1慎接、引言 

　　國內(nèi)建設(shè)形勢，企業(yè)要適應(yīng)市場經(jīng)濟的發(fā)展居串，作為國家支拄產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)將加大輕、微保地、轎車的產(chǎn)量撰拯，因而對模鍛件的精度提出了更高的要求刀昼。在生產(chǎn)過程中，提高模具壽命是一個復(fù)雜的綜合性問題讼撒。所有鍛壓工藝浑厚，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)根盒，取決于模具的技術(shù)水平钳幅。模具技術(shù)反映在模具設(shè)計和制造上，而模具壽命除與上述兩個環(huán)節(jié)有關(guān)外炎滞，還與使用環(huán)節(jié)有關(guān)敢艰。

　　提高模具壽命有極大的經(jīng)濟效益，一般在試生產(chǎn)階段模具工裝費用占生產(chǎn)成本的25%左右册赛，而定型生產(chǎn)時僅為10%钠导。

　　模具的早期失效形式，多為凸模斷裂森瘪、模膛邊緣堆塌牡属、飛邊遭橋部龜裂、模腔底部發(fā)生裂紋扼睬。影響模具壽命的因素較多逮栅，涉及面廣，模具設(shè)計是模具壽命的基礎(chǔ)补搅。模具設(shè)計環(huán)節(jié)是指模具的結(jié)構(gòu)設(shè) 計笼万、成形模腔設(shè)計和確定模具鋼種、模具硬度等众被。模具制造環(huán)節(jié)是指制模工藝简些、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唤抚。

　　2篱撩、合理設(shè)計精密體積成形件(精鍛件)

　　模鍛件應(yīng)盡量避免帶小孔、窄槽说庶、夾角缓鞠，形狀要盡量對稱，即使不能做到軸對稱秆牍，也希望達到上业抵、下對稱或左、右對稱支读。要設(shè)計拔模斜度厦碎，避免應(yīng)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陷扇雕。

　　對于鍛模模腔邊緣和底部圓角半徑R拓售，設(shè)計時應(yīng)從保證鍛件型腔容易充滿的前提下盡可能放大窥摄。若圓角半徑過小，模腔邊緣很容易在高溫高壓下堆塌础淤，嚴重者會形成倒錐崭放，影響模鍛件出模。如底部圓角半徑R過小而又不是光滑過渡鸽凶，則容易產(chǎn)生裂紋且會不斷擴大币砂。

　　設(shè)計模具時應(yīng)充分利用CAD系統(tǒng)功能對產(chǎn)品進行二維和三維設(shè)計，保證產(chǎn)品原始信息的統(tǒng)一性和精確性玻侥，避免人為因素造成的錯誤决摧，提高模具的設(shè)計質(zhì)量。產(chǎn)品三維立體的造型過程以在鍛造前全面反映出產(chǎn)品的外部形狀使碾，及時發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計中可能存在的問題蜜徽，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票摇，為后續(xù)模具加工做好準備拘鞋。 

　　采用CAM技術(shù)可以將設(shè)計的電極精確地按指定方式生產(chǎn)。采用數(shù)控銑床(或加工中心)加工電極共悼，可保證電極的加工精度驶闰，減小試模時間，減少模具的廢品率和返修率钙瘫，減少鉗工勞動量阔垢。  

　　對于一些外形復(fù)雜，精度要求高的鍛件侯砸，靠模具鉗工采用常規(guī)模具制造方法保證某些外形尺寸而采用CAD/CAM技術(shù)可以對這些復(fù)雜的鍛件進行精確的尺寸描述挨奶，確定合理的分模面，保證合模精度俗衍，從模具制造這一環(huán)節(jié)確保產(chǎn)品精度粥萍。   

　　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)計是否合理可以提供修改依據(jù)簸隅，從而在為客戶提供高質(zhì)量鍛件的同時犀挠，也為客戶的設(shè)計提供了依據(jù)，加強了與客戶的合作撰钥。

　　成形是模鍛過程中最重要的工步燎字，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的，模鍛過程中要全面考慮各種因素阿宅，尤其是對生產(chǎn)中可能發(fā)生的或已暴露出的問題候衍，在模具設(shè)計時應(yīng)采取措施減輕后續(xù)工序的加工難度。    按照這一原則在預(yù)防為減少模鍛件開裂與變形，提高鍛件合格率方面脱柱，可以有針對性地采取一些對策和措施伐弹。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)量時拉馋，可在鍛模設(shè)計上適當(dāng)增加相應(yīng)變形部位的加工余量予以補償榨为，這一點對于切邊時鍛件變形大的薄法蘭更為重要。對一些帶有桿部且桿部直徑相對較小的鍛件煌茴，在切邊和熱處理過程中會產(chǎn)生有規(guī)律的幾何變形随闺，而用冷校正方式無法或難以校直。如某廠生產(chǎn)的TS60曲軸蔓腐，可根據(jù)實踐經(jīng)驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)預(yù)先將中心線在一定范圍內(nèi)變形方向反向偏移一定的預(yù)補反變形量矩乐。  

　　3、合理設(shè)計鍛壓工藝 

　　目前回论，一般企業(yè)無健全的工藝試驗室恋猜，缺乏工藝試驗條件，客觀上要求工藝方案必須正確晴消，一次成功贰嚷。尤其步入市場經(jīng)濟以后，企業(yè)負責(zé)人要求鍛造技術(shù)人員只能成功战决，不許失敗泵位，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窘燎，但即使具有豐富實踐經(jīng)驗的工藝人員也難免會感到棘手辙肿，一旦失誤就會造成較大損失。

　　對于切邊時存在容易撕裂部分的鍛件可在設(shè)計飛邊槽時有意減薄薄弱部分飛邊橋部的高度昂待，以降低切飛邊時此處的切割厚度诀甫。如S195連桿，材料為45鋼呜唁，鍛后冷切邊哪蒙，大頭搭子部位由于截面形狀小、料薄捻艳，在切邊時經(jīng)常出現(xiàn)搭子及附近筋部撕裂驾窟，廢品率高。若改為鍛后余熱切邊則可提高切邊質(zhì)量认轨，但由于切邊受模鍛生產(chǎn)節(jié)拍的限制绅络，效率低。而在設(shè)計鍛模時減薄此處飛邊橋的高度嘁字，減少此處飛邊沖裁力恩急，可以大大減少切邊撕裂。

　　對于冷擠壓工藝，必須最大程度地軟化毛坯及減少變形時的磨擦力衷恭，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的合理分配此叠。   

　　一般低碳鋼、碳鋼及低碳合金鋼的軟化退火工藝為：加熱至760℃保溫4h随珠，以20℃/h的冷卻速度冷到680℃保溫3h灭袁，再以20℃/h的冷卻速度冷卻到640℃后隨爐冷卻到350℃出爐。硬度一般可達125~155HB窗看。

　　含碳量小于0.2%的碳鋼茸歧，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)滾光浴祥、酸洗晶会、磷化、皂化后再涂豬油拌MoS□2潤滑预蒜，可降低變形負載禀瓜，有效減少凸模、壓模圈论燎、接頭體的斷裂失效丹仅。   

　　采用多工序小變形的冷擠壓方法能有效地降低模具承受的單位擠壓力，工序間坯料可不進行軟化處理栖啰，使模具壽命得以延長橘沾。國內(nèi)某些廠家在擠壓生產(chǎn)時貪圖一時之便，減少擠壓工序劫漠，雖然也能把樣品(或產(chǎn)品)做出仲它，但模具負荷太大，容易出現(xiàn)斷裂失效拄弯。這種急功近利的做法是我國冷擠壓工藝曾經(jīng)一轟而起未能迅猛發(fā)展的主要技術(shù)原因之一兜飒。

　　采用鍛模CAE軟件，可以分析材料的流動情況贞盯、磨擦阻力以及材料的充腔溢料情況音念，幫助設(shè)計人員有效合理地進行工藝設(shè)計。   

　　4躏敢、合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮導(dǎo)向精度合理闷愤、沖裁間隙恰當(dāng)、剛性好件余，還要考慮盡量采用組合式模具吴澜。模架應(yīng)有良好的剛性舟到，不要僅僅滿足強度要求但狭，模板不宜太薄税课，在可能的情況下盡量增厚，甚至增厚50%。多工位模具不宜僅用2根導(dǎo)柱導(dǎo)向告丢，應(yīng)盡量做到4根導(dǎo)柱導(dǎo)向枪蘑，這樣導(dǎo)向性能好。因為增加了剛度岖免，保證了凸咆上、凹模間隙均勻，確保凸模和凹模不會發(fā)生碰切現(xiàn)象秤瞒。

　　浮動模柄可避免壓力機對模具導(dǎo)向精度的不良影響爷凫。凸模應(yīng)夾緊可靠疗涎，裝配時要檢查凸那滞福或凹模的軸線對水平面的垂直度以及上下底面之間的平行度。

　　在冷擠壓時理若，凸模和凹模的硬度要合適逞脚，要充分發(fā)揮強韌化處理對延長壽命的潛力。如W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓凸模涡似，當(dāng)硬度≥60HRC時可正常使用霸篡，壽命為3000~3500件。但如果憑經(jīng)驗認為硬度低怨怒、塑性好吹毫，壽命一定延長時就會大失所望，當(dāng)硬度為57~58HRC擠壓工件時榴痢，凸模的工作帶會鐓粗龟卷。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粤策。

　　對于熱擠凹模就不能套用冷擠摸的經(jīng)驗樟澜，當(dāng)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次叮盘。

　　根據(jù)經(jīng)驗秩贰，不同的鍛壓設(shè)備上的模鍛對鍛模的硬度要求不盡相同，即使在同一種鍛壓設(shè)備上的模鍛柔吼，鍛不同的產(chǎn)品對模具的硬度要求也不相同毒费。

　　在鍛件飛邊切除時，凸模底要盡量與鍛件的上側(cè)表面相吻合愈魏。如鋼絲鉗模鍛件熱切飛邊時觅玻，切飛邊凸模底部的凹形要與鋼絲鉗柄部的弧形相吻合，否則在切飛邊過程中蝌戒，切飛邊凸模易使鍛件向一側(cè)翻轉(zhuǎn)串塑，使凸模和凹模損壞。一般情況下，沖裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命桩匪。  

　　5琉枚、合理選擇模具材料

　　根據(jù)模具的工作條件、生產(chǎn)批量以及材料本身的強韌性能來選擇模具用材冶侮，應(yīng)盡可能選用品質(zhì)好的鋼材更鼻。據(jù)有關(guān)資料介紹，模具的制造費較高们萄，而材料費用一般僅是模具價格的6%~20%措铸。 

　　對模具材料要進行質(zhì)量檢測，模塊要符合供貨協(xié)議要求焦驰，模塊的化學(xué)成份要符合國際上的有關(guān)規(guī)定废含。只有在確信模塊合格的情況下，才能鍛造搭照。大型模塊(100kg以上)采用電渣重熔鋼H13時要確保內(nèi)部質(zhì)量锰玩，避免可能出現(xiàn)的成份偏析、雜質(zhì)超標等內(nèi)部缺陷凝估。要采用超聲波探傷等無損檢測技術(shù)檢查辣胚，確保每件鍛件內(nèi)部質(zhì)量良好，避免可能出現(xiàn)的冶金缺陷甜奄，將廢品及早剔除柠横。   

　　6、合理制定模具鋼的鍛造規(guī)范

　　根據(jù)碳化物偏析對模具壽命的影響课兄，必須限制碳化物的不均勻度牍氛，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第喳，碳化物不均勻度應(yīng)控制為不大于3級糜俗。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件曲饱，而碳化物不均勻度提高到1~2級時可滾絲550000件悠抹。如果碳化物偏析嚴重，可能引起過熱扩淀、過燒楔敌、開裂、崩刃驻谆、塌陷卵凑、拉斷等早期失效現(xiàn)象。帶狀胜臊、網(wǎng)狀淋话、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商寝，橫向的強度低，塑性也差性里。 

　　根據(jù)顯微硬度測量結(jié)果愁淀，碳化物正常分布處為740~760HV，碳化物集中處為920~940HV谨冷，碳化物稀少處為610~670HV曙椎，在碳化物稀少處易回火過度，使硬度和強度降低档葱，碳化物富集區(qū)往往因回火不足卤诗，脆性大，而導(dǎo)致模具鐓粗或斷裂凸脚。

　　通過鍛造能有效改善工具鋼的碳化物偏析事晶，一般鍛造后可降低碳化物偏析2級，最多為3級棋躬。最好采用軸向愁反、徑向反復(fù)鐓拔(十字鐓拔法)，它是將原材料鐓粗后沿斷面中兩個相互垂直的方向反復(fù)鐓拔剪勿，最后再沿軸向或橫向鍛成，重復(fù)一次這一過程就叫做雙十字鐓拔方庭，重復(fù)多次即為多次十字鐓拔厕吉。    而對于直徑小于或等于50mm的高合金鋼，其碳化物不均勻性一般在4級以內(nèi)械念，可滿足一般模具使用要求头朱。   

　　7、合理選擇熱處理工藝   

　　熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要原因龄减，據(jù)某廠統(tǒng)計项钮，其約占模具早期失效因素的35%。 

　　模具熱處理包括鍛造后的退火希停，粗加工以后高溫回火或低溫回火烁巫，精加工后的淬火與回火，電火花宠能、線切割以后的去應(yīng)力低溫回火亚隙。只有冷熱加工很好相互配合，才能保證良好的模具壽命棵薛。

　　模具型腔大而壁薄時需要采用正常淬火溫度的上限掰砌，以使殘留奧氏體量增加，使模具不致脹大抗该⊙Р恚快速加熱法由于加熱時間短咪朴，氧化脫碳傾向減少，晶粒細小师赂，對碳素工具鋼大型模具淬火變形小吆踏。對高速鋼采用低淬、高回工藝比較好渊伐，淬火溫度低轩丁，回火溫度偏高，可大大提高韌性多析，盡管硬度有所降低仙商，但對提高因折斷或疲勞破壞的模具壽命極為有效。通常Cr12MoV鋼淬火加熱溫度為1000℃初祠，油冷钞钙，然后220℃回火。如能在這種熱處理以前先行熱處理一次声离，即加熱至1100℃保溫芒炼，油冷，700℃高溫回火术徊，則模具壽命能大幅度提高本刽。我們在70年代初期對3Cr2W8V鋼施行高淬、高回工藝熱處理鋼絲鉗熱鍛模具也取得良好效果赠涮，壽命提高2倍多子寓。采用低溫氮碳共滲工藝，表面硬度可達1200HV笋除，也能大大提高模具壽命斜友。 

　　低溫電解滲硫可降低金屬變形時的摩擦力，提高抗咬粘性能垃它。使用6W6Mo5Cr4V鋼制作冷擠壓凸模鲜屏，經(jīng)低溫氮碳共滲后，使用壽命平均提高1倍以上国拇，再經(jīng)低溫電解滲硫處理可以進一步提高壽命50%洛史。模具淬火后存在很大的殘留應(yīng)力，它往往引起模具變形甚至開裂糠歧。為了減少殘留應(yīng)力抄瀑，模具淬火后應(yīng)趁熱進行回火，回火應(yīng)充分预第，回火不充分易產(chǎn)生磨前裂紋隆惊。對碳素工具鋼，200℃回火1h害媚，殘留應(yīng)力能消除約50%蹬寸，回火2h殘留應(yīng)力能消除約75%~80%犹耻，而如果500~600℃回火1h，則殘留應(yīng)力能消除達90%广柴。 

　　某廠CrWMn鋼制凸模淬火后回火1h春探，使用不久便斷裂，而當(dāng)回火2.5h才嘀，使用中未發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象辑皿。這說明回火不均勻，雖然表面硬度達到要求跋炕，但工作內(nèi)部組織不均勻赖晶，殘留應(yīng)力消除不充分，模具易早期破裂失效辐烂。   

　　回火后一般為空冷遏插，在回火冷卻過程中，材料內(nèi)部可能會出現(xiàn)新的拉應(yīng)力纠修，應(yīng)緩冷到100~120℃以后再出爐胳嘲，或在高溫回火后再加一次低溫回火。

　　表面覆層硬化技術(shù)中的PVD扣草、CVD近年來獲得較大的進展了牛，在PVD中常用的真空蒸鍍、真空濺射鍍和離子鍍德召，其中離子鍍層具有附著力強白魂、澆鍍性好，沉積速度快上岗，無公害等優(yōu)點。離子鍍工藝可在模具表面鍍上TiC蕴坪、TiN膀概，其使用壽命可延長幾倍到幾十倍。離子鍍是真空蒸膜與氣體放電相結(jié)合的一種沉積技術(shù)础甜《认蓿空心陰極放電法(HCD法)是先用真空泵抽真空，再向真空泵通入反應(yīng)氣體怨拍，并使真空度保持在10-5~10-2Pa范圍內(nèi)浙梗，利用低壓大電流HCD電子槍使蒸發(fā)的金屬或化合物離子化，從而在工作表面堆積成一層防護膜灰蒋。為提高鍍敷效率务冠，一般在工件上施加負電壓。

　　鍛模的表面處理技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用不太多萍捌，這一領(lǐng)域大有開發(fā)的必要丈揖。整體模腔的滲碳目露、滲氮、滲硼旁咙、碳氮共滲以及模腔局部的噴涂惯波、刷鍍和堆焊等表面硬化支持都是很有發(fā)展前途的，突破這一領(lǐng)域?qū)⑹刮覈颇＜夹g(shù)得到很大提高椿疗。

　　模具失效以后的焊補技術(shù)漏峰，國內(nèi)90年代初期就有工廠進行研究和應(yīng)用，如青海鍛造廠届榄，焊補后的鍛模壽命可提高1倍浅乔。

　　8、合理確定機械加工制造工藝和加工精度

　　采用先進設(shè)備和技術(shù)確保每副模具具有高精度和互換性以保證鍛模所要求的高精度和重復(fù)精度痒蓬。制造工藝首先要解決加工后的加工變形與殘留應(yīng)力不能太大童擎。粗加工時最好不要使表面粗糙度Ra＞3.2μm，特別應(yīng)注意在模具工作部分轉(zhuǎn)角處要光滑過渡攻晒，減少熱處理產(chǎn)生的熱應(yīng)力顾复。

　　模腔表面加工時留下的刀痕、磨痕都是應(yīng)力集中的部位鲁捏，也是早期裂紋和疲勞裂紋源芯砸，因此在鍛模加工時一定要刃磨好刀具。平面刀具兩端一定要刃磨好圓角R给梅，圓弧刀具刃磨時要用R規(guī)測量假丧，絕不允許出現(xiàn)尖點。在精加工時走刀量要小拯羽，不允許出現(xiàn)刀痕幢耍。對于復(fù)雜模腔一定要留足打磨余量，即使加工后沒有刀痕谐创，也要再由鉗工用風(fēng)動砂輪(或用其它方法)打磨拋光忿和，但要注意防止打磨時局部出現(xiàn)過熱、燒傷表面和降低表面硬度寸芦。

　　模具電加工表面有硬化層渤惦，厚10μm左右，硬化層脆而有殘留應(yīng)力婆仪，直接使用往往引起早期開裂舵邦，這種硬化層在對其進行180℃左右的低溫回火時可消除其殘留應(yīng)力。   

　　磨削時若磨削熱過大會引起肉眼看不見的與磨削方向垂直的微小裂紋筑落，在拉應(yīng)力作用下村参，裂紋會擴展。對CrWMn鋼冷擠凹模采用干磨揍忍，磨削深度為0.04~0.05mm時弯疾，使用中100%開裂贾虽；采用濕磨，磨削深度0.005~0.01mm時吼鱼，使用性能良好蓬豁。消除磨削應(yīng)力也可將模具在260~315℃的鹽浴中浸1.5min，然后在30℃油中冷卻菇肃，這樣硬度可下降1HRC地粪，殘留應(yīng)力降低40%~65%。對于精密模具的精密磨削要注意環(huán)境溫度的影響琐谤，要求恒溫磨削蟆技。   

　　鍛模粗加工時要為精加工保留合理的加工余量，因為所留的余量過小斗忌，可能因熱處理變形造成余量不夠质礼，必須對新制鍛模進行補焊，若留的余量過大织阳，則增加了淬火后的加工難度眶蕉。   

　　當(dāng)鍛模燕尾支承面與分模面平行度超過要求時，會使鍛模鎖扣啃壞或打裂唧躲，重者會打斷錘桿甚至損壞錘頭造挽，所以在鍛模加工中除對模腔尺寸按圖紙要求加工外，對其它各部分外形尺寸乱孩、位置度憨净、平行度、垂直度都要按要求加工并嚴格檢驗菲组。有些廠對小型鍛模熱處理后用平面磨床磨削上下平面啰昧，對大型鍛模用龍門刨床以刨代刮，保證制造精度庭匆。

　　鍛模模腔的粗糙度直接影響鍛模壽命裤魔，粗糙度高會使鍛件不易脫模，特別是中間帶凸起部位猩僧，鍛件越深，抱得越緊沿信，最后只能卸下鍛模用機加工或氣割的方法破壞鍛件纲析。由于粗糙度值高會使金屬流動阻力增加，嚴重時模鍛若干件以后會將模壁磨損成溝槽组漏，既影響鍛件成形农浓，也易使鍛模早期失效。

　　工作表面粗糙度值低的模具不但摩擦阻力小觅赊，而且抗咬合和抗疲勞能力強右蕊，表面粗糙度一般要求Ra=0.4~0.8μm琼稻。  

　　模具的制造裝配精度對模具壽命的影響也很大，裝配精度高饶囚，底面平直帕翻，平行度好，凸模與凹模垂直度高萝风，間隙均勻嘀掸，亦可獲得相當(dāng)高的壽命。 

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