从模具失效的统计数据剖析各种因素影响

HEATS

　　1概述

$ m* A# X3 F* j' n, r

　　自从我国加入WTO之后，模具产品已提升到技术装备总体水平至关重要的一个环节，其中，尤其是冷挤压模具，它是实现少、无切削加工的重要工艺装备，在现代生产加工中日益得到广泛的应用。但在冷挤压加工时，常常遇到一些妨碍正常投产的重要问题，就是模具受到损坏，主要表现有如下三种失效类型。

! L" s0 y/ y. i8 C+ [) B

　　(1)磨损，冷挤压模具与其他绝大多数模具一样，都有一个零件的公差所允许的磨损范围。当模具达到磨损极限不能继续使用时，这种磨损属于正常的工具损坏。然而对于相当一部分模具来说，在尚未达到磨损极限之前，由于许多方面原因，常发生型腔表面早期损伤失效，如磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳(点蚀或剥落)失效等。这样，就不能制造出合格的挤压件。

7 U. v B1 ^: s3 e

　　(2)变形，由于冷挤压时作用在模具上的载荷非常大，直接承受压力作用的工作零件，将产生弹性变形和塑性变形，例如凹模型腔的弹性膨胀，凸模的镦粗、弯曲，顶料杆的轴向压缩，垫块的中心压塌等等。这样，使模具造成正常的工作，严重影响生产。

　　(3)断裂，这是冷挤压模具最常见的一种损坏形式，它因载荷超出模具材料的强度极限所造成的，例如凸模折断、凹模及紧固圈开裂、顶杆断裂、镶块疲劳断裂、蠕变断裂、低应力脆断等。

　　当模具零件产生上述这种缺陷时，就不能制造出合格的挤压件，会严重影响工厂的生产计划。为此，面临工程技术人员要及时解决造成这些缺陷的关键问题。

9 J5 K$ f4 [. i/ g9 |

　　生产实践证明，每副模具的承载能力、工作使用寿命、制造精度及产品合格率，在很大程度上取块于模具钢的化学成分，模具零件的加工质量及热处理工艺等。为了生产出高质量、高经济效益的产品挤压件，必须从模具结构设计，选用模具材料，机械加工、热处理、生产成本等方面、全面进行考虑，才能达到应有的技术经济效果。

6 Z J7 q/ p/ p/ J8 b1 F: N/ ~; X! \% { 8 I$ p$ N: i8 A) A& X) D3 L' ^

　　2模具早期失效的统计数据

- ~ V6 _& }2 v' S z

　　任何一种失效原因，就需要了解及分析模具损坏的根本因素，可以从生产实践中收集第一性资料，即社会生产统计调查。

; [, y2 G* x& }- X" B# M

　　以模具外表和内部检验结果为依据，找出其中影响模具失效的决定性因素，就可以查明模具失效的特征和损坏的根本原因，当然，模具失效往往是由几个因素综合作用的结果，在进行具体分析时，必须充分考虑各个因素之问的相互影响和有机联系。

　　在分析模具损坏之前，曾对模具早期失效的原因进行了一次统计分析，上海地区与日本的数据是有差别的。但是，模具早期失效的原因主要是由于模具热处理工艺不佳和模具原材料质量不好，其次是模具使用条件不好、模具加工方法不好，模具设计不合理及模具毛坯锻造工艺不妥等原因造成的。因此，为了防止模具早期失效，延长模具使用寿命，应从上述几方面采取有效的、相应的预防措施。

5 [6 p6 f1 Z c6 D1 F7 J

　　3冷挤压模具的工作条件

- C1 H1 _4 L8 L) X) X# P / a, O8 L0 G' _, l& L4 P( k

　　冷挤压模具工作条件极其恶劣。冷挤凸模的受力情况随挤压方法的不同而异，正挤压凸模主要承受压应力的作用，而反挤压凸模或复合挤压凸模，在挤压工作行程时，承受着很大的压应力作用，在回程时则承受较小的拉应力，这个拉、压应力是交变产生的。不论是正挤压还是反挤压往往还受到偏心负荷所引起的弯曲应力的作用.由此可以看出，冷挤压凸模受到拉、压和弯曲应力的综合作用，其受力状态是比较复杂的。

. s# k8 `$ x Q3 e2 z; t

　　冷挤压凹模内壁由于承受着较大的内压力作用，从而使凹模的圆周方向上作用着较大的拉应力。

- `3 ?$ `+ k: I- \# ^! i 8 @6 O; I; ~6 }1 U1 Q% h

　　此外，冷挤压成形是在很短时间内完成的，且将大截面的毛坯变成小截面的挤压件，从而使模具承受着交变的冲击载荷。冷挤压过程中的热效应以及模具工作表面受到的剧烈摩擦作用，使挤压件温升高达300—400℃。从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度下降，这就是说模具还承受着冷热交变应力的作用。

# ?8 z- d3 P& I7 Y+ V ] ( ^6 g$ X W" c# M) E0 A' J

　　如此苛刻的工作条件，使得冷挤压模具的使用寿命比其它模具要短得多。因此，为了延长模具的使用寿命，降低产品成本，提高经济效益，查明模具失效的根本原因，并采取得力的措施加以解决，对于冷挤压模具显得比其它的模具更为重要。

8 i& W) |" E) h* V $ R3 _ ]+ [( A( N

　　4模具损坏的各种具体因素

) z( |- ?& M; U' t, l5 U

　　冷挤压模具因受使用情况不同，选用的钢种复杂，加工工序多等，可把影响模具使用寿命的各种具体因素分为如下六个方面：

% P6 E1 b( E, [2 j0 R1 e8 b$ x * h& N% P$ @4 }7 f% W

　　4.1挤压件方面

　　在设计挤压件时，与模具失效有关的有

　　(1)原材料钢号；(2)制件形状及尺寸；(3)挤压方式；(4)变形程度；(5)制件尺寸精度。

) d2 q3 p4 Z2 \- B" b" f - Y+ C6 f: h. q x: }4 i, r

　　4.2模具设计方面

1 d4 Q* {- Z* h) H8 a * y g* Y+ d, W( ~ q, ?* Q/ {

　　冷挤压时，影响模具使用寿命的有

! S( W- F3 D5 v) `

　　(1)模具材料选用不当；(2)硬度不合理；(3)面与面相交处有尖角；(4)厚薄壁相差过大；(5)连接圆角半径过小；(6)材料纤维取向不合理；(7)配合精度不当。

" V3 ^* }1 y: D4 }+ q6 _& T" o1 d$ k+ c " U V# @3 a% f

　　4.3模具材质方面

- `1 M3 L- b+ m `

　　在选用模具材质时，密切有关的有

4 U; U9 v' n' Q8 `* h0 v

　　(1)钢的纯净度差；(2)化学成分偏析；(3)钢内疏松；(4)带状(网状)碳化物；(5)带状组织；(6)球化退火质量不好。

4 _1 c1 Q- _, \$ J) s

　　4.4机械加工方面

! q4 H- B" T( A: z( f7 D+ O

　　模具零件金属切削加工时，影响模具失效的有

# J$ p; v9 Q- w$ T; l, d, P

　　(1)磨削损伤，形成微裂纹痕迹；(2)电加工质量差；(3)连接圆角半径较小；(4)表面粗糙度差；(5)尺寸精度差；(6)加工应力未除去。

- a3 B' T; Y# E! j8 D, _6 y

　　4.5热处理方面

7 x. \% U$ p: c

　　模具零件热处理工艺中，与模具失效有关的有

/ i- t% b2 _& t" B 1 X$ r0 A9 w! e

　　(1)加热速度不当；(2)淬火温度不当；(3)保温时间不当；(4)冷却速度不当；(5)炉内气氛不当；(6)回火次数不够；(7)表面硬度不够。

2 u# N; z. d4 R7 x% |; |9 _

　　4.6使用操作方面

7 Y3 ~: Y1 b: u" [1 [/ c; H0 { . w* X" M% D. L d F6 p9 r! o! J

　　在冷挤压生产时，影响模具失效的有

( j8 s( h& ^7 m* e5 i6 _( Q * H B( p+ S! c+ Z( X

　　(1)模具安装不当；(2)润滑条件差；(3)冷却条件不当：(4)设备状况不好；

) d1 F+ [8 T9 a' t; s( \ 1 F$ J w8 j+ p2 y1 x

　　(5)实际操作不按要求。

' ]) m% z3 C2 R! d. t9 W5 k; e # J& w" V- [# j# R$ ~& q

　　通过如上所指出的影响冷挤压模具使用寿命的各种诸多因素，使我们清楚地看到，对具体的实际生产问题，需采用相应的措施来逐步解决。

( g& b) G0 g, |" ]$ Y$ Q

　　5结论

9 x& S3 N: o L7 [, F G! N

　　冷挤压模具的工作条件极为复杂和恶劣，一副模；具在使用过程中往往交织着多种损伤形状，这些损伤相互作用、相互促进、最后以一种或多种形式失效。为此，对冷挤压模具使用寿命的影响因素应进行认真细致研究及分析，如有丰富的实践经验，可直接选用有效的方法，应以不断探索、不断更新、不断提高、不断总结的精神来完成现代模具生产。

& M" c+ k" x' S3 E J# ]' L 0 r7 B4 {0 u5 Z 9 P1 v/ e" g/ P! R; S ) `2 X. @! U% x% t1 w' B9 j& i