耐用度。模具钢中含有较多的炭和较多的合金元素，导热性差，加热的速度不能太快。
当发生氧化时，冲模表面易划伤，尺寸变小，使用易产生早期疲劳裂纹，当造成脱碳时，表面硬度显著降低，造成早期磨损；淬火温度过高，易造成晶粒长大，使钢呈现出脆性，因而冲模的使用中常常出现裂纹、崩刀、折断等事故，相反，淬火温度过低，钢的抗压强度也低，冲头易出现鼓行而失效。对于不同的冲模材料，应根据所要求的组织形态，选用不同的冷却速度，对于高合金钢，由于含有较多的合金元素，淬火性较低，可以采用油冷、空冷，甚至等温淬火、分级淬火等工艺。冲模表面的强化处理也是提高冲模使用寿命的一个很重要途径，氮化、渗硼、渗碳以及镀铬等都具有一定的效果，当强化工艺控制不严格或强化方法选择不当时，就不可能获得预期效果，反而导致冲模的早期失效。
4.5各种操作条件
如锻打温度、润滑剂及润滑方法、冷却速度、补焊、预热温度及设备情况等都对冲模的耐用度有很大影响。必须严格控制，正确使用，才能发挥冲模材料的性能而获得较高的冲模寿命，其中补焊时焊接处容易出现裂纹，由于拉、压交变应力的作用，裂纹扩展使冲模使用寿命缩短。
4.6冲模工作温度的影响
冲模的工作温度可分为低温、常温或交变温度等几种状态，温度对钢的耐磨性有相当大的影响。通常在250度以下时主要为氧化磨损，即冲模对接件或冲模与工件之间相对摩擦，形成氧化膜并反复形成和剥落，磨损量较小；250度到300度之间时转变为粘着磨损，磨损量达到最大值；高于300度又转化为氧化磨损为主，磨损量趋向减小，但温度过高时，冲模硬度明显下降，粘着现象加重，甚至形成较大面积烧结和熔融磨损。
5提高冲模耐用度的途径
5.1改进冲模的设计
冲模设计是否合理是提高冲模耐用度的基础。因此，在设计冲模时应对产品成形中的不利条件采取有效措施，以提高冲模的耐用度，如设计小孔冲模的寿命往往表现在冲小孔的凸模上。对于这类冲模，在设计时应使细小的凸模尽量缩短其长度，以增加强度，同时，还应采用导向套的方法加强细小凸模进行保护。此外，在冲模设计上，应充分考虑到模架的形式、凸凹模的固定方法和导向形式、压力中心的确定及上、下模板的刚性等因素。特别对于冲裁模来说，选取间隙值对耐用度有很大的影响。在设计时，冲模的间隙要选择合理，其间隙值不能太小，否则会影响冲模的使用寿命和耐用度。实践证明，在不影响冲压件质量的情况下，适当放大间隙可大大提高冲模的耐用度，有时甚至提高几倍及几十倍。
5.2正确选择冲模材料
不同的冲模材料具有不同的强度、韧性和耐磨性。在一定的条件下使用高级材料就能使耐用度提高好几倍。如用T10A钢制成的电度表磁极冲片冲模，就比用Cr12及Cr12MoV制成的同类冲模的一次刃磨寿命低的多。而利用G35碳化钛钢硬质合金平均每次刃磨寿命又要比Cr12钢冲模又提高5-10倍，而采用钨钴类硬质合金作为同类凸、凹模材料，又要比Cr12钢提高20-30倍。因此，为提高冲模的耐用度必须要选择好的材料。
5.3合理地进行冲模零件的锻造及热处理
在选择优质冲模材料的同时，对于同材质和不同性质的材料要求进行合理的锻造和热处理，是提高冲模耐用度的主要途径之一。例如，淬火时，若在加热时生产过热，不但会使此工件脆性过大，而且在冷却时容易引起变形和开裂，使耐用度降低。因此在制造冲模时，必须合理的掌握热处理工艺。
5.4合理的安排冲模制造工艺及保证加工精度
冲模的加工精度对冲模的耐用度影响很大。如在冲裁模中由于装配间隙不均匀，在剪切力作用下常会使凹模啃坏而影响冲模寿命。同时，冲模表面光洁度过低，也会使冲模的耐用度降低。因此，在加工时必须要对孔距大小、装配时凸模对固定板支撑面的垂直度、冲模间距的均匀和导套、导柱的导向精度等级给于充分注意。制造与装配精度越高及工作部分表面粗糙度等级越高，冲模的耐用度就越高。
5.5正确选择压力机
为了提高冲模的耐用度，应选取精度较高及刚性较高的压力机，并使其冲压吨位大于冲压力百分之三十以上。
5.6合理的使用及维护冲模
为了提高冲模耐用度，操作者必须合理的使用及维护冲模，对冲模应经常进行维修，以防止冲模带病工作。
结论
冲模耐用度是和冲模的工作失效现象紧密联系的，冲模工作的失效现象是冲模在使用过程中由于结构形状、尺寸和冲模零部件的材料组织性能发生变化而失去原设计的效能。冲模在结构有严重缺陷而不能继续使用或虽能工作但已不能完成指定的功能时，就可以认为已失效。失效现象出现的越迟，冲模的耐用度就越高。
冲模耐用度高低，在生产中有很重要的意义。冲模的耐用度越高，冲模的使用寿命就越长，零件的成本也就越低。
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