如何提高倒裝式復合沖裁模的使用壽命

周天明

摘 要：倒裝式墊圈復合沖裁模結構的使用是與其凸凹模零件結構、強度有著緊密聯(lián)系的，只能在其固有的結構和強度范圍內(nèi)使用。筆者通過對此套模具的凸凹模零件的受力情況和主要失效形式展開分析，從模具結構、材料選擇以及制造工藝等幾個方面入手，就如何加強凸凹模強度從而提高其使用壽命進行改制，延長其的使用壽命，從而提高更大的產(chǎn)生效益。

關鍵詞：倒裝式墊圈復合沖裁模；凸凹模（模具結構）；使用壽命

中圖分類號：TG385.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0332-02

1 前 言

復合沖裁模又叫復合模，由于此類模具結構緊湊，對于沖裁條料的精度要求不高，沖裁的工件整體較為平整，能夠較為容易的滿足精度需求，同時沖件內(nèi)外形同軸度誤差不高等特點而在制造業(yè)上得到了廣泛的應用，有著良好的市場前景。因為復合模沖裁的特點在于同一沖裁行程和模具的同一沖裁工位上完成零件額內(nèi)外形沖裁工作，所以整體沖裁力較大，就會影響凸凹模零件的強度及壽命，如果其強度達不到要求，就無法進一步推廣使用。

以加工墊圈零件為例，當零件厚度尺寸與規(guī)定尺寸中要求的最小厚度參數(shù)有著較大差距時，倘若按照常規(guī)工藝設計成復合模沖裁，那么模具的整體參數(shù)較難達到正常水平，其強度及使用壽命遠難以達到正常模具使用的要求，那么模具在實際使用過程中就會因為功能不足或強度不足等原因?qū)е聼o法使用或縮短使用壽命。倘若使用單工序沖裁的方法，那么整體工作效率不高，將會嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)整體進度和效益，同時連續(xù)沖裁模具的結構占地較大，也不適用。而選擇連續(xù)模或是單工序模沖裁，零件的同軸度要求太高，成為難以逾越的技術難題。所以綜合以上情況加工墊圈零件還是選擇倒裝式復合沖裁模為好，如（圖1）結構。

按照如此模具結構主要凸凹模零件使用Cr12材料，一般正常能沖裁量為9～10萬件左右就失效或損毀。要想能更好提高模具壽命產(chǎn)生更大的效益，就需要對沖裁工藝中模具主要零件的受力特點展開分析，確定造成模具失效的主要原因，由此來找到增強模具強度、延長使用壽命的辦法。

2 凸凹模零件受力分析

因為復合沖裁模的凸凹模零件需要負擔沖孔與落料兩方面的工作，受力負荷最重，因此，主要分析凸凹模的受力情況。從沖裁區(qū)應力和應變情況能夠清晰地掌握凸凹模的受力情況，如圖2所示。

根據(jù)模具鑄造文獻可知，凸凹模軸向及徑向的壓應力都會隨著沖裁間隙的提高而減少，此外，凸凹模還受到內(nèi)孔中存留的沖孔廢料因彈性回復而產(chǎn)生的徑向壓應力和軸向的剪應力。不過這兩種應力將會在沖裁間隙變大的情況下而減小。

3 倒裝式復合沖裁模的主要失效形式

通常來說，模具中受力情況最為嚴重地除了極小孔沖孔的凸模意外，就數(shù)凸凹模零件了，因此，倒裝式復合模的失效形式主要集中在凸凹模零件里。按照模具生產(chǎn)的實際情況來看，凸凹模的失效形式分別表現(xiàn)在以下幾個方面：

①刃口產(chǎn)生縱向裂紋；②沖孔刃口和漏料空刀交接處環(huán)形開裂；再次是凸凹模在刃口或非刃口的直壁部位沿著沖裁方向成45°角方向斷裂；③刃口過早變鈍，刃口側壁磨損嚴重，從而讓沖裁間隙過早地超出許可范圍，造成失效。

對沖裁區(qū)的應力應變情況分析和凸凹模受力情況分析可知，第一種模具失效的原因在于沖裁力過大以及凸凹模壁厚太薄，從而導致沖孔凹?？趦?nèi)的被沖材料產(chǎn)生的反向壓應力和沖孔凹模內(nèi)堆積的廢料造成的彈性壓應力，在兩種應力的共同作用下大于凸凹模人刃口處抗拉力所能承受的最大值，加之凸凹模的韌性不足，最終造成失效形式。該失效形式是模具應用過程中最為常見的。

第二種失效形式的原因在于沖裁力過大，加之刃口和漏料空刀交接的位置由于尖角導致的應力集中作用使得出現(xiàn)開裂。第三種失效形式則是因為沖裁力超過了模具所能承受的范圍，使得模具沿著45°角的方向出現(xiàn)剪切斷裂，通常在模具制作過程中沖擦力的使用都較大，但該失效形式較為少見往往是在該種失效形式出現(xiàn)以前，就已經(jīng)發(fā)生第一種失效形式了。最后的失效形式通常是因為凸凹模在刃口側壁受到的軸向切應力π和徑向壓應力超出承受范圍，同時凸凹模的表面硬度較差共同導致的。

4 加強復合沖裁模凸凹模零件強度，延長其使用壽命的措施

按照上文中的分析結果，筆者結合自身工作經(jīng)驗，指出能夠加強零件硬度、延長模具使用壽命的幾種措施。

4.1 合理使用大間隙沖裁

因為沖裁間隙對于沖壓材料的應力應變狀態(tài)和凸凹模的受力情況有著巨大影響，因此，科學合理地使用大間隙沖裁不僅能夠有效降低沖壓材料中對凸凹模作用的壓應力成分，還能夠減少由于廢料回彈產(chǎn)生的對凹模帶來的徑向壓應力，同時還能夠減少沖裁力與卸料力，進而使得凸凹模整體橫向與徑向的受力都減少。如此，即可使得模具整體的徑向開裂幾率降低，還能盡可能地延緩凸凹模側壁的磨損。對于沖裁間隙的合理選用數(shù)值在中國機械工程學會鑄造專業(yè)學會出版的《鑄造手冊》一書中有著明確的規(guī)定，施工者可以結合具體的生產(chǎn)情況選擇。

4.2 使用差值沖裁間隙沖裁，改變凸凹模的受力情況

差值沖裁間隙沖裁法指的是對模具的沖孔和落料采取不同的沖裁間隙數(shù)值，對后者的數(shù)值要低一些，前者的沖裁間隙數(shù)值則應當超過后者，同時結合模具制作的要求盡可能選擇大一些的數(shù)值，如此，在落料過程中材料對于凸凹模的徑向壓應力就會較大，同時沖孔時的材料與廢料對凸凹模的徑向壓應力則會減少，由此改變了原先凸凹模人口徑向受力過大的情況，有效地降低了徑向開裂的概率，確保了模具的整體強度。

4.3 合理選擇凸凹模具使用的材料及熱處理

模具零件的材料與模具制成后的質(zhì)量效果是息息相關的，因此材料的質(zhì)量越好，越能確保模具的強度質(zhì)量。而凸凹模的零件往往是較為脆弱的，加之需要承受制作過程中較大的沖裁力，所以，材料改選用高強度、高韌性的模具鋼Cr12MoV效果更適宜。對于熱處理方面，對于受力負荷較為嚴重的或是沖裁輪廓有尖角的刃口凸凹模零件，應當在精加工結束以后，在進行一次去應力回火，從而實現(xiàn)熱處理后精加工中出現(xiàn)殘余應力被消除的目的，由此來避免模具由于承受過大壓力而開裂的情況。

4.4 沖裁間隙的均勻性

在模具裝配工作中必須確保模具的刃口沖裁間隙的均勻性，如果生產(chǎn)者無法保證間隙的均勻性，那么將會導致沖裁過程中刃口的應力分布，從而導致凸凹模的受力平衡被打破，此外，還會導致沖裁間隙過小的區(qū)域由于受力負荷過大而提前損毀。

4.5 優(yōu)化落料刃口結構

常見的落料刃口結構有如圖以下三種。

以圖3中的a結構為例，由于其加工程度不難，因此被廣泛地應用在工業(yè)生產(chǎn)中，不過為了讓凸凹模的強度不會被過分削減，空刀b就需要留的小一些，所以R就比較小，如此，就容易產(chǎn)生應力集中。此外，綜合考量刃磨的因素，為了確保刃口的強度，刃口高度h應該以最高數(shù)值為準，但是會造成凹?？谥卸逊e的廢料偏多，從而引發(fā)凸凹模徑向應力過多，出現(xiàn)失效情況。圖中b的結構有點在于模口不堆積廢料，但是刃口強度有限，使用壽命不長，所以工業(yè)生產(chǎn)商用的較少。c的結構在人口高度數(shù)值不高的情況下，能夠有效規(guī)避a、b結構的缺點，因此，c的結構顯得最為合理。另外，刃口高度h的數(shù)值應當在合適范圍內(nèi)，如果過大就會造成廢料堆積引發(fā)模具開裂。所以，模具結構的刃口高度需要結合料厚的實際情況，選擇料厚數(shù)據(jù)的4～5倍就可以了，厚料的情況下數(shù)值低一些，反之則取高數(shù)值。

5 結 語

模具在工業(yè)上有著廣泛的應用，而倒裝式復合沖裁模在很多沖壓件加工中得到廣泛的應用。對于倒裝式墊圈復合沖裁模的凸凹模主要零件的受力分析后，通過改用Cr12MoV材料及熱處理、選用最大間隙沖裁、使用差值沖裁間隙沖裁方式、在裝配時保證沖裁間隙的均勻性、特別是優(yōu)化落料刃口結構等主要方法后，凸凹模零件的沖裁受力強度得到增強，使用壽命得到了明顯提高，在原來沖裁量只為10～12萬件左右就失效或損毀得情況下能沖裁最大量達18～20萬件，總體提高40%，這給企業(yè)產(chǎn)生大大的增加效益。以上是筆者結合自身工作經(jīng)驗結合相關文獻資料，對提高倒裝式墊圈復合沖裁模使用壽命進行改制的一些相關措施，以期能為同行提供一定參考。

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收稿日期：2018-6-11