影響厚板沖裁模具壽命的因素
/ 2021/7/3 12:11:56
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模具壽命是指模具磨損或其它形式失效，終至不可修復而報廢之前所加工的產(chǎn)品數(shù)。當前，模具壽命已作為衡量模具設計、裝配及使用質(zhì)量的一項重要指標。影響模具壽命的因素很多，如模具設計、模具材料及熱處理、設備選型、安裝與調(diào)試、保養(yǎng)和檢修等。作為重卡汽車制造業(yè)，對厚板橫梁和連接板的使用量較大，因此本文僅對加工厚板料的沖裁模具壽命進行探討。
1 模具設計
模具的結構不僅能影響到所生產(chǎn)零件的質(zhì)量，而且對模具的使用壽命也具有至關重要的影響。因此在設計時，應重點關注：模具的壓力中心、導向機構、沖裁間隙、鑲塊結構和布置、漏料機構等問題。
1.1 模具的壓力中心
沖裁力合力的作用點稱為模具的壓力中心。如果模具的壓力中心與機床滑塊中心不一致，沖壓時會產(chǎn)生偏載，導致模具以及壓力機滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具的使用壽命。所以設計模具時，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊中心相重合。但實際生產(chǎn)中，可能出現(xiàn)沖模壓力中心在沖壓過程中發(fā)生變化的情況，或者由于沖壓件形狀的特殊性，從模具結構考慮不宜于使壓力中心與滑塊中心重合，這時應注意使壓力中心的偏離不致超出所選用壓力機所允許的范圍。
1.2 導向機構
合理的導向機構，對于減少模具工作部分的磨損、避免鑲塊啃刃等影響極大，為提高模具壽命，必須根據(jù)工序性質(zhì)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。
對于厚板沖裁模具，上、下模座之間的導向機構可設計為導柱和導板配合使用的形式，這樣可提高導向的精度和強度，也以緩解沖裁時側向力不均對零件加工的影響。厚板沖孔時，經(jīng)常會出現(xiàn)零件卡在沖頭上，無法正常卸料。設計模具時，在卸料板內(nèi)增加導向裝置，將導柱安裝在卸料板上，導套安裝在上模板上。這樣可提高卸料板在卸料時的導向精度，避免其傾斜，從而緩解卡料現(xiàn)象。
1.3 沖裁間隙
沖裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，其雙面間隙用Z表示，單邊間隙用Z/2表示。沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量、模具壽命等影響很大。所以在設計模具時要選擇合理的間隙。間隙的選取要使沖裁達到較好的斷面質(zhì)量、較高的尺寸精度，較小的沖裁力，較高的模具壽命。
合理間隙指一個范圍值，確定是綜合考慮上述各個因素的影響，選擇一個適當?shù)拈g隙范圍作為合理間隙，其上限為最大合理間隙，下限為最小合理間隙。厚板模具出現(xiàn)啃刃、磨損等失效方式都與沖裁間隙有關。對于重卡所用厚板零件來說，對工件的斷面質(zhì)量沒有嚴格的要求，根據(jù)零件的材質(zhì)，選取單邊間隙（Z/2）為料厚的10%-12%較為合適。通過驗證，此間隙不會影響到零件的質(zhì)量，而且提高了模具的使用壽命。
1.4 鑲塊結構和布置
對于厚板沖裁模具，在落料或切邊加工時，凸、凹模鑲塊出現(xiàn)失效的概率最大，失效方式以崩刃和磨損為主。因此對于刃口形狀復雜以及容易損壞的凸、凹模應設計成鑲塊式結構，如果某一個鑲塊出現(xiàn)失效，只需更換該鑲塊即可，不必整體更換，方便維修的同時還降低了維修成本。鑲塊的分塊要點如表1。
1.5 漏料機構
沖裁結束時，廢料豆需從凹模中通過漏料機構滑落出來。漏料機構一般有直漏式和滑落式。一般會根據(jù)模具的結構和高度選擇漏料機構，從厚板料模具的使用情況來看，在空間允許的情況下，盡量選擇用滑落式，這樣可以防止料豆堆積而損壞模具。如果用鑄件表面作為滑槽，其傾斜角最小必須在45°以上，用薄板作為滑槽時，其傾斜角最小必須在30°以上，保證廢料豆能順利滑落。加工漏料孔時，盡可能不要采用交叉公用，因為這樣容易產(chǎn)生廢料堵塞。
2 材料及熱處理
在影響模具壽命的諸多因素中，模具材料的選擇和熱處理工藝的制訂對模具壽命的影響非常大，合理的選材與實施正確的熱處理技術是保證模具壽命的基礎。
機械制造行業(yè)中常用的沖壓和擠壓等模具由于在使用的過程中承受的載荷通常都較大，其使用壽命與模具零件所選材料的硬度、強度、耐磨度及抗沖擊韌性等有著直接的關系。
模具零件在熱處理過程中，由于金屬材料金相組織的改變而產(chǎn)生的組織應力及受高溫和快速冷卻過程中產(chǎn)生的熱應力的共同作用，常會發(fā)生開裂。在許多情況下，模具零件盡管沒有明顯的裂紋，但由于其內(nèi)部存在著很大的內(nèi)應力，在使用的過程中，如果模具所承受的外力較大，就會在外力作用下產(chǎn)生相應的應力，再加上由于在熱處理過程中材料本身已存在的內(nèi)應力，從而使模具材料很快發(fā)生疲勞裂紋，甚至斷裂，最終導致模具喪失工作能力。從某種意義上講，模具使用壽命的長短與其熱處理工藝同樣有著非常密切的關系。
3 設備選型
厚板沖裁時，要選擇高剛性的沖壓設備，這樣才能保證模具工作有良好的設備條件。所以一般多采用閉式結構的機械壓力機。所選壓力機的公稱壓力必須大于沖裁所需的總壓力，模具沖裁總壓力一般以設備的60%-70%公稱壓力為限使用較好。
4 安裝與調(diào)試
模具在使用過程中，是否正確規(guī)范操作對模具壽命也有一定的影響，尤其是在安裝和調(diào)試過程中。對于厚板沖裁模具，應該注意以下幾點：
4.1 對有快速定位的模具裝模時要使用快速定位裝置，模具的中心線要和工作臺中心線重合，嚴禁偏心安裝模具。
4.2 安裝模具時，上下模座的緊固點分別不少于4個點并按照對角順序進行緊固。
4.3 試沖前，用抹布把模腔擦拭一遍，保證模腔無鐵屑等異物，并將頂高柱從安全柱上取下，置于專門放置處。
4.4 正式作業(yè)前，在上下模座的導向機構（導柱，導套，導板）加注潤滑油。
5 保養(yǎng)和檢修
模具的一些內(nèi)部構件在未拆開狀態(tài)下是無法觀測到的，有時候模具內(nèi)部構件出現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)不了，導致模具帶病作業(yè)，這樣就加重了對模具的損害。所以模具的定期保養(yǎng)和檢修對模具的使用壽命有很大的影響。根據(jù)模具的使用情況，確定出合理的檢修周期。對于厚板沖裁模具，定期保養(yǎng)和檢修應重點關注以下內(nèi)容：檢查凸、凹模刃口是否磨損變形，檢查凸、凹模固定板是否松動，檢查彈簧是否失效，擦拭和潤滑退料板內(nèi)二級導向機構等。
6 結束語
模具的壽命是在一定時期內(nèi)模具設計、模具材料及熱處理、設備選型、安裝與調(diào)試、保養(yǎng)和檢修等各種因素共同影響下的綜合體現(xiàn)。壽命長的模具，不僅可以提高產(chǎn)品的加工效率，還可以降低模具開發(fā)成本。本文找出了影響厚板沖裁模具壽命的一些關鍵因素，并對如何提高模具使用壽命做了一些探討。
