【文章內容簡介】 現(xiàn)象仔細研究和分斬，不同情況用不同的方法去解決，就會拉出表面質量好的覆蓋件。精密體積成形模具的設計制造與模具壽命【摘要】論述了精密體積成形(精鍛)模具的壽命與模具設計制造的關系。采用先進設計手段合理設計精密體積成形件(精鍛件)、鍛壓工藝、模具結構，選擇模具材料，制定模具鋼的鍛造規(guī)范和熱處理工藝以及合理確定機械加工工藝及加工精度，可大幅度提高模具壽命 引言面對二十一世紀的國內建設形勢，企業(yè)要適應市場經(jīng)濟的發(fā)展，作為國家支拄產業(yè)的汽車工業(yè)將加大輕、微、轎車的產量，因而對模鍛件的精度提出了更高的要求。在生產過程中，提高模具壽命是一個復雜的綜合性問題。所有鍛壓工藝，特別是凈形和近似凈形加工工藝，在很大程度上取決于模具的精度和品質，取決于模具的技術水平。模具技術反映在模具設計和制造上，而模具壽命除與上述兩個環(huán)節(jié)有關外，還與使用環(huán)節(jié)有關。提高模具壽命有極大的經(jīng)濟效益，一般在試生產階段模具工裝費用占生產成本的25%左右，而定型生產時僅為10%。模具的早期失效形式，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌、飛邊遭橋部龜裂、模腔底部發(fā)生裂紋。影響模具壽命的因素較多，涉及面廣，模具設計是模具壽命的基礎。模具設計環(huán)節(jié)是指模具的結構設計、成形模腔設計和確定模具鋼種、模具硬度等。模具制造環(huán)節(jié)是指制模工藝、熱處理規(guī)范和表面處理技術等。本文僅從模具設計和模具制造兩個方面探討提高模具壽命的措施。合理設計精密體積成形件(精鍛件)模鍛件應盡量避免帶小孔、窄槽、夾角，形狀要盡量對稱，即使不能做到軸對稱，也希望達到上、下對稱或左、右對稱。要設計拔模斜度，避免應力集中和模鍛單位壓力增大，克服偏心受載和模具磨損不均等缺陷。對于鍛模模腔邊緣和底部圓角半徑R，設計時應從保證鍛件型腔容易充滿的前提下盡可能放大。若圓角半徑過小，模腔邊緣很容易在高溫高壓下堆塌，嚴重者會形成倒錐，影響模鍛件出模。如底部圓角半徑R過小而又不是光滑過渡，則容易產生裂紋且會不斷擴大。設計模具時應充分利用CAD系統(tǒng)功能對產品進行二維和三維設計，保證產品原始信息的統(tǒng)一性和精確性，避免人為因素造成的錯誤，提高模具的設計質量。產品三維立體的造型過程以在鍛造前全面反映出產品的外部形狀，及時發(fā)現(xiàn)原始設計中可能存在的問題，同時根據(jù)產品信息，用電腦設計出加工模具型腔的電極，為后續(xù)模具加工做好準備。采用CAM技術可以將設計的電極精確地按指定方式生產。采用數(shù)控銑床(或加工中心)加工電極，可保證電極的加工精度，減小試模時間，減少模具的廢品率和返修率，減少鉗工勞動量。對于一些外形復雜，精度要求高的鍛件，靠模具鉗工采用常規(guī)模具制造方法保證某些外形尺寸而采用CAD/CAM技術可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描述，確定合理的分模面，保證合模精度，從模具制造這一環(huán)節(jié)確保產品精度。CAD/CAM/CAE技術可以進行有限元分析，對關鍵部位的尺寸設計是否合理可以提供修改依據(jù)，從而在為客戶提供高質量鍛件的同時，也為客戶的設計提供了依據(jù)，加強了與客戶的合作。成形是模鍛過程中最重要的工步，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的，模鍛過程中要全面考慮各種因素，尤其是對生產中可能發(fā)生的或已暴露出的問題，在模具設計時應采取措施減輕后續(xù)工序的加工難度。按照這一原則在預防為減少模鍛件開裂與變形，提高鍛件合格率方面，可以有針對性地采取一些對策和措施。如鍛件的某些部位在切邊和沖孔時易變形而影響產品質量時，可在鍛模設計上適當增加相應變形部位的加工余量予以補償，這一點對于切邊時鍛件變形大的薄法蘭更為重要。對一些帶有桿部且桿部直徑相對較小的鍛件，在切邊和熱處理過程中會產生有規(guī)律的幾何變形，而用冷校正方式無法或難以校直。如某廠生產的TS60曲軸，可根據(jù)實踐經(jīng)驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)預先將中心線在一定范圍內變形方向反向偏移一定的預補反變形量。合理設計鍛壓工藝目前，一般企業(yè)無健全的工藝試驗室，缺乏工藝試驗條件，客觀上要求工藝方案必須正確，一次成功。尤其步入市場經(jīng)濟以后，企業(yè)負責人要求鍛造技術人員只能成功，不許失敗，這就給工藝設計人員帶來了較大的困難，要求工藝人員要具有較高的水平，但即使具有豐富實踐經(jīng)驗的工藝人員也難免會感到棘手，一旦失誤就會造成較大損失。對于切邊時存在容易撕裂部分的鍛件可在設計飛邊槽時有意減薄薄弱部分飛邊橋部的高度，以降低切飛邊時此處的切割厚度。如S195連桿，材料為45鋼，鍛后冷切邊，大頭搭子部位由于截面形狀小、料薄，在切邊時經(jīng)常出現(xiàn)搭子及附近筋部撕裂，廢品率高。若改為鍛后余熱切邊則可提高切邊質量，但由于切邊受模鍛生產節(jié)拍的限制，效率低。而在設計鍛模時減薄此處飛邊橋的高度，減少此處飛邊沖裁力，可以大大減少切邊撕裂。對于冷擠壓工藝，必須最大程度地軟化毛坯及減少變形時的磨擦力，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的合理分配。一般低碳鋼、碳鋼及低碳合金鋼的軟化退火工藝為：加熱至760℃保溫4h，以20℃/h的冷卻速度冷到680℃保溫3h，再以20℃/h的冷卻速度冷卻到640℃后隨爐冷卻到350℃出爐。硬度一般可達125～155HB。%的碳鋼，鋼材經(jīng)退火后硬度可小于120HB。鋼材經(jīng)軟化退火后再經(jīng)滾光、酸洗、磷化、皂化后再涂豬油拌MoS2潤滑，可降低變形負載，有效減少凸模、壓模圈、接頭體的斷裂失效。采用多工序小變形的冷擠壓方法能有效地降低模具承受的單位擠壓力，工序間坯料可不進行軟化處理，使模具壽命得以延長。國內某些廠家在擠壓生產時貪圖一時之便，減少擠壓工序，雖然也能把樣品(或產品)做出，但模具負荷太大，容易出現(xiàn)斷裂失效。這種急功近利的做法是我國冷擠壓工藝曾經(jīng)一轟而起未能迅猛發(fā)展的主要技術原因之一。采用鍛模CAE軟件，可以分析材料的流動情況、磨擦阻力以及材料的充腔溢料情況，幫助設計人員有效合理地進行工藝設計。合理的模具結構設計模具結構設計主要考慮導向精度合理、沖裁間隙恰當、剛性好，還要考慮盡量采用組合式模具。模架應有良好的剛性，不要僅僅滿足強度要求，模板不宜太薄，在可能的情況下盡量增厚，甚至增厚50%。多工位模具不宜僅用2根導柱導向，應盡量做到4根導柱導向，這樣導向性能好。因為增加了剛度，保證了凸、凹模間隙均勻，確保凸模和凹模不會發(fā)生碰切現(xiàn)象。浮動模柄可避免壓力機對模具導向精度的不良影響。凸模應夾緊可靠，裝配時要檢查凸?；虬寄５妮S線對水平面的垂直度以及上下底面之間的平行度。在冷擠壓時，凸模和凹模的硬度要合適，要充分發(fā)揮強韌化處理對延長壽命的潛力。如W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓凸模，當硬度≥60HRC時可正常使用，壽命為3000～3500件。但如果憑經(jīng)驗認為硬度低、塑性好，壽命一定延長時就會大失所望，當硬度為57～58HRC擠壓工件時，凸模的工作帶會鐓粗。某廠檢測擠壓第1件以后凸模的工作帶尺寸發(fā)現(xiàn)，～。對于熱擠凹模就不能套用冷擠摸的經(jīng)驗，當把3Cr2W8V鋼熱擠凹模的硬度值從＞40HRC降到37～38HRC時，使用壽命從1000～2000次提高到6000～8000次。根據(jù)經(jīng)驗，不同的鍛壓設備上的模鍛對鍛模的硬度要求不盡相同，即使在同一種鍛壓設備上的模鍛，鍛不同的產品對模具的硬度要求也不相同。在鍛件飛邊切除時，凸模底要盡量與鍛件的上側表面相吻合。如鋼絲鉗模鍛件熱切飛邊時，切飛邊凸模底部的凹形要與鋼絲鉗柄部的弧形相吻合，否則在切飛邊過程中，切飛邊凸模易使鍛件向一側翻轉，使凸模和凹模損壞。一般情況下，沖裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命。合理選擇模具材料根據(jù)模具的工作條件、生產批量以及材料本身的強韌性能來選擇模具用材，應盡可能選用品質好的鋼材。據(jù)有關資料介紹，模具的制造費較高，而材料費用一般僅是模具價格的6%～20%。對模具材料要進行質量檢測，模塊要符合供貨協(xié)議要求，模塊的化學成份要符合國際上的有關規(guī)定。只有在確信模塊合格的情況下，才能鍛造。大型模塊(100kg以上)采用電渣重熔鋼H13時要確保內部質量，避免可能出現(xiàn)的成份偏析、雜質超標等內部缺陷。要采用超聲波探傷等無損檢測技術檢查，確保每件鍛件內部質量良好，避免可能出現(xiàn)的冶金缺陷，將廢品及早剔除。合理制定模具鋼的鍛造規(guī)范根據(jù)碳化物偏析對模具壽命的影響，必須限制碳化物的不均勻度，對精密模具和負荷大的細長凸模，必須選用韌性好強度高的模具鋼，碳化物不均勻度應控制為不大于3級。Cr12鋼碳化物不均勻度3級要比5級耐用度提高1倍以上。滾絲模的碳化物不均勻度為5～6級時最多滾絲2000件，而碳化物不均勻度提高到1～2級時可滾絲550000件。如果碳化物偏析嚴重，可能引起過熱、過燒、開裂、崩刃、塌陷、拉斷等早期失效現(xiàn)象。帶狀、網(wǎng)狀、大顆粒和大塊堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向異性，橫向的強度低，塑性也差。 模具損壞模具損壞是指模具開裂、折斷、漲開等，處理模具損壞問題，必須從模具的設計、制造工藝和模具使用方面尋找原因。首先要審核模具的制造材料是否合適，相對應的熱處埋工藝是否合理。通常，模具材料的熱處理工藝對其影響很大。如果模具的淬火溫度過高，淬火方法和時間不合理，以及回火次數(shù)和溫度、肘間選擇不當，都會導致模具進入沖壓生產后損壞。落料孔尺寸或深度設計不夠，容易使槽孔阻塞，造成落料板損壞。彈簧力設計太小或等高套不等高，會使彈簧斷裂、落料板傾斜．造成重疊沖打，損壞零件。沖頭固定不當或螺絲強度不夠．會導致沖頭掉落或折斷。模具使用時，零件位置、方向等安裝錯誤或螺栓緊固不好。工作高度調整過低、導柱潤滑不足。送料設備有故障，壓力機異常等，都會造成模具的損壞。如果出現(xiàn)異物進入模具、制件重疊、廢料阻塞等情況未及時處理，繼續(xù)加工生產，就很容易損壞模具的落料板、沖頭、下模板和導柱。 卡模沖壓過程中，一旦模具合模不靈活，甚至卡死，就必須立即停止生產，找出卡模原因，排除故障。否則，將會擴大故障，導致模具損壞。引起卡模的主要原因有：模具導向不良、傾斜?；蚰０彘g有異物，使模板無法平貼；模具強度設計不夠或受力不均。造成模具變形，例如模座、模板的硬度、厚度設計太小，容易受外力撞擊變形；模具位置安裝不準，上下模的定位誤差超差?；驂毫C的精度太差，使模具產生干涉；沖頭的強度不夠、大小沖頭位置太近，使模具的側向力不平衡。這時應提高沖頭強度，增強卸料板的引導保護。 模具損壞和維修沖壓生產的模具費用高．通常模具費占制件總成本的1/51/4。這是因為，除模具制造難度大、成本高外。投入生產后的模具修理和刃磨維護費用也高，而模具的原始造價僅占整個模具費用的40％左右。因此，及時維修模具，防止模具損壞，可以大大降低沖壓生產的模具費用。模具損壞后，還有一個維修和報廢的選擇問題。一般來說。沖壓模具的非自然磨損失效，例如非關鍵零件的破壞。以及小凸模折斷、凸模鐓粗變短、凹模板開裂、沖裁刃口崩裂等故障．大部分可以通過維修的方法使其完全恢復到正常狀態(tài)，重新投入沖壓生產。但是。當模具的關鍵件嚴重損壞，有時凸、凹模同時損壞。一次性修復費用超過沖模原造價的70％，或者模具壽命已近。則維修的意義不大，這時應該考慮報廢模具：除大型模具、結構復雜的連續(xù)模外。當模具維修技術過于復雜、修模費用太大，難度大必然使維修周期過長，嚴重影響沖壓的正常生產，應選擇提前失效報廢，重新制造模具。在正常情況下，沖模的主要失效形式是過量磨損。從新模具制造交付使用。直至沖制零件的毛刺超標、零件尺寸與形位精度超差，而模具又不能再修復或根本無修復價值，則模具就只能報廢。從新模具投入使用到失效報廢。一般要經(jīng)過多次維