改善精密高速沖壓模具壽命的途徑

文／范益丞·一勝百模具技術（上海）有限公司

改善精密高速沖壓模具壽命的途徑

文／范益丞·一勝百模具技術（上海）有限公司

范益丞，同濟大學碩士，現任瑞典一勝百模具技術（上海）有限公司市場開發經理，曾長期致力于汽車輕量化方面的研究，2005 ～2011年期間曾負責為寶馬、大眾、通用等公司做過多個車身輕量化項目，目前主要從事研究先進高強度鋼板冷、熱沖壓模具解決方案和市場研究工作。

精密高速沖壓技術是綜合了精密高速壓力機技術、高精沖壓模具技術、高品質制品材料技術、高度自動化控制技術為一體的高新技術。采用精密高速沖壓技術進行大批量沖壓生產，具有高生產效率、高質量、高一致性及節能降耗、節省人力、低成本和安全生產等特點，因此已越來越被各生產行業所重視。同時，隨著汽車、家電、電力和電子通訊等產品技術的迅速發展，對精密沖壓件的需求量越來越大，技術要求也越來越高，精密高速沖壓應用面越來越廣泛。如何改善精密高速沖壓模具的使用壽命也受到越來越多高速沖相關企業的密切關心。

精密高速沖壓的特點

在大批量和超大批量沖壓生產中，普通壓力機已不能滿足生產和技術的要求，采用精密高速壓力機進行高速、自動化及連續沖壓生產是提高沖壓生產效率的有效途徑。精密高速壓力機滑塊每分鐘行程次數是相似噸位普通壓力機的5倍以上，采用精密高速壓力機生產的沖壓件不僅精度高、表面質量好，而且模具壽命長。

相對于普通沖壓而言，精密高速沖壓往往具有如下的特點：

模具結構復雜、精度高

精密高速沖壓模具一般都是級進模連續沖壓，一套模具上有幾個甚至幾十個工步，通過定位、沖孔、剪切、拉伸、彎曲、裁邊、剪切等多種方式組合成形。因此在模具制造中需要大量的線切割和鑲拼結構，對加工的工藝和設備都有一定的要求。

產品質量要求高

精密高速沖壓模具的沖裁間隙小，產品成形后飛邊和毛刺很小，甚至沒有，沖裁面撕裂帶少。對于形狀簡單的平面產品（如圖1所示硅鋼片），能得到良好的表面質量和平面度。

效率高，適合大批量的生產

精密高速沖壓的速度每分鐘在幾百次到上千個沖次，一般為薄板沖壓，生產效率高，適合大批量的生產。國外有些公司對小噸位精密高速壓力機按滑塊行程次數分為四個速度等級：常速（≤250次／min）；次高速（250～400次／min）；高速（400～1000次／min）；超高速（≥1000次／min）。

基于上述特性，精密高速沖壓的模具制造往往具有如下特點：

模具精度要求高

精密高速沖壓模具的沖裁間隙很小，有的模具能達到μm級，在模具制造中需要大量的慢走絲、精磨甚至是光學投影磨，所以一套精密高速沖壓模具的價格至少在幾十萬，模具材料占模具總費用的比例很低。圖2所示為高速精密沖壓模具。

尺寸穩定性要求高

為了實現長時間的高效率生產，精密高速沖壓要求模具在高頻率的沖裁壓力下不能發生變形和尺寸改變，所以精密高速沖壓模具在熱處理的時候都需要淬火和深冷，或者二次深冷相結合來保證尺寸穩定。

成本低

一套精密高速沖壓模具的壽命至少在上百萬次，最高能達到上億次。因此分攤到每件產品里的模具費用相當低。

圖1 高速精密沖壓產品——硅鋼片

圖2 高速精密沖壓模具

精密高速沖壓模具失效機理

由于精密高速沖壓模具沖制的產品通常比較薄，模具精度高，且沖壓速度很高，因而高速沖的主要失效形式是：磨損、崩角和開裂。

精密高速沖壓的產品通常都是薄板料，產量往往非常高，其模具的磨損機理以刃口的磨粒磨損為主，對應地在模具設計時需要選擇耐磨粒磨損性能好的模具鋼，而模具鋼熱處理硬度選擇應以在不產生崩角、開裂的前提下盡量選擇高的熱處理硬度。對于易產生崩角和開裂的模具，模具材料應考慮選擇高延展性和韌性的模具鋼，如粉末冶金工具鋼。在沖制厚板料時更易發生嚴重的崩角和開裂，針對這種情況可以考慮選擇基體鋼，并配以高品質的PVD涂層。

模具加工的方法和質量對于模具壽命同樣有非常大的影響。例如，線切割白層易引起模具崩角的發生，需要注意線切割工藝，并去除線切割后殘留的白層。

改善精密高速沖壓模具壽命的方法

采用新型精密高速沖壓模具用鋼

提高模具壽命需要從多方面著手，模具材料是其中非常關鍵的一點。先進的生產工藝往往要求模具在嚴酷的工作環境中長時間運行，這就需要經得起極端環境考驗的模具鋼材來擔當重任，以實現最低的單件沖壓生產成本。精密高速沖壓模具也如此，可以使用高品質的粉末冶金工具鋼來應對超高產量的挑戰。粉末冶金工具鋼非常適合用于精密高速沖壓模具，且已得到廣泛的應用。

一勝百采用最新的第三代粉末鋼冶煉技術，基于以往粉末冶金系列鋼種的成功研發經驗，使推出的ASSAB SuperClean（超純凈）粉末冶金工具鋼擁有優異的特性以及超高的純凈度，適用于精密高速沖壓中遇到的不同模具失效問題和應對不同材質產品對高速沖壓模具的需求。如：ASSAB PM23、PM30具有高的抗混合磨損性及抗崩角性能，適用于薄的被加工材料，如冷軋鋼、馬氏體或奧氏體不銹鋼、鋁等；ASSAB PM60、V10具有極高的抗混合磨損性，適用于加工厚度非常薄的帶磨粒磨損的材料，如硅鋼片，密封墊圈，或硬質合金易開裂和崩角的場合；ASSAB Vanadis4Extra具有高抗粘著磨損性及抗崩角性能，適用于軟和厚的被加工材料，如奧氏體不銹鋼，低碳鋼，銅和鋁。

PVD涂層技術

在表面改性技術中，PVD涂層是模具行業最先進、最廣泛使用的技術之一。通過選擇針對性的涂層，工作表面的硬度、耐腐蝕、耐高溫和摩擦特性等表面性能可得到改善優化，從而提高抵抗各種表面失效的能力。

一勝百公司采用Eifeler公司最新的PVD涂層設備和技術，具有專利的Alpha系列PVD涂層機以其優異的性能在業界得到了廣泛使用。使用PVD涂層技術對模具關鍵部件進行涂層，可以提高模具的耐磨性能，減少模具氧化、腐蝕，減少模具和工件之間的摩擦，防止粘著的發生，改善產品的表面質量，同時提高模具的壽命。

精密高速沖壓的產品產量往往都極高，生產商通常都期望模具能夠有較長的使用壽命。在不發生崩角、開裂和塑性變形等基體問題時，通過PVD涂層技術可大大提高模具的耐磨性能，從而明顯提高模具的壽命，而且PVD涂層很薄，可以保證模具在涂層處理后能夠正常使用，尺寸仍在精密高速沖壓模具允許的誤差范圍。

結束語

改善精密高速沖壓模具壽命的途徑是多種多樣的，涉及精密高速沖壓設備、工藝參數、沖壓板材的性能、生產管理、模具的制造方法和維護、模具材料以及表面涂層的選用。其中，合理的模具材料和PVD涂層的正確選用，并配以正確的模具加工工藝對于改善精密高速沖壓模具的使用壽命起著關鍵的作用。