摘要：冲裁模具寿命一直是冲压行业研究的重点领域，影响模具寿命的因素很多，包括模具材料、热处理、模具结构、模具制造、产品材料性能、材料厚度、模具间隙等。本文通过对一般冲压模具寿命影响因素研究，探索中厚板冲裁时材料性能、模具结构、模具间隙、冲压力等对模具寿命的影响，对中厚板冲裁时提高模具寿命具有十分重要意义。
关键词：中厚板；模具寿命；影响因素
1.模具寿命的界定
冲裁模具寿命有两种含义，一是指刃磨寿命，即模具在相邻的两次修磨维修间所生产的产品数量，这种情况模具只需修磨和维修后能重新使用；二是指总寿命，即模具从开始投入生产到模具完全不能使用时所生产的产品数量。
2.模具寿命的影响因素
2.1模具材料
模具材料对模具寿命的影响要综合考虑模具的工作条件、模具结构和模具零件的加工条件等。模具工作时由于承受着大的交变载荷且与被冲材料产生剧烈的挤压和摩擦，因而要求材料既要有足够的强度、刚度和硬度，又要具有足够的韧性和耐磨性；材料内部组织要求致密、碳化物颗粒细小且分布均匀；淬透性好，热处理变形小且具有良好的机械加工性能和经济性能。
2.2模具结构
冲裁模具结构对模具寿命的影响较大，合理的模具结构有利于提高模具寿命。模具结构的合理性应在满足模具正常使用的情况下，有利于冲压力的降低和模具强度、刚度的提高。对于一些易产生应力集中的或细长的悬臂部位宜采用镶件，便于这些部位磨损或损坏后零件的更换。在模具受力零件的过渡连接处应采用圆弧过渡，以避免产生应力集中而导致模具开裂。在小孔冲裁时，为避免凸模压弯或折断，一般应将凸模做成阶梯式，尽量减小工作部分的长度，或对凸模增加护套，以提高它的强度和刚度。在多孔冲裁中，小凸模应比大凸模短，这样可以避免冲裁时材料对其挤压而导致其折断。在中厚板冲裁时由于卸料力大，凸模尽可能采用阶梯式结构与固定板配合或直接采用螺钉与销钉联接固定的方式，避免卸料力将其拔出。
2.3模具间隙
合理的模具间隙有利于提高冲裁产品的质量和模具寿命。间隙过大或过小都会降低模具寿命。间隙过小，冲裁断面会产生二次光亮带，导致与模具产生的摩擦长度增大，而且刃口附近所产生的正压力和侧压力都增大，使模具易于磨损，降低了模具寿命。间隙过大，板料在冲裁时弯曲变形程度增加，由于弯曲变形的不均匀性，导致凸模在承受正压力的同时，也承受较大的侧向压力，使凸模易于折断或崩刃。
2.4冲压力
冲压力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。其中对模具寿命影响大的是冲裁力和卸料力。冲裁力使模具承受压应力，当冲裁力过大时，将导致凸模受压失稳或变形。而冲裁力与冲压材料的力学性能、材料厚度、材料内部的组织结构及热处理状态有关，材料的抗剪强度越大、厚度越大、组织越不均匀，冲裁力就越大。目前，中厚板大多数采用热轧而成，相对于薄板冷轧来说，其抗剪强度要大，组织的均匀性要差，因而其冲裁力要大，故中厚板冲裁时，凸模容易在冲裁力的作用下产生变形或折断，凹模则容易崩刃。冲裁卸料力主要是对凸模形成拉应力，当凸模承受的拉应力达到其抗拉强度时，会造成凸模被拉断。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在一般板料冲裁时，卸料力对模具寿命的影响不是很大，但对于小孔和中厚板冲裁时，往往出现凸模被拉断现象。
2.5模具制造
（1）毛坯制造
冲裁模具工作零件大部分采用工具钢和合金钢，这类钢材的碳和合金含量较高，在冶炼时碳与合金存在成分偏析、组织偏析、碳化物偏析等缺陷，因而在制作模具前必须经过锻造，使其组织均匀，碳化物细化，同时使其外形和尺寸与零件相当。锻造时要严格控制始锻温度和终锻温度，确保材料在锻造时具有良好的塑性，避免材料在终锻时产生内部裂纹。经锻造后的毛坯还应进行退火处理，以消除锻造时的内应力，使组织进一步细化，降低硬度便于机械加工。
（2）模具加工
冲裁模具工作零件的加工包括外形加工和工作刃口加工，其外形加工一般采用机械加工方式，工作刃口加工可采用机械加工和电加工两种方式。外形加工需满足零件的平行度、垂直度及表面粗糙度等技术要求。外形部分由于未直接参与冲裁，因而对模具寿命的影响不大。对于刃口部分由于直接参与冲裁，因而其加工质量对模具寿命的影响较大。对于纯采用机械加工的工作零件，当采用车、铣、刨、粗磨、热处理后，再采用成形磨削对其进行精加工，此时由于磨削区的温度很高，使表层金属往往产生残余拉应力和磨削烧伤，导致其强度、硬度降低，甚至产生微裂纹，影响模具寿命。此外在磨削面的结合处时，如不能光滑过渡，则会导致该处工作受力时容易产生应力集中而开裂。同时为保证磨削后的表面粗糙度满足要求，往往采用研磨或抛光的方式来降低表面粗糙度值，减少工作部分表面与冲压材料的摩擦，提高模具寿命。
对于形状复杂或采用机械方式难以加工的模具，往往采用电火花加工。电火花加工时，由于加工区域瞬时温度可达12000℃，同时由于电蚀产物的沉积，使加工表面产生包括残留熔化层和热影响层的变质层，这层金属既硬又脆，若不清除，工作时将会导致表层脱落和产生微裂纹，使得模具寿命大为降低。
（3）模具装配
模具装配质量的好坏对模具的寿命有直接的影响。冲压模具装配时应保证相关零件的位置精度、运动精度、配合精度和接触精度，模具间隙应均匀，紧固牢靠，运动灵活，不允许出现发卡现象。此外，在凸模或凹模与固定板组装时，要保证两者的垂直度，装配后要与固定板一起磨平端面，确保工作时不产生上下窜动。
3.中厚板冲裁时提高模具寿命的方法
中厚板冲裁时影响模具寿命的因素与一般基本冲裁相似，所不同的是由于中厚板冲裁时的冲裁力和卸料力大，因而除了模具具有足够的强度、刚度、制造精度和装配质量外，要提高这类模具的冲裁寿命关键在于如何降低冲裁力。阶梯冲裁、斜刃冲裁和加热冲裁都是降低冲裁力的有效方法。此外为避免卸料力将凸模拉断，应适当加大模具间隙和提高模具表面质量，以减少卸料力和摩擦力，从而提高模具寿命。
参考文献
[1]刘晓飞，关连峰.模具寿命及其影响因素.金属加工，2010，（2）.
[2]杨凌平，张天毅. 模具寿命及其影响因素.模具制造，2002，（11）.
[3]陈芬桃.模具失效分析与故障处理.北京：电子工业出版社，2012.
[4]陈黎明，李淑宝.冲压工艺与模具设计.北京：电子工业出版社，2012.
[5]刘月英，李仲清，王文深.模具制造工艺编制.北京：北京邮电大学出版社，2016.
基金项目
此文为衡阳市2015年科学技术发展计划项目研究成果（2015KJ39）。
论文作者:陈黎明,徐文庆,刘少华
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/22
标签：模具论文; 寿命论文; 卸料论文; 材料论文; 加工论文; 间隙论文; 应力论文; 《防护工程》2017年第12期论文;