提高模具質量的基本途徑

袁寶泉

摘 要：現代工業生產表明，任何行業新產品的開發都離不開模具，未來機器零件的加工將主要由模具來完成。本文針對國內模具行業的問題，分析了影響其質量的主要因素，從選材、結構、設計參數、模具鋼的加工與處理以及使用等方面詳細介紹了提高模具質量的途徑。

關鍵詞：模具;選材;結構;工藝

一、模具生產現狀

權威機構預測機器零件75%的粗加工和50%的精加工將由模具來完成。由于種種原因，國內外模具質量差距較大，壽命一般僅能達到國外同類的1/3～1/5（甚至更低），且制造精度低，生產周期長，嚴重制約了我國工業產品的發展。

二、影響模具質量的主要因素

實踐證明模具質量是一個國家生產、技術和管理水平的綜合反映，造成當今國內模具生產落后的局面決非模具制造中某一環節落后引起，而是選材—設計—鍛造—機加工—熱處理—模具的使用各個環節，其中任何一個環節的失誤都可能造成模具失效，所以要有效地提高模具質量，必須拋棄“瞎子摸象”式的線性改進辦法，而代之以對其生產的各個環節進行有針對性地綜合治理。

三、提高模具質量的基本途徑

1.模具的選材

（1）選用綜合性能優良的鋼種：首先優化用量較大的冷作、熱作、塑料模具用鋼，并開發硬質合金在模具上的應用，改變國內模具用鋼一貫制的落后局面。新模具用鋼正式投入使用前，應先進行鍛造、機加工、熱處理的工藝試驗，解決好材料使用中的配套技術。

（2）合理選材規格：鋼材直徑越大，碳化物偏析越嚴重。在足鍛造工藝的條件下，改鍛模塊所用的圓鋼直徑應盡量取小值。

（3）加強模具鋼的進廠檢驗。

2.選用先進的模具結構

許多已在國外應用的先進模具結構，國內沒能大面積地推廣使用，影響了模具總壽命及使用性能，僅以本單位引進的定時器全套模具為例，外方廣泛采用國內尚未大面積推廣的先進結構有：

（1）拼合結構：這種結構除形狀簡單和尺寸較小的模具都可采用。

（2）小沖頭保護結構：外方為提高壽命，在結構上重點采用以下保護措施：a）增大沖頭直徑過渡處的圓角半徑和表面光潔度，b）采用小沖頭自身導向結構，即全部采用精密壓料板為小沖頭導向的結構。

3.優化模具工作部重要設計參數的選取

（1）選擇合理的沖載間隙：實踐證明適當放大沖載間隙，沖模壽命可成倍增長。國外一般常用沖裁（精沖除外）均采用大間隙沖裁。

（2）優化出各類模具的最佳硬度范圍：此范圍很小：常為±HRC2～3，不能滿足于文獻資料上提供的經驗數據。

（3）為使模具貯備由備模過渡到備件，應逐漸由“照配”法保證間隙過渡到由凸凹模公差來保證間隙。

4.鍛造

為保證鍛坯質量，鍛造工藝應注意控制以下四個主要環節：

（1）原材料質量檢驗和合理備料;

（2）加熱冷卻應注意到模具鋼的特點，并注意控溫手段合理;

（3）根據鍛前鍛后模塊碳化物應改善的級差確定鍛造方式與鍛造比;

（4）特別注意型面相對于流線的合理配置，使模具工作時承受最大拉應力的方向與流線平行，最大剪應力方向與流線垂直;并避免把模具工作型面配置在原材料端面。在保證以上兩點的前提下最好使型腔流線連續不斷，如圖1。

5.模具的冷加工

以提高模具精加工能力為主攻方向，要實現精密加工，主要取決于設備、工藝、計量條件三個方面，且三者相輔相承，某一方面的簡化，必須以強化其他方面為前提。

因資金及其他原因，國內大多數模具廠沒有能力進口成套的貴重制模設備及計量儀器，因此須將精力用于提高人員素質上，并注意開發影響模具質量的一些關鍵工藝，如開發效率精度均較佳的模具拋光工藝技術、膠模具型腔涂鍍技術;提高電加工精度及表面質量的工藝方法。

6.模具的熱處理 ?國內模具熱處理存在的最大問題為回火不當。資料顯示，各模具失效事故中，回火不當引起的約占20%～30%。其主要表現為回火次數太少，回火時間太短，高速鋼模具淬火后應進行3～4次的高溫回火，其他高合金鋼淬火后應進行2～3次的回火，國外為延長模具壽命，對重載精密模具的低溫回火時間甚至延長到12～24小時。

改變只靠硬度控制熱處理質量的舊習慣，應同時控制熱處理工藝參數。硬度相同而熱處理工藝參數不同，也會使模具綜合力學性質有很大差別，最終反映在模具壽命上。如圖2為國外某研究結果：序號2、4雖然硬度相同，但因熱處理工藝參數不同，沖頭壽命競相差3倍之多。

開發應用投資少、實用價值大、能明顯提高質量的熱處理工藝：（1）在無真空淬火設備的情況下，為解決模具淬火中的氧化、脫碳二大難題，建議推廣涂料保護防護措施;（2）推廣表面強化工藝;（3）開發可使模具質量大幅度提高的熱處理工藝。如對模鍛毛壞，改一般退火為微細化處理（高溫固溶處理正火+球化退火），可使T8A鋼沖頭顯著減少崩刃，提高壽命5倍以上。

7. 模具的使用

為加強在用模具的管理，提高失效分析的能力，應建立模具數字化信息庫。內容應包括模具裝配及檢驗姓名、目期、使用情況記錄（加工零件數量、質量情況）及模具失效形式返修記錄等。

為避免過度磨損使模具使用壽命降低，應建立合理的修磨期限。

開發用于模具使用過程中的提高壽命的工藝方法。例如：（1）模具定期低溫回火工藝;（2）合理熱處理（如軟化退火等）改變被加工材料的力學性質，通過表面處理（如酸洗等）改變被加工材料的表面狀態;（3）采用高效潤滑劑：高精度模具應采用高精度高剛度壓力機。

四、其他

要振興國內模具生產必進行綜合治理，而要取得成效，必須首先做好以下兩項基礎工作：

1.模具技術人員必須加強對損壞模具特別是早期損壞模具的失效分析。這是研究提高摸具質量的基礎工作，通過失效分析找出產生各種失效形式的主要因素，為改進設計工藝指出方向，以形成生產的良性循環。

2.模具標準化是模具生產管理現代化的前提，應大力加強模具標準化工作，具體可分二步：第一步、由現在模架零件標準化盡快過波到模具結構要素標準化、典型結構標準化、模具工作零件標準化、具選材標準化，從而實現設計標準化。第二步、由設計標準化過度到鍛造工藝、機加工工藝、熱處理工藝、模具安裝使用等全過程的標準化。

如能做好以上工作并取得成效，完全可以改變或基本改變國內模具質量低劣的落后局面。

（作者單位：汾西重工有限責任公司，山西 太原030027）