1、引言
面對2101世紀的國內(nèi)建設(shè)情勢，企業(yè)要適應市場經(jīng)濟的發(fā)展，作為國家支拄產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)將加大輕、微、轎車的產(chǎn)量，因此對模鍛件的精度提出了更高的要求。 在生產(chǎn)進程中，提高模具壽命是1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(zhì)，取決于模具的技術(shù)水平。 模具技術(shù)反應在模具設(shè)計和制造上，而模具壽命除與上述兩個環(huán)節(jié)有關(guān)外，還與使用環(huán)節(jié)有關(guān)。
提高模具壽命有極大的經(jīng)濟效益，1般在試生產(chǎn)階段模具工裝費用占生產(chǎn)本錢的25%左右，而定型生產(chǎn)時僅為10%。
模具的初期失效情勢，多為凸模斷裂、模膛邊沿堆塌、飛邊遭橋部龜裂、模腔底部產(chǎn)生裂紋。 影響模具壽命的因素較多，觸及面廣，模具設(shè)計是模具壽命的基礎(chǔ)。 模具設(shè)計環(huán)節(jié)是指模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、成形模腔設(shè)計和肯定模具鋼種、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(shù)等。 本文僅從模具設(shè)計和模具制造兩個方面探討提高模具壽命的措施。
2、公道設(shè)計精密體積成形件(精鍛件)
模鍛件應盡可能避免帶小孔、窄槽、夾角，形狀要盡可能對稱，即便不能做到軸對稱，也希望到達上、下對稱或左、右對稱。 要設(shè)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點。
對鍛模模腔邊沿和底部圓角半徑R，設(shè)計時應從保證鍛件型腔容易充滿的條件下盡量放大。 若圓角半徑太小，模腔邊沿很容易在高溫高壓下堆塌，嚴重者會構(gòu)成倒錐，影響模鍛件出模。 如底部圓角半徑R太小而又不是光滑過渡，則容易產(chǎn)生裂紋且會不斷擴大。 設(shè)計模具時應充分利用CAD系統(tǒng)功能對產(chǎn)品進行2維和3維設(shè)計，保證產(chǎn)品原始信息的統(tǒng)1性和精確性，避免人為因素釀成的毛病，提高模具的設(shè)計質(zhì)量。 產(chǎn)品3維立體的造型進程以在鑄造前全面反應生產(chǎn)品的外部形狀，及時發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計中可能存在的問題，同時根據(jù)產(chǎn)品信息，用電腦設(shè)計出加工模具型腔的電極，為后續(xù)模具加工做好準備。
采取CAM技術(shù)可以將設(shè)計的電極精確地按指定方式生產(chǎn)。 采取數(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1些外形復雜，精度要求高的鍛件，靠模具鉗工采取常范圍具制造方法保證某些外形尺寸而采取CAD/CAM技術(shù)可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描寫，肯定公道的分模面，保證合模精度，從模具制造這1環(huán)節(jié)確保產(chǎn)品精度。
CAD/CAM/CAE技術(shù)可以進行有限元分析，對關(guān)鍵部位的尺寸設(shè)計是不是公道可以提供修改根據(jù)，從而在為客戶提供高質(zhì)量鍛件的同時，也為客戶的設(shè)計提供了根據(jù)，加強了與客戶的合作。 成形是模鍛進程中最重要的工步，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的，模鍛進程中要全面斟酌各種因素，特別是對生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的或已暴露出的問題，在模具設(shè)計時應采取措施減輕后續(xù)工序的加工難度。 依照這1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1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(chǎn)品質(zhì)量時，可在鍛模設(shè)計上適當增加相應變形部位的加工余量予以補償，這1點對切邊時鍛件變形大的薄法蘭更加重要。 對1些帶有桿部且桿部直徑相對較小的鍛件，在切邊和熱處理進程中會產(chǎn)生有規(guī)律的幾何變形，而用冷校訂方式?jīng)]法或難以校直。 如某廠生產(chǎn)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1定范圍內(nèi)變形方向反向偏移1定的預補反變形量。
3、公道設(shè)計鍛壓工藝
目前，1般企業(yè)無健全的工藝實驗室，缺少工藝實驗條件，客觀上要求工藝方案必須正確，1次成功 特別步入市場經(jīng)濟以后，企業(yè)負責人要求鑄造技術(shù)人員只能成功，不準失敗，這就給工藝設(shè)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，但即便具有豐富實踐經(jīng)驗的工藝人員也難免會感到辣手，1旦失誤就會造成較大損失。 對切邊時存在容易撕裂部份的鍛件可在設(shè)計飛邊槽時成心減薄薄弱部份飛邊橋部的高度，以下降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，在切邊時常常出現(xiàn)搭子及附近筋部撕裂，廢品率高。 若改成鍛后余熱切邊則可提高切邊質(zhì)量，但由于切邊受模鍛生產(chǎn)節(jié)拍的限制，效力低。 而在設(shè)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。
對冷擠壓工藝，必須最大程度地軟化毛坯及減少變形時的摩擦力，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的公道分配。 1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1般可達125～155HB。
含碳量小于0.2%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MoS2潤滑，可下降變形負載，有效減少凸模、壓模圈、接頭體的斷裂失效。 采取多工序小變形的冷擠壓方法能有效地下降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(nèi)某些廠家在擠壓生產(chǎn)時貪圖1時之便，減少擠壓工序，雖然也能把樣品(或產(chǎn)品)做出，但模具負荷太大，容易出現(xiàn)斷裂失效。 這類急功近利的做法是我國冷擠壓工藝曾1轟而起未能迅猛發(fā)展的主要技術(shù)緣由之1。
采取鍛模CAE軟件，可以分析材料的活動情況、摩擦阻力和材料的充腔溢料情況，幫助設(shè)計人員有效公道地進行工藝設(shè)計。
4、公道的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要斟酌導向精度公道、沖裁間隙恰當、剛性好，還要斟酌盡可能采取組合式模具。 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，在可能的情況下盡可能增厚，乃至增厚50%。 多工位模具不宜僅用2根導柱導向，應盡可能做到4根導柱導向，這樣導向性能好。 由于增加了剛度，保證了凸、凹模間隙均勻，確保凸模和凹模不會產(chǎn)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和上下底面之間的平行度。
在冷擠壓時，凸模和凹模的硬度要適合，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1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)，鐓粗增大量為0.01～0.04mm。
對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，不同的鍛壓裝備上的模鍛對鍛模的硬度要求不盡相同，即便在同1種鍛壓裝備上的模鍛，鍛不同的產(chǎn)品對模具的硬度要求也不相同。
在鍛件飛邊切除時，凸模底要盡可能與鍛件的上側(cè)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，否則在切飛邊進程中，切飛邊凸模易使鍛件向1側(cè)翻轉(zhuǎn)，使凸模和凹模破壞。 1般情況下，沖裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命。
5、公道選擇模具材料
根據(jù)模具的工作條件、生產(chǎn)批量和材料本身的強韌性能來選擇模具用材，應盡量選用品質(zhì)好的鋼材 據(jù)相關(guān)資料介紹，模具的制造費較高，而材料費用1般僅是模具價格的6%～20%。 對模具材料要進行質(zhì)量檢測，模塊要符合供貨協(xié)議要求，模塊的化學成分要符合國際上的有關(guān)規(guī)定。 只有在確信模塊合格的情況下，才能鑄造。 大型模塊(100kg以上)采取電渣重熔鋼H13時要確保內(nèi)部質(zhì)量，避免可能出現(xiàn)的成分偏析、雜質(zhì)超標等內(nèi)部缺點。 要采取超聲波探傷等無損檢測技術(shù)檢查，確保每件鍛件內(nèi)部質(zhì)量良好，避免可能出現(xiàn)的冶金缺點，將廢品盡早剔除。
6、公道制定模具鋼的鑄造規(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，可能引發(fā)過熱、過燒、開裂、崩刃、塌陷、拉斷等初期失效現(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。 根據(jù)顯微硬度丈量結(jié)果，碳化物正常散布處為740～760HV，碳化物集中處為920～940HV，碳化物希少處為610～670HV，在碳化物希少處易回火過度，使硬度和強度下降，碳化物富集區(qū)常常因回火不足，脆性大，而致使模具鐓粗或斷裂。
通過鑄造能有效改良工具鋼的碳化物偏析，1般鑄造后可下降碳化物偏析2級，最多為3級。 最好采取軸向、徑向反復鐓拔(10字鐓拔法)，它是將原材料鐓粗后沿斷面中兩個相互垂直的方向反復鐓拔，最后再沿軸向或橫向鍛成，重復1次這1進程就叫做雙10字鐓拔，重復屢次即為屢次10字鐓拔。
而對直徑小于或等于50mm的高合金鋼，其碳化物不均勻性1般在4級之內(nèi)，可滿足1般模具使用要求。
7、公道選擇熱處理工藝
熱處理不當是致使模具初期失效的重要緣由，據(jù)某廠統(tǒng)計，其約占模具初期失效因素的35%。 模具熱處理包括鑄造后的退火，粗加工以后高溫回火或低溫回火，精加工后的淬火與回火，電火花、線切割以后的去應力低溫回火。 只有冷熱加工很好相互配合，才能保證良好的模具壽命。 模具型腔大而壁薄時需要采取正常淬火溫度的上限，以使殘留奧氏體量增加，使模具不致脹大。 快速加熱法由于加熱時間短，氧化脫碳
