高少英

（陜建集團設備安裝工程有限公司工業公司）

    沖模是模具工業中最常使用的模具之一，從低端的機加工行業到高端的智能數控行業均有應用。然而在實際應用中，沖模壽命過短、產品成本較大及加工費用較高是制約其發展的主要因素之一。因此通過提高沖模壽命降低沖模費用，是降低產品成本的關鍵環節。本文通過分析影響沖模壽命的因素，提出了提高沖模壽命的主要措施。

 

    1.沖模失效的基本類型

    沖模的重要失效形式為：模具刃口的磨損、模具刃口的崩刃、凹模或凸凹模的破裂、凸模的折斷和塑性變形。

 

    2. 影響沖模壽命的主要因素：

    ①沖件的結構工藝性（尖角、薄壁、懸臂、尺寸公差等）。

    ②沖壓件的材料（材料、料厚、硬度、塑性、表面質量等）。

    ③沖模的模具結構（強度、剛度、模具導向、小凸模的導向等）。

    ④模具材料（材質、硬度、韌性等）。

    ⑤模具的制造（機加工工藝、熱處理工藝等）。

    ⑥沖件的生產操作（調模高度、壓力、速度；坯料清潔、潤滑）。

    ⑦模具的維修（合理存放、合理刃磨等）。

 

    1.審查沖件工藝性

    如果沖件工藝性較差，應向沖件設計部門提出改善建議，沖件盡量避免尖角、懸臂、薄壁等。

 

    2.模具結構設計要合理

    （1）無導向敞開式沖裁模應予淘汰。無導向敞開式沖模調校困難，沖裁間隙難以保證均勻，使沖模刃口產生不均勻磨損，從而縮短沖模壽命。當沖件產量不大，從降低成本考慮，可用導板式沖裁模取代敞開式沖裁模。從結構上比較，導板式沖裁模比敞開式沖裁模僅增加了導板與限位柱，造價雖稍高，但操作安全、沖壓精度高，沖模壽命也高了許多。

 

    （2）設計凸、凹模時，必須采用合理的間隙、合理的壁厚。設計凸、凹模外形尺寸時，要充分考慮凸、凹模的強度、剛度和使用壽命。

 

    （3）對于易變形、易損件應采用可換式結構，多做備件。對于易損部位（比如說懸臂處）采用鑲拼結構，鑲塊角度應為直角或鈍角，避免銳角。鑲件應具有良好的工藝性，便于加工、熱處理和更換。

 

    3.提高模具中凸、凹模等工件零件的材料質量

    凸模和凹模是在連續使用中有很大沖擊的條件下工作的，工作條件及其惡劣。所以對凸、凹模的材料要求有高的硬度，好的磨性、耐沖擊性、淬透性和切削加工性。

 

    制凸、凹模的材料一般使用高碳、高鉻合金工具鋼及韌性較好的高速鋼。國內沒有對磨具鋼進行二次精煉，而是將冶煉好的鋼水直接澆注到錠模中凝固成鋼錠后再軋鍛，制成鋼材。因為鑄錠軋制或鍛壓成的鋼材，雜質多、純度較差，給制造凸、凹模帶來嚴重的質量隱患。為了提高凸、凹模的使用壽命，用來制造凸、凹模的鋼材，建議進行二次精煉。在使用Cr12等合金工具鋼軋鍛材制造凸、凹模鍛坯時，必須采用合適的鍛造比，以變向及多向反復鐓拔操作，使碳化物分布趨于均勻。

 

    4.要改進和完善沖模制造工藝

    國內一般采用電火花、線切割工藝制造沖模的凸、凹模。這種加工不僅在凸、凹模型面的表面上有一層有害電蝕層，而且尺寸精度和表面粗糙度不能完全達到要求。所以對于形狀規則能磨削加工的凸、凹模，應盡量避免采用線切割和電火花加工。如果必須用電火花、線切割加工，建議在線切割或電脈沖加工后增加成型磨削、研磨、拋光等后續加工，消除有害電蝕層，提高凸、凹模尺寸精度，降低表面粗糙度值，從而提高凸、凹模的壽命。

 

    5.采用合理的熱處理工藝

    不同的加工方法應采用不同的熱處理工藝。以Cr12MoV制作的凸、凹模為例，當用線切割加工時，都是在加工前就淬火及回火，宜采用較高的淬火與回火溫度（建議用1020℃淬火，500℃回火）；而當完成了凸、凹模機械加工后再淬火，為防止變形，宜采用較低溫度淬火與回火（建議用990℃淬火，200℃回火）。同時，對Cr12MoV等高碳、高鉻合金工具鋼制作的凸、凹模淬火，推薦采用預熱處理。另外，為了防止淬火開裂，減小淬火畸變，改善機械加工性能，復雜的凸、凹模在粗加工后進行調質處理。

 

    6.進行合適的表面強化處理

    對凸、凹等工件零件表面（主要是刃口和型腔表面）進行合適的表面強化處理，提高耐磨層，增強耐磨力，從而提高沖模壽命。表面強化處理的方法分三類：

    ①改變基體表面化學成分的，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硫、滲金屬等。

    ②不改變基體化學成分的，如激光、電子束、真空熱處理以及低溫和超低溫處理等。

    ③基體表面形成硬化層的，包括鍍硬鉻、熱噴涂、電火花強化、等離子噴涂、化學沉積、熔澆法涂復、碳化鈦復層等。

    根據實際情況，選擇合適的表面強化方法，是提高沖模壽命的有效手段。

  

    7.沖壓時選擇合適的潤滑及潤滑劑

    潤滑能降低沖壓力，改變沖壓過程中工作零件與材料間的摩擦性質，有利于金屬在型腔中的流動和沖壓件的順利出模，散發摩擦熱，減小凸、凹模磨損，從而提高沖模壽命。潤滑要有效果，就要選用合適的潤滑劑。下面提供幾種潤滑劑供參考：

 

    （1）普通沖裁用潤滑劑    一般鋼材沖裁建議用：GB443-1989  L-AN32全損耗系統用油100%；有色金屬板料沖裁建議用：L-AN10全損耗系統用油100%；不銹鋼沖裁建議用： 菜油100%.

    （2）精沖用潤滑劑   一般采用氯化石蠟100%，精沖極壓油。

    （3）拉深、彎曲及成型用潤滑劑   用于低碳鋼板拉深建議用：  GB443-1989   L-AN10全損耗系統用油43%、魚肝油8%、石墨15%、油酸8%、硫磺粉5%、鉀肥皂6%、水15%配方的潤滑劑；用于有色金屬板拉深建議用： 50%菜油、50%濃肥皂水配成的潤滑劑。

    以上潤滑劑都可用于彎曲與成型。

   

    8.進行及時的刃磨

    沖裁模在使用一段時間后，刃口變鈍，沖出的沖件毛刺加大，刃口側面磨損加劇。如果對沖模及時刃磨，使刃口鋒利，不僅能減少刃口磨損，還會改善沖件質量。實踐中，通常根據沖件毛刺高度來確定沖模刃磨的時機。提前刃磨會降低沖模刃磨受命；推遲刃磨沖模因過度磨損惡化沖件質量，同時要加大刃磨量才能修復刃口，必然會降低沖模使用壽命。根據實踐經驗，當沖裁件毛刺達到表1所列數據時，應進行刃磨。

表1   金屬板沖裁件毛刺高度允許最大值

沖裁件料厚 t/mm	普通沖裁	精   沖
	毛刺高度/mm
～0.3	≤0.05
>0.3～0.5	≤0.08	≤0.04
>0.5～1.0	≤0.10	≤0.05
>1.0～1.5	≤0.13	≤0.06
>1.5～2.0	≤0.15	≤0.10
>2.0～3.0	≤0.20	≤0.15
>3.0～4.0	≤0.25	≤0.20
>4.0～6.0	≤0.30	≤0.25
>6.0	≤0.50	≤0.30

    沖裁模每次刃磨量大致為0.1～0.2mm。刃磨量不僅取決于刃口磨損情況，還與沖件料厚、材料種類及供應狀態、刃磨順序有關。沖件材料強度大而硬，刃口磨損嚴重；沖件料厚而大，沖裁時凸模進入凹模越深，刃口磨損面越大，刃磨量就要加大。一般情況下，首次刃磨往往比較容易且刃磨量要小些，隨著沖模的刃磨次數增加，多數非園刃口產生不均勻磨損，加大刃磨度，所以刃磨量也要加大。表2為沖模刃磨量的推薦值。

表2  沖模刃磨量的推薦值

沖裁件料厚 t/mm	刃磨順序
	初次刃磨	第2～10次刃磨	第11～25次刃磨
	推薦刃磨量/mm
≤0.5	<0.1	0.10	0.12～0.15
>0.5～1.0	0.10	0.12	0.15
>1.0～2.0	0.10～0.12	0.15	0.20
>2.0～4.0	0.15	0.18	0.20～0.25
>4.0～6.0	0.2	0.25	0.3
>6.0	0.25～0.3	0.3～0.4	0.5～0.6

   

    根據實踐經驗，要提高刃磨壽命，在使用沖模中要注意以下幾點：

    (1)原材料沖壓前要清理其表面銹污，去除毛刺、校直扭曲與拱彎。

    (2)沖模的安裝、調校及拆卸，應由專職調整工進行。在安裝模具調整壓力時，壓料力和反壓力盡量取小值。

    (3)調校沖模應嚴格控制凹模深度。對沖裁模，凸模進入凹模深度應小于或等于沖件料厚。

    (4)手工送料應注意送料節奏與壓力機滑塊行程速度匹配，送料推拉力量要均勻，尤其對多工位模及薄料小尺寸沖件更應注意，因為擋料限位的搭邊窄小，強度很小，很容易引起扭曲變形而加大送料進距誤差，或引起小沖頭變形，損壞沖模。

 

    實踐證明，改善沖件工藝性、合理設計模具結構、提高模具工作零件材料質量、采用恰當的沖模制造工藝、采用合理的熱處理工藝、進行合適的表面強化處理、沖壓時選擇合適的潤滑方式及潤滑劑、進行及時的刃磨均能夠提高冷沖模壽命。隨著新工藝、新技術的不斷出現，為了降低模具制造成本和提高產品質量，應對提高沖模壽命的方法進行更加深入的研討。

 

1、機械設計手冊  機械工業出版社　1994年
2、沖模設計手冊　機械工業出版社  1988年
3、新型冷沖壓模具　國防工業出版社　1985年
4、機械工程材料手冊  機械工業出版社  1991年