延長數控轉塔沖床模具使用壽命的探索

宋志彬 薄敬濤

摘要：數控轉塔沖床的模具使用技術和維護水平也是提高加工質量和模具的使用壽命、控制設備運行成本的重要環節，本文主要論述數控轉塔沖床模具在使用中經常出現的問題，并針對這些問題提出相應模具保養與維護的技術要點和注意事項.

關鍵詞：數控轉塔;沖床模具;模具壽命;模具維護

在鈑金沖壓加工領域，數控轉塔沖床以其速度快、精度高、模具通用性強、產品靈活多樣等特點，得到了廣泛應用.其主要用于各類薄板零件的加工，通過自動編程可以對板材進行x、y方向的精確定位，自動選擇轉盤模具庫中的模具，按要求自動加工不同尺寸和孔距的不同形狀的孔，也可用小沖模以步沖方式沖大的圓孔、方形孔等。

數控轉塔沖床所使用的模具，由于其精度和質量要求高，沖壓速度快，一般直接選用國內外專業制造商如美國MATE、北京兆維、廣州啟泰等產品，其規格系列齊全，通用性強。在選用某種品質的模具后，其使用和維護的水平，直接影響到工件的加工質量和模具的使用壽命。模具是數控沖床中一直要用并需要經常更換和維修的，也是控制設備運行成本的重要環節。因此，學習和掌握這方面的一些知識并運用到實際中，對提高效益、降低成本，會起到重要的作用。

一、模具的壽命

模具壽命是指在保證制件品質的前提下，模具所能達到的生產次數（沖壓次數、成型次數）。它包括反復刃磨和更換易損件，直至模具的主要部分更換所成形的合格制件總數。

模具的失效分為非正常失效和正常失效。非正常失效（早期失效）是指模具未達到一定的工業水平下公認的壽命時就不能工作。早期失效的形式有塑性變形、斷裂、局部嚴重磨損等。正常失效是指模具經大批量生產使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續工作。

模具失效形式歸納起來大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。

（1）磨損失效模具在工作時，與成形坯料接觸，產生相對運動。由于表面的相對運動，接觸表面逐漸失去物質的現象叫磨損。

（2）斷裂失效模具出現大裂紋或分離為兩部分喪失工作能力時，稱為斷裂失效。

（3）塑性變形失效模具在工作時承受很大的應力，而且不均勻。當模具的某個部位的應力超過了當時溫度下模具材料的屈服極限時，就會產生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復再工作時，叫塑性變形失效。模具的塑性變形是模具金屬材料的屈服過程。是否產生塑性變形，起主導作用的是機械負荷以及模具的室溫強度。在高溫下工作的模具，是否產生塑性變形，主要取決于模具的工作溫度和模具材料的高溫強度。

影響模具壽命的因素：模具的材料是否經過特殊處理;模具的結構形式;下模的間隙;上下模的位置精度;調整墊片的合理使用;沖壓板材是否有良好的潤滑;沖壓板材是否平整;沖壓板材的類型及厚度;沖壓機器每個轉塔上下工位的對中性;機器轉塔上的導向鍵是否完好無損。以上諸因素中最直接的就是板越厚，材料越硬以及步沖加工，模具壽命會越短。

二、數控轉塔沖床模具使用的技術要點

1.標準模具的選用

根據工件的形狀尺寸選用合適的模具，模具的刃口直徑應盡量大于加工板厚的2倍，直徑一般應大于3mm，否則易折斷，壽命極短;但也不是絕對的，3mm直徑以下推薦使用進口高速鋼作為模具材料。

2.保證最佳的模具間隙

模具的間隙是凸模和凹模的間隙，用總差值來表示。例如：使用10的凸模和10.3的凹模時，10.3-10=0.3（凹模的孔徑-凸模的孔徑=間隙），間隙為0.3mm。這個間隙，是沖孔加工最重要的因素之一。如果間隙選擇不合適，會使得模具壽命縮短，或出現毛刺，引起二次剪切等，使得切口形狀不規則，脫模力增大等，因此正確地選擇間隙值非常重要。模具間隙的選擇取決于板厚、材質以及沖壓工藝等，不同板厚或者材質應選用相應的模具間隙，間隙過小或者過大或者損壞模具或者影響沖孔質量。如果模具間隙選用的合適，就能夠保證良好的沖孔質量，毛刺和塌陷減少，保持板料平整，有效防止帶料，延長模具使用壽命。模具間隙的判定主要通過檢查沖壓廢料的情況的辦法。廢料如果出現粗糙起伏的斷裂面和較小的光亮面，就說明間隙過大。斷裂面與光亮面形成的角度與間隙成正向比。間隙越大，沖孔時會形成卷邊和斷裂，甚至出現一個薄緣突起。反之，如果間隙過小，廢料會出現小角度斷裂面和較大的光亮面。

當進行開槽、步沖、剪切等局部沖壓時，側向力將使沖頭偏轉而造成單邊間隙過小，有時刃邊偏移過大會刮傷下模，造成上下模的快速磨損。

模具以最佳間隙沖壓時，廢料的斷裂面和光亮面具有相同的角度，并相互重合，這樣可使沖裁力最小，沖孔的毛刺也很小。所以，加工2mm板的下模不可加工3mm的板，也不可加工1mm的板，否則會加劇磨損甚至打壞模具。

3.沖頭的表面硬化及其適用范圍

雖然熱處理和表面涂層可改善沖頭表面特性，但并不是解決沖壓問題和延長模具壽命的一般方法。一般地說，涂層提高了沖頭表面硬度并使側面的潤滑性得到改善，但在大噸位、硬質材料沖壓時，這些優點在大約1000次沖壓后就消失了。

針對以下情況可使用表面硬化的沖頭：沖軟或粘性的材料（如鋁）;沖薄的研磨性材料（如玻璃環氧片）;沖薄的硬質材料（如不銹鋼）;頻繁地步沖;非正常潤滑的情況。

表面硬化通常采用鍍鈦、滲氮等方法，其表面硬化層為厚度12～60μm的分子結構，它是沖頭基體的一部份，而并非僅是涂層。

表面硬化的模具可按通常的方式刃磨。通過表面硬化會降低模具在沖壓板上的磨損，從而延長模具壽命。

三、數控轉塔沖床模具在使用中常見問題的改進辦法

1.模具過熱引起粘料問題的解決辦法

大批量生產同一種產品時，由于單個沖頭長時間進行工作產生熱量，板料的細小顆粒就會粘結在沖頭表面上，從而影響沖件的質量。

改進辦法：可采取交替使用同尺寸沖頭沖壓的辦法，使多個沖頭輪流沖壓可使每個沖頭在使用之前有較充足的冷卻時間。將過熱模具停歇使用，通過控制換模，中斷其長時間重復工作。要去除沖頭上的粘料可用細油石進行打磨，避免進一步粘料的產生打磨方向應與沖頭運動的方向應保持一致。要避免使用粗紗布進行打磨，防止沖頭表面變得更加粗糙，粘料現象再次發生。

2.沖很多孔時防止板料變形辦法的應用

如果在一張板上沖很多孔，板材就會出現變形現象。這是由于每次沖孔時，由于沖切應力的積累，孔周邊的材料會向下變形，板料上表面出現拉應力，而下表面則出現壓應力。當沖很少的孔時候，這種重切應力不會影響板材的質量，但當沖很多的孔時，板料上下表面的拉應力和壓應力在某點上不斷積累，就會致使材料不平整、變形。

防止此類變形的方法是：改變孔的沖切順序，隔孔沖切，然后返回沖切剩余的孔。這樣能夠有效的降低在同一方向順序沖壓時的應力累積，雖然這種沖切方法也會產生應力，但是它會相互抵消前后兩組孔的應力，從而防止了板料的變形。

四、總結

沖壓模具的壽命決定于模具的合理選擇、使用、維護、保養及程序優化。我們在生產中，要具體問題具體分析，根據實際情況進行調整，這對模具良好狀態的發揮，保證生產的正常進行有著重要的意義。同時在生產過程中，貫徹執行一套切實可行的使用、維護、保養措施，不但能提高沖模的耐用度及精度等級，使其能較長時間的保持良好的使用性能，而且也是保證沖壓產品的質量，降低成本的有效措施。

參考文獻

[1]李名望編著.沖壓模具實用技術問答[M]北京：化學工業出版社，2013年.

[2]李碩本等編著.沖壓工藝理論與新技術[M]北京：機械工業出版社，2002年.