哪些因素影響衝壓模具壽命-影響衝壓模具壽命的十大因素

研究表明:模具的使用壽命與模具結構設計、模具鋼材選用、熱處理、表面處理、機械加工研磨、線切割工藝,衝壓設備、衝壓材料及工藝,模具潤滑、保養維修水平差等諸多因素有關。下面,小編爲大家講講影響衝壓模具壽命的十大因素,快來看看吧!

哪些因素影響衝壓模具壽命-影響衝壓模具壽命的十大因素

  合理選擇熱處理工藝

熱處理不當是導致模具早期失效的重要原因,從模具失效分析得知,45%的模具失效是由於熱處理不當造成的。模具熱處理包括鋼材鍛造後的退火,粗加工以後高溫回火或低溫回火,精加工後的淬火與回火,電火花、線切割以後的去應力低溫回火。只有冷熱加工很好相互配合,才能保證良好的模具壽命。

①.模具型腔大而壁薄時需要採用正常淬火溫度的上限,以使殘留奧氏體量增加,使模具不致脹大。快速加熱法由於加熱時間短,氧化脫碳傾向減少,晶粒細小,對碳素工具鋼大型模具淬火變形小。

②.對高速鋼採用低淬、高回工藝比較好,淬火溫度低,回火溫度偏高,可大大提高韌性,儘管硬度有所降低,但對提高因折斷或疲勞破壞的模具壽命極爲有效。通常Cr12MoV鋼淬火加熱溫度爲1000℃,油冷,然後220℃回火。如能在這種熱處理以前先行熱處理一次,即加熱至1100℃保溫,油冷,700℃高溫回火,則模具壽命能大幅度提高。

③.採用低溫氮碳共滲工藝,表面硬度可達1200HV,也能大大提高模具壽命。 低溫電解滲硫可降低金屬變形時的摩擦力,提高抗咬粘性能。使用6W6Mo5Cr4V鋼製作冷擠壓凸模,經低溫氮碳共滲後,使用壽命平均提高1倍以上,再經低溫電解滲硫處理可以進一步提高壽命50%。

④.模具淬火後存在很大的殘留應力,它往往引起模具變形甚至開裂。爲了減少殘留應力,模具淬火後應趁熱進行回火,回火應充分,回火不充分易產生磨前裂紋。對碳素工具鋼,200℃回火1h,殘留應力能消除約50%,回火2h殘留應力能消除約75%~80%,而如果500~600℃回火1h,則殘留應力能消除達90%。

⑤.回火後一般爲空冷,在回火冷卻過程中,材料內部可能會出現新的拉應力,應緩冷到100~120℃以後再出爐,或在高溫回火後再加一次低溫回火。

  合理的模具表面強化工藝

模具表面強化的主要目的的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能。表面強化處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、點火花表面強化法、滲硼、TD法、CVD法、PVD法、激光表面強化法、離子注入法、等離子噴塗法等。

①. 氣體軟氮化:使氮在氮化溫度分解後產生活性氮原子,被金屬表面吸收滲入鋼中並且不斷自表面向內擴散,形成氮化層。模具經氮化處理後,表面硬度可達HV950~1200,使模具具有很高的紅硬度和高的疲勞強度,並提高模具表面光潔的度和抗咬合能力。

②. 離子氮化:將待處理的模具放在真空容器中,充以一定壓力的含氮氣體(如氮或氮、氫混合氣),然後以被處理模具作陰極,以真空容器的罩壁作陽極,在陰陽極之間加400~600伏的直流電壓,陰陽極間便產生輝光放電,容器裏的氣體被電離,在空間產生大量的電子與離子。在電場的作用下,正離子衝向陰極,以很高速度轟擊模具表面,將模具加熱。離能正離子衝入模具表面,獲得電子,變成氮原子被模具表面吸收,並向內擴散形成氮化層。應用離子氮化法可提高模具的耐磨性和疲勞強度。

③. 點火化表面強化:這是一種直接利用電能的高能量密度對模具表面進行強化處理的工藝。它是通過火花放電的作用,把作爲電極的導電材料溶滲進金屬工件表層,從而形成合金化的表面強化層,使工作表面的物理、化學性能和機械性能得到改善。例如採用WC、TiC等硬質合金電極材料強化高速鋼或合金工具鋼表面,可形成顯微硬度HV1100以上的耐磨、耐蝕和具有紅硬性的強化層,使模具的使用壽命明顯得到提高。點火花表面強化的優點是設備簡單、操作方便,處理後的模具耐磨性提高顯著;缺點是強化表面較粗糙,強化層厚度較薄,強化處理的效率低。

④. 滲硼:由於滲硼層具有良好的紅硬性、耐磨性,通過滲硼能顯著提高模具表面硬度(達到HV1300~2000)和耐磨性,可廣泛用於模具表面強化,尤其適用於處理在磨粒磨損條件下的模具。但滲硼層往往存着較大的脆性,這也限制了它的應用。

⑤. TD熱處理:在空氣爐或鹽槽中放入一個耐熱鋼製的坩堝,將硼砂放入坩堝加熱熔化至800℃~1200℃,然後加入相應的碳化物形成粉末(如鈦、鋇、鈮、鉻),再將鋼或硬質合金工件放入坩堝中浸漬保溫1~2小時,加入元素將擴散至工件表面並與鋼中的碳發生反應形成碳化物層,所得到的碳化物層具有很高的硬度和耐磨性。

⑥. CVD法(化學氣相沉積):將模具放在氫氣(或其它保護氣體)中加熱至900℃~1200℃後,以其爲載氣,把低溫氣化揮發金屬的化合物氣體如四氯化鈦(TiCI4)和甲苯CH4(或其它碳氫化合物)蒸氣帶入爐中,使TiCI4中的鈦和碳氫化合物中的碳(以及鋼表面的碳分)在模具表面進行化學反應,從而生成一層所需金屬化合物塗層(如碳化鈦)。

⑦ PVD法(物理體相沉積):在真空室中使強化用的金屬原子蒸發,或通過荷能粒子的轟擊,在一個電流偏壓的作用下,將其吸引並沉積到工件表面形成化層。利用PVD法可在工件表面沉積碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等多種化合物。

⑧. 激光表面強化:當具有一定功率的激光束以一定的掃描速度照射到經過黑化處理的模具工作表面時,將使模具工作表面在很短時間內由於吸收激光的能量而急劇升溫。當激光束移開時,模具工作表面由基材自身傳導而迅速冷卻,從而形成具有一定性能的表面強化層,其硬度可提高15~20%,此外還具有淬火組子細小、耐磨性高、節能效果顯著以及可改善工作條件等優點。

⑨. 離子注入:利用小型低能離子加速器,將需要注入元素的原子,在加熱器的離子源中電離成離子,然後通過離子加熱器的高電壓電場將其加熱,成爲高速離子流,再經過磁分析器提煉後,將離子束強行打入模具工作表面,從而改變模具表面的顯微硬度和粗糙度,降低表面摩擦係數,最終提高工作的使用壽命。

  合理的模具結構設計

模具結構對模具受力狀態的影響很大,合理的模具結構能使模具工作時受力均勻,不易偏載,應力集中小。模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度、對中性和合理的衝裁間隙,並減少應力集中,以保證由模具生產出來零件符合設計要求。因此對模具的主要工作零作(如沖模的凸、凹模等)要求其導向精度高、同心度和中性好及衝裁的間隙合理。在進行模具設計時,應着重考慮的是:

①.設計凸模時必須注意導向支撐和對中保護。特別是設計小孔凸模時採用導向裝置結構,能保證模具零件相互位置的精度,增加模具抗彎曲、抗偏載的能力,避免模具不均勻磨損,從而延長模具壽命。

②. 對小孔、夾角、窄槽等薄弱部位進行補強,爲了減少應力集中,要以圓弧過渡,圓弧半徑R可取3~5mm。

③. 整體模具的凹圓角半徑很易造成應力集中,並引起開裂,對於結構複雜的凹模採用鑲拼結構,減少應力集中。

④. 沖模的凸、凹模圓角半徑R不僅對衝壓件成形有較大的影響,而且對於模具的磨損及壽命也影響很大。設計時應從保證成型零件充分接觸的前提下儘可能放大,避免產生倒錐,影響衝件脫料出模,如圓角半徑R過小且沒有光滑過渡,則容易產生裂紋。

⑤.合理增大間隙,改善凸模工作部分的受力狀態,使衝裁力、卸件力和推件力下降,凸、凹模刃口磨損減少。一般情況下,衝裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命。

⑥.模架應有良好的.剛性,不要僅僅滿足強度要求,模座厚度不宜太薄,至少應設計到45mm以上。浮動模柄可避免衝牀對模具導向精度的不良影響。凸模應緊固牢靠,裝配時要檢查凸模或凹模的軸線對水平面的垂直度以及上下底面之間的平行度。

⑦.模具的導向機構精度。準確和可靠的導向,對於減少模具工作零件的磨損,避免凸、凹模啃傷影響極大,尤其是無間隙和小間隙衝裁模、複合模和連續模則更爲有效。爲提高模具壽命,必須根據工序性質和零件精度等要求,正確選擇導向形式和確定導向機構的精度。一般情況下,導向機構的精度應高於凸、凹模配合精度。連續模具應設計4根導柱導向,這樣導向性能好。因爲增加了剛度,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。

⑧.排樣方式與搭邊值大小對模具壽命的影響很大,過小的搭邊值,往往是造成模具急劇磨損和凸、凹模啃傷的主要原因。從節約材料出發,搭邊值愈小愈好,但搭邊值小於一定數值後,對模具壽命和剪切表面質量不利。在衝裁中有可能被拉入模具間隙中,使零件產生毛刺,甚至損壞模具刃口,降低模具壽命。因此在考慮提高材料利用率的同時,必須根據零件產量、質量和壽命,確定排樣方法和搭邊值。

  合理選擇模具材料

衝壓模具工作時要承受衝擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負荷,甚至在較高的溫度下工作(如冷擠壓),工作條件複雜,易發生磨損、疲勞、斷裂、變形等現象。因此,模具材料的性能對模具的壽命影響較大,不同材質的模具壽命往往不同,對模具工作零件材料的要求比普通零件也高。

①.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,應儘可能選用品質好的鋼材。

a.材料的使用性能應具有高硬度(58~64HRC)和高強度,並具有高的耐磨性和足夠的韌性,熱處理變形小,有一定的熱硬性。

b.材料的工藝性能良好,具有可鍛性、淬硬性、淬透性、淬火裂紋敏感性和磨削加工性、熱穩定性和耐熱疲勞性等。通常根據衝壓件的材料特性、生產批量、精度要求等,選擇性能優良的模具材料,同時兼顧其工藝性和經濟性。

在大批量生產選用模具材料時,應選用長壽命的模具材料,如硬質合金,高強韌、高耐磨模具鋼(如SKD11,SLD,DC53等);對小批量或新產品試製可採用國產的45#、Cr12等模具材料;對於易變形、易斷裂失效的通用模具,需要選用高強度、高韌性的材料DF-2;熱沖模則要選用具有良好的韌性、強度、耐磨性和抗冷熱疲勞性能的材料( 如DAC)。

②.對模具材料要進行質量檢測,模板要符合供貨協議要求,模板的化學成份要符合國際上的有關規定。只有在確信模具材料合格的情況下,才能使用。

③.模具鋼材生產廠家採用電渣重熔鋼H13時要確保內部質量,避免可能出現的成份偏析、雜質超標等內部缺陷,要採用超聲波探傷等無損檢測技術檢查,確保鋼材內部質量良好,避免可能出現的冶金缺陷,將廢品及早剔除。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爲不大於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。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。而對於直徑小於或等於50mm的高合金鋼,其碳化物不均勻性一般在4級以內,可滿足一般模具使用要求。通過鍛造能有效改善工具鋼的碳化物偏析,一般鍛造後可降低碳化物偏析2級,最多爲3級。