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冷冲模具失效原因分析与对策

发布日期:2018-09-29 浏览次数:

随着模具工业的不断发展,模具的应用越来越广泛。目前大多数模具的使用寿命比较低,而且缺乏对模寿命管理的理论认识和指导依据,这不仅会影响模具冲压生产的产品质量,而且会造成模具材料,加工工时等成本的巨大浪费,增加产品的成本并降低生产效率,严重制约了企业的可持续发展。


1.模具失效形式及原理      

模具早期的失效形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。正常失效是指模具经大批量生产使用,因缓慢塑性变形或较均匀的磨损或疲劳断裂而不能继续工作。模具的种类繁多,工作状态差别很大,损坏部位也各异,但失效形式归纳起来大致有三种,即磨损、断裂、塑性变形。


(1)磨损失效

模具在工作时,与成形坯料接触,产生相对运动,接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损,如图1所示。磨损失效可分以下几种:


疲劳失效:两接触表面相对运动时,在循环应力(机械应力与热应力)作用下,使表面金属疲劳脱落的现象称为疲劳磨损。


气蚀磨损和冲蚀磨损:金属表面的气泡破裂,产生瞬间的冲击和高温使模具表面形成微小麻点和凹坑的现象叫气蚀磨损。


液体和固体微小颗粒反复高速冲击模具表面,使模具表面局部材料流失,形成麻点和凹坑的现象叫冲蚀磨蚀。


磨蚀磨损:在摩擦过程中,模具表面和周围介质发生化学或电化学反应,在加上摩擦力的机械作用,引起表面材料脱落的现象叫磨蚀磨损。在模具与工件(坯料)相对运动中,磨损往往是以多种形式并存,并相互影响。

(2)断裂失效

模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分丧失工作能力,称为断裂失效。如图2所示。

断裂可分为塑性断裂和脆性断裂。模具材料多为中、高强度钢,断裂的形式多为脆性断裂。脆性断裂又可分为一次性断裂和疲劳断裂。


(3) 塑性变形失效

模具在工作时承受很大的应力,而且不均匀。当模具的某个部位的应力超过了当时温度下模具材料的屈服极限时,就会以晶格滑移、孪晶、晶界滑移等方式产生塑性变形,改变了几何形状或尺寸,而且不能修复再工作时,叫塑性变形失效。塑性变形的失效形式变现为镦粗、弯曲、型腔胀大、塌陷等。

模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程。是否产生塑性变形,起主导作用的机械负荷以及模具的室温强度。在高温下工作的模具,是否产生塑性变形,主要取决于模具的工作温度和模具材料的高温强度。


2.冷冲模失效原因分析及对策

通过分析研究模具的使用寿命与模具的结构设计、模具材料的选用、热处理、机械加工研磨、线切割工艺、冲压设备、冲压材料及工艺,模具润滑、保养维修水平等诸多因素有关。其中引起模具失效的各种因素中,模具结构不合理、选材不当约占25%,热处理不当约占45%,工艺问题约占10%;设备问题、润滑问题等因素约占20%。


(1)模具结构对模具受力状态的影响很大,合理的模具结构能使模具工作时受力均匀,不易偏载,应力集中小。故模具设计时应考虑模具关键件有足够的强度、刚度,如对于小孔,夹角、窄槽等薄弱部分进行加强,减少应力集中。对于结构复杂的凹模采用镶拼结构,选择合理的间隙,改善凸模工作部分的受力状态,使冲裁力、卸料力和推件力下降,以减少凸、凹模的磨损。正确选择导向形式和确定导向机构的精度。一般情况下,导向机构的精度应高于凸、凹模的配合精度。导向性能好。有足够的刚度,保证凸、凹模间隙均匀,防止凸模和凹模不会发生碰切现象。


冲压模具工作时,要承受冲击、振动、摩擦等荷载,工作条件复杂,易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此模具材料的选用对模具寿命影响很大。鉴于冷冲模的工作条件、生产批量大等生产技术要求;一般选用有较高的耐磨性和足够的韧性,热处理变形较小,有一定热硬性的的材料。


(2)热处理不当是导致模具早期失效的重要原因,从模具分析得知,45%的模具失效是由于热处理不当造成的。模具热处理包括退火,粗加工后高温回火或低温回火,精加工后的淬火与回火,线切割以后的去应力低温回火。只有冷热加工很好的相互配合,才能保证良好的模具寿命,模具淬火后存在很大的残余应力,它往往引起模具变形甚至开裂。为了减少残余应力,模具淬火后应进行回火,回火应充分,回火不充分易产生磨前开裂。对碳素结构钢,统计分析研究后,200℃回火1h,残余应力消除约50%,回火2h残余应力消除约75%~80%,,而500℃~600℃回火1h,残余应力消除达90%。


(3)线切割加工前,原材料因淬火呈拉应力状态,线切割时产生的热应力也是拉应力,两种应力叠加很容易达到材料的强度极限而产生裂纹,从而造成模具过早失效。因此线切割加工后,需经过研磨去掉表面硬度低的白层再在160℃~180℃回火2h,从而降低线切割产生的热应力,提高冷冲模的韧性,延长模具使用寿命。


 (4) 冲压设备的精度和高度,结构特征,安装环境及冲压速度也是模具失效因素之一,因此冲压设备的精度要高,刚性要好;冲床本身的框架结构和地基隔离带要保证冲床的水平度,再者冲床要定期检修维护;适当调整冲压速度,因为冲压速度愈高,模具在单位时间内受的冲击力愈大;时间愈短,冲击能量来不及传递和释放,易集中在局部,造成局部应力超过模具材料的屈服应力。


(5)为保证冲压件的质量,降低成本,防止模具非正常失效,延长模具寿命,需对模具进行保养,确保模具的清洁和合理的润滑,使用过程中严格控制凸模进入凹模的深度;及时刃磨,凸、凹模表面的粗糙度越低,耐疲劳强度越高,粗糙度值每降低1级,寿命可提高1倍,板料在冲裁时,随着凸模进入板料深度的增加,材料向凸、凹模刃口流动,直到凸模刃口和凹模刃口之间产生裂纹重合时为止。在材料流动时,凸、凹模端面产生很大的摩擦力,而摩擦力大小在很大程度上取决于凸、凹模端面粗糙度的高低,因此,及时刃磨,有利于提高冲模寿命。


3.结语

模具非正常失效是延长模具寿命的技术瓶颈,通过分析研究模具制造和使用过程中引起模具失效的各个原因,可以有效地防止了模具的非正常失效,从而延长模具寿命,降低成本。为企业的可持续发展提供了有利的技术支持。


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