冲压模具的寿命提升与修复技术研究

吴雪梅　吴冉

摘要：冲压模具加工是现代化工业生产中广泛使用的加工技术，通过对冲压模具常见失效形式的研究，总结了提升冲压模具使用寿命的方法与途径，并对冲压模具的修复技术做了简要介绍。

关键词：冲压模具；寿命提升；修复技术

中图分类号：TG3852文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.05.006

冲压模具是现代化工业生产中常用的一种工艺技术，冲压模具主要是利用冲压加工将金属或非金属的原材料加工成为所需零件或半成品的一种快速加工方式，模具加工特别适用于产品或零件的大批量加工，具有效率高成本低的显著优点，模具的使用寿命是决定生产效率和质量的关键，在模具合理安装和正确使用的情况下，模具应按照最初的设计要求具有稳定且长期的使用寿命，但模具在使用的过程中常常因为各种原因影响使用寿命并可能对模具造成一定的损坏，因此，为保证沖压模具具有长期稳定的使用寿命，探索模具寿命提升方法与修复技术是十分必要的。

1冲压模具的失效形式

冲压模具的失效主要是指在模具加工过程中由于特殊原因导致的模具损坏或加工缺陷。冲压模具按照其失效的周期长短可以分为正常失效和过早失效两类，正常失效是指模具在到达使用寿命以后出现的失效，是模具使用过程中不可避免产生的现象，过早失效往往是由于设计、加工、使用过程中的不合理现象导致的，对于过早失效，应及时查找失效原因，尽早采取补救措施。冲压模具的常见失效形式包括了磨损、啃刃、变型、断裂、腐蚀等几种形式。其产生原因如下：（1）磨损主要是由于凸、凹模具长期反复冲压工作，造成了模具工作面与加工材料外表面之间的频繁摩擦，久而久之就会出现明显的磨损现象。（2）由于模具装配调整不到位，导致凸、凹模具在加工的过程中不能准确对正，造成模具刃口损伤。（3）变形通常是由于模具内表面的热处理强度不足，导致模具的关键工作面发生形变，以至于所加工的零件形状或尺寸不达标，达不到加工质量的相关要求。（4）断裂主要是由于设计原因或材料选择不合理，导致负载冲压的过程中凸、凹模具受力不均衡或受力过大，凸、凹模中较弱的位置出现断裂的现象。（5）腐蚀是由于表面处理工艺或维护保养不当导致的模具工作面的化学性破坏[1]。

2冲压模具寿命提升方法

2.1改善模具的设计方法

为了降低冲压零件时的冲裁力，应做到在达到质量要求的前提下，使冲裁的间隙尽可能的大一些，以降低模具在使用过程中的磨损程度，尽量的延长模具的使用寿命。由于凸模产生变形或折断的可能性更大，因此在设计时应考虑增加凸模的几何尺寸，以减少凸模在使用过程中因偏载而导致的破坏。同时在设计时对模具的工作面给予明确的光洁度要求，减少模具加工过程中产生的摩擦力，并提高冲压模具的零件加工效果。对凸、凹模具的配合间隙也应做到准确合理，间隙过大容易使冲压零件表面产生褶皱，间隙过小会使模具出现严重磨损。此外，若间隙不均匀会导致加工过程受力不均，容易加速模口的磨损[2]。

2.2优化模具的使用材料

模具的材料选择是模具使用寿命的另一个关键因素，模具的材料选择应以加工产品的数量和加工难度为主要依据，当冲压产品的量比较大时，模具的材料应符合强度高、刚度好、韧性和耐磨性优质的要求，若加工材料的量比较小，则选择普通材料加工模具即可。此外，应根据零件的加工难度和材料属性考虑模具零件的选取，若加工零件的尺寸要求精细，则设计模具时凸、凹模具的间隙就相对更小，冲压过程中所产生的摩擦力更大，此时也应该选取耐磨性和韧性都更为优质的材料加工模具。

2.3模具热处理工艺的合理选取

为延长模具的使用寿命，应认真分析加工模具所选材料的金属性质，合理地选择热处理加工工艺，冲压模具的制造通常需要通过淬火来提高材料的硬度，在淬火的过程中应控制好加热温度，温度过高会导致模具材料过度淬火出现脆性过大，过脆的材料在冷却的过程中易出现开裂，细小的裂纹导致模具在使用过程中出现碎裂破坏，同时过脆的模具也不适用于长期使用，但如果在模具淬火的过程中，加热的温度不够高，会导致淬火后的零件硬度和淬火深度都达不到热处理要求，在零件冲压加工的过程中模具整体容易产生变形，模具的工作表面也容易产生磨损，因此，对于模具的淬火，一定要达到热处理的要求温度，避免因热处理不良影响模具的使用寿命。

2.4对冲压模具进行适当的维护保养

为了使模具能够长期的维持优质的生产状态，保证零件的生产质量，在使用的过程中应注意对模具进行合理的维护保养。模具的正确使用和保养应从以下几方面出发：（1）在模具正式开始使用之前，应对模具进行正规的安装与调试，调试内容包括上模的起止点位置和入模深度；对位置和弯曲进行校正；对模具的刃口进行复磨；调整冲压设备，使其达到冲压模具要求的精度和冲压力。（2）选择有经验的工人进行试加工，试加工应注意总结每次零件存在的问题，并使问题在前期尽可能暴露出来，对出现问题做准确及时的调整，尽量减少试加工的次数，降低试加工过程中产生的磨损。（3）提高工人的操作技能，确保能够正确控制冲压设备，并在凸、凹模工作表面涂抹适量的润滑油，以减少磨损，提高零件的加工质量。（4）当冲压模具使用一段时间后，模具刃口可能出现磨损、变形等现象，此时应当对模具进行适当的修整，恢复刃口的变型，减缓磨损的进一步产生。

3冲压模具的修复技术

3.1常用的冲压模具修复技术

常用的冲压模具修复技术主要包括：表面熔覆技术、电刷镀技术，以及热喷涂技术几大类。

（1） 表面熔覆技术主要是利用特殊合金材料融化焊接的方式补充模具的受损部位，不仅能够起到修复模具工作面上的缺陷作用，更能起到强化补充位置强度，提高模具耐磨性能的作用。常见的表面熔覆技术包括：氧气乙炔堆焊、等离子熔覆、电弧堆焊、复合堆焊等，其原理见下图。氧气乙炔堆焊是利用氧气乙炔的燃烧热量融化补充的金属粉末，使材料在模具受损处逐渐凝固，氧气乙炔堆焊修复适应性强，比较适合现场修复使用，表面修复质量较高。电弧堆焊修复包括了手工电弧堆焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧堆焊三类。手工电弧焊操作较简单，能达到基本的修复目的，但是对修复的质量不易控制，受人工技术影响较大。二氧化碳气体保护焊具有堆层质量好、硬度高、成本低的特点，但会产生较为严重的飞溅。埋弧堆焊修复具有焊层表面光滑，修复过程自动化程度高的优点，但是埋弧堆焊由于热量过大，容易损伤模具修复位置附近的工作面，不适用于小面积的修复。复合堆焊是采用了分层修复的新方式，耐磨性、耐腐蚀性都比较好，是现阶段较为均衡的修复技术。等离子熔覆是通过等离子束的高温作用将金属粉末融化后与模具表面融合凝固，但是等离子融覆由于热量大，容易出现变形、开裂等问题。

（a）氧气乙炔堆焊原理（b）二氧化碳气体保护堆焊原理 （c）等离子熔覆原理

图常见的表面熔覆技术原理示意

（2） 采用电刷镀工艺进行修复，电镀笔为正极，需修复的模具表面与负极相连，在直流电压的作用下电镀液均匀的覆盖在修复层表面，一段时间后在修复表面形成金屬镀层。电刷镀修复具有操作简单、便于携带的优点，可用于大型模具的修复，且维修时间短，应用范围广，但是电镀液具有一定的污染性，容易对环境和人身安全造成危害。

（3） 热喷涂技术是将金属或非金属材料加热至融化，再通过高速喷射在模具的修复位置形成喷涂层，对于材料的加热常采用火焰加温、等离子加温或超声加温。热喷焊的表面具有耐磨耐高温的特性，适用于热作冲压模具的修复。

3.2新型激光修复技术

激光修复技术是利用激光束的特点进行加温和修复，主要的激光修复技术包括了表面溶凝、激光熔覆以及激光填料焊接三大类。表面溶凝主要利用激光束高能集中的特点，直接对模具上微小的损伤位置进行加热，使其在微小的范围内融化后再凝固，修复细小的损伤和裂纹。激光熔覆技术是通过激光的作用，利用融化少量的模具金属达到形成新的改性层组织，在表面之间形成良好的冶金结合层，达到修复缺陷优化金属性能的目的。激光填料焊接主要是利用激光束融化焊丝用以补充较大位置的模具裂纹或缺陷，避免激光修复出现凹陷和卷边现象。激光束能量较高，不会在大范围对模具产生影响，且由于金属良好的导热性，修复位置冷却速度快，修复质量好[3]。

对于冲压模具寿命和修复能力的研究，都要建立在合理设计和规范使用与保养的基础上，只有避免了人为设计和使用失误造成的模具损坏，模具才能获得长久稳定的使用寿命。

参考文献：

[1]潘祖军， 李艳. 冷冲压模具失效形式以及对策研究[J]. 农业开发与装备， 2014（7）：44.

[2]苑芸烽， 赵建朋. 提高冲压模具使用寿命的方法探讨[J]. 科技与创新， 2015（12）：80.

[3]刘斌， 崔志杰. 模具修复技术及发展趋势[J]. 模具工业， 2017， 43（2）：1.

[4]金荣植. 模具的修复技术与应用[J]. 金属加工（热加工）， 2014（21）：60.

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