延长数控转塔冲床模具使用寿命的探索

宋志彬 薄敬涛

摘要：数控转塔冲床的模具使用技术和维护水平也是提高加工质量和模具的使用寿命、控制设备运行成本的重要环节，本文主要论述数控转塔冲床模具在使用中经常出现的问题，并针对这些问题提出相应模具保养与维护的技术要点和注意事项.

关键词：数控转塔;冲床模具;模具寿命;模具维护

在钣金冲压加工领域，数控转塔冲床以其速度快、精度高、模具通用性强、产品灵活多样等特点，得到了广泛应用.其主要用于各类薄板零件的加工，通过自动编程可以对板材进行x、y方向的精确定位，自动选择转盘模具库中的模具，按要求自动加工不同尺寸和孔距的不同形状的孔，也可用小冲模以步冲方式冲大的圆孔、方形孔等。

数控转塔冲床所使用的模具，由于其精度和质量要求高，冲压速度快，一般直接选用国内外专业制造商如美国MATE、北京兆维、广州启泰等产品，其规格系列齐全，通用性强。在选用某种品质的模具后，其使用和维护的水平，直接影响到工件的加工质量和模具的使用寿命。模具是数控冲床中一直要用并需要经常更换和维修的，也是控制设备运行成本的重要环节。因此，学习和掌握这方面的一些知识并运用到实际中，对提高效益、降低成本，会起到重要的作用。

一、模具的寿命

模具寿命是指在保证制件品质的前提下，模具所能达到的生产次数（冲压次数、成型次数）。它包括反复刃磨和更换易损件，直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。

模具的失效分为非正常失效和正常失效。非正常失效（早期失效）是指模具未达到一定的工业水平下公认的寿命时就不能工作。早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。正常失效是指模具经大批量生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续工作。

模具失效形式归纳起来大致有三种，即磨损、断裂、塑性变形。

（1）磨损失效模具在工作时，与成形坯料接触，产生相对运动。由于表面的相对运动，接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损。

（2）断裂失效模具出现大裂纹或分离为两部分丧失工作能力时，称为断裂失效。

（3）塑性变形失效模具在工作时承受很大的应力，而且不均匀。当模具的某个部位的应力超过了当时温度下模具材料的屈服极限时，就会产生塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而且不能修复再工作时，叫塑性变形失效。模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程。是否產生塑性变形，起主导作用的是机械负荷以及模具的室温强度。在高温下工作的模具，是否产生塑性变形，主要取决于模具的工作温度和模具材料的高温强度。

影响模具寿命的因素：模具的材料是否经过特殊处理;模具的结构形式;下模的间隙;上下模的位置精度;调整垫片的合理使用;冲压板材是否有良好的润滑;冲压板材是否平整;冲压板材的类型及厚度;冲压机器每个转塔上下工位的对中性;机器转塔上的导向键是否完好无损。以上诸因素中最直接的就是板越厚，材料越硬以及步冲加工，模具寿命会越短。

二、数控转塔冲床模具使用的技术要点

1.标准模具的选用

根据工件的形状尺寸选用合适的模具，模具的刃口直径应尽量大于加工板厚的2倍，直径一般应大于3mm，否则易折断，寿命极短;但也不是绝对的，3mm直径以下推荐使用进口高速钢作为模具材料。

2.保证最佳的模具间隙

模具的间隙是凸模和凹模的间隙，用总差值来表示。例如：使用10的凸模和10.3的凹模时，10.3-10=0.3（凹模的孔径-凸模的孔径=间隙），间隙为0.3mm。这个间隙，是冲孔加工最重要的因素之一。如果间隙选择不合适，会使得模具寿命缩短，或出现毛刺，引起二次剪切等，使得切口形状不规则，脱模力增大等，因此正确地选择间隙值非常重要。模具间隙的选择取决于板厚、材质以及冲压工艺等，不同板厚或者材质应选用相应的模具间隙，间隙过小或者过大或者损坏模具或者影响冲孔质量。如果模具间隙选用的合适，就能够保证良好的冲孔质量，毛刺和塌陷减少，保持板料平整，有效防止带料，延长模具使用寿命。模具间隙的判定主要通过检查冲压废料的情况的办法。废料如果出现粗糙起伏的断裂面和较小的光亮面，就说明间隙过大。断裂面与光亮面形成的角度与间隙成正向比。间隙越大，冲孔时会形成卷边和断裂，甚至出现一个薄缘突起。反之，如果间隙过小，废料会出现小角度断裂面和较大的光亮面。

当进行开槽、步冲、剪切等局部冲压时，侧向力将使冲头偏转而造成单边间隙过小，有时刃边偏移过大会刮伤下模，造成上下模的快速磨损。

模具以最佳间隙冲压时，废料的断裂面和光亮面具有相同的角度，并相互重合，这样可使冲裁力最小，冲孔的毛刺也很小。所以，加工2mm板的下模不可加工3mm的板，也不可加工1mm的板，否则会加剧磨损甚至打坏模具。

3.冲头的表面硬化及其适用范围

虽然热处理和表面涂层可改善冲头表面特性，但并不是解决冲压问题和延长模具寿命的一般方法。一般地说，涂层提高了冲头表面硬度并使侧面的润滑性得到改善，但在大吨位、硬质材料冲压时，这些优点在大约1000次冲压后就消失了。

针对以下情况可使用表面硬化的冲头：冲软或粘性的材料（如铝）;冲薄的研磨性材料（如玻璃环氧片）;冲薄的硬质材料（如不锈钢）;频繁地步冲;非正常润滑的情况。

表面硬化通常采用镀钛、渗氮等方法，其表面硬化层为厚度12～60μm的分子结构，它是冲头基体的一部份，而并非仅是涂层。

表面硬化的模具可按通常的方式刃磨。通过表面硬化会降低模具在冲压板上的磨损，从而延长模具寿命。

三、数控转塔冲床模具在使用中常见问题的改进办法

1.模具过热引起粘料问题的解决办法

大批量生产同一种产品时，由于单个冲头长时间进行工作产生热量，板料的细小颗粒就会粘结在冲头表面上，从而影响冲件的质量。

改进办法：可采取交替使用同尺寸冲头冲压的办法，使多个冲头轮流冲压可使每个冲头在使用之前有较充足的冷却时间。将过热模具停歇使用，通过控制换模，中断其长时间重复工作。要去除冲头上的粘料可用细油石进行打磨，避免进一步粘料的产生打磨方向应与冲头运动的方向应保持一致。要避免使用粗纱布进行打磨，防止冲头表面变得更加粗糙，粘料现象再次发生。

2.冲很多孔时防止板料变形办法的应用

如果在一张板上冲很多孔，板材就会出现变形现象。这是由于每次冲孔时，由于冲切应力的积累，孔周边的材料会向下变形，板料上表面出现拉应力，而下表面则出现压应力。当冲很少的孔时候，这种重切应力不会影响板材的质量，但当冲很多的孔时，板料上下表面的拉应力和压应力在某点上不断积累，就会致使材料不平整、变形。

防止此类变形的方法是：改变孔的冲切顺序，隔孔冲切，然后返回冲切剩余的孔。这样能够有效的降低在同一方向顺序冲压时的应力累积，虽然这种冲切方法也会产生应力，但是它会相互抵消前后两组孔的应力，从而防止了板料的变形。

四、总结

冲压模具的寿命决定于模具的合理选择、使用、维护、保养及程序优化。我们在生产中，要具体问题具体分析，根据实际情况进行调整，这对模具良好状态的发挥，保证生产的正常进行有着重要的意义。同时在生产过程中，贯彻执行一套切实可行的使用、维护、保养措施，不但能提高冲模的耐用度及精度等级，使其能较长时间的保持良好的使用性能，而且也是保证冲压产品的质量，降低成本的有效措施。

参考文献

[1]李名望编著.冲压模具实用技术问答[M]北京：化学工业出版社，2013年.

[2]李硕本等编著.冲压工艺理论与新技术[M]北京：机械工业出版社，2002年.