1摹钳、引言

　　面對二十一世紀的國內建設形勢粹湃，企業(yè)要適應市場經濟的發(fā)展，作為國家支拄產業(yè)的汽車工業(yè)將加大輕择同、微、轎車的產量净宵，因而對模鍛件的精度提出了更高的要求敲才。在生產過程中，提高模具壽命是一個復雜的綜合性問題择葡。所有鍛壓工藝紧武，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敏储，取決于模具的技術水平阻星。模具技術反映在模具設計和制造上，而模具壽命除與上述兩個環(huán)節(jié)有關外已添，還與使用環(huán)節(jié)有關妥箕。

　　提高模具壽命有極大的經濟效益，一般在試生產階段模具工裝費用占生產成本的25%左右鹰觅，而定型生產時僅為10%涮婿。

　　模具的早期失效形式棍丽，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌很洽、飛邊遭橋部龜裂鼠泊、模腔底部發(fā)生裂紋。影響模具壽命的因素較多川痛，涉及面廣耽坤，模具設計是模具壽命的基礎。模具設計環(huán)節(jié)是指模具的結構設 計都炮、成形模腔設計和確定模具鋼種瘸酒、模具硬度等。模具制造環(huán)節(jié)是指制模工藝听谓、熱處理規(guī)范和表面處理技術等钙幼。本文僅從模具設計和模具制造兩個方面探討提高模具壽命的措施。

　　2血庐、合理設計精密體積成形件(精鍛件)

　　模鍛件應盡量避免帶小孔仿村、窄槽、夾角兴喂，形狀要盡量對稱蔼囊，即使不能做到軸對稱，也希望達到上衣迷、下對稱或左畏鼓、右對稱。要設計拔模斜度壶谒，避免應力集中和模鍛單位壓力增大云矫，克服偏心受載和模具磨損不均等缺陷。

　　對于鍛模模腔邊緣和底部圓角半徑R汗菜，設計時應從保證鍛件型腔容易充滿的前提下盡可能放大让禀。若圓角半徑過小，模腔邊緣很容易在高溫高壓下堆塌陨界，嚴重者會形成倒錐巡揍，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普碎，則容易產生裂紋且會不斷擴大怒忧。

　　設計模具時應充分利用CAD系統功能對產品進行二維和三維設計，保證產品原始信息的統一性和精確性陡顶，避免人為因素造成的錯誤村围，提高模具的設計質量。產品三維立體的造型過程以在鍛造前全面反映出產品的外部形狀，及時發(fā)現原始設計中可能存在的問題缅煎，同時根據產品信息泌盒，用電腦設計出加工模具型腔的電極，為后續(xù)模具加工做好準備督注。

　　采用CAM技術可以將設計的電極精確地按指定方式生產筛密。采用數控銑床(或加工中心)加工電極，可保證電極的加工精度芬吸，減小試模時間鸭乱，減少模具的廢品率和返修率，減少鉗工勞動量奶膘。 

　　對于一些外形復雜橱奶，精度要求高的鍛件，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技術可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描述慈俯，確定合理的分模面渤刃，保證合模精度，從模具制造這一環(huán)節(jié)確保產品精度贴膘。 

　　CAD/CAM/CAE技術可以進行有限元分析卖子，對關鍵部位的尺寸設計是否合理可以提供修改依據，從而在為客戶提供高質量鍛件的同時刑峡，也為客戶的設計提供了依據洋闽，加強了與客戶的合作。

　　成形是模鍛過程中最重要的工步氛琢，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的喊递，模鍛過程中要全面考慮各種因素随闪，尤其是對生產中可能發(fā)生的或已暴露出的問題阳似，在模具設計時應采取措施減輕后續(xù)工序的加工難度。    按照這一原則在預防為減少模鍛件開裂與變形铐伴，提高鍛件合格率方面撮奏，可以有針對性地采取一些對策和措施。如鍛件的某些部位在切邊和沖孔時易變形而影響產品質量時当宴，可在鍛模設計上適當增加相應變形部位的加工余量予以補償珠校，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栓授，在切邊和熱處理過程中會產生有規(guī)律的幾何變形络蟋，而用冷校正方式無法或難以校直。如某廠生產的TS60曲軸死发，可根據實踐經驗和統計數據預先將中心線在一定范圍內變形方向反向偏移一定的預補反變形量络跷。 

　　3、合理設計鍛壓工藝□

　　目前谴眶，一般企業(yè)無健全的工藝試驗室俺阻，缺乏工藝試驗條件池致，客觀上要求工藝方案必須正確，一次成功督靶。尤其步入市場經濟以后剥犯，企業(yè)負責人要求鍛造技術人員只能成功，不許失敗铃挠，這就給工藝設計人員帶來了較大的困難邓星，要求工藝人員要具有較高的水平，但即使具有豐富實踐經驗的工藝人員也難免會感到棘手应结，一旦失誤就會造成較大損失淤井。

　　對于切邊時存在容易撕裂部分的鍛件可在設計飛邊槽時有意減薄薄弱部分飛邊橋部的高度，以降低切飛邊時此處的切割厚度摊趾。如S195連桿币狠，材料為45鋼，鍛后冷切邊砾层，大頭搭子部位由于截面形狀小漩绵、料薄，在切邊時經常出現搭子及附近筋部撕裂肛炮，廢品率高止吐。若改為鍛后余熱切邊則可提高切邊質量，但由于切邊受模鍛生產節(jié)拍的限制侨糟，效率低碍扔。而在設計鍛模時減薄此處飛邊橋的高度，減少此處飛邊沖裁力秕重，可以大大減少切邊撕裂不同。

　　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专运，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的合理分配酵吴。 

　　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壮畏，以20℃/h的冷卻速度冷到680℃保溫3h律腊，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铭歪。

　　含碳量小于0.2%的碳鋼辑蛔，鋼材經退火后硬度可小于120HB。鋼材經軟化退火后再經滾光搀薛、酸洗昔主、磷化、皂化后再涂豬油拌MoS□2潤滑，可降低變形負載徐扯，有效減少凸模经融、壓模圈、接頭體的斷裂失效苫馏。 

　　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雏节，工序間坯料可不進行軟化處理，使模具壽命得以延長高职。國內某些廠家在擠壓生產時貪圖一時之便钩乍，減少擠壓工序，雖然也能把樣品(或產品)做出怔锌，但模具負荷太大寥粹，容易出現斷裂失效。這種急功近利的做法是我國冷擠壓工藝曾經一轟而起未能迅猛發(fā)展的主要技術原因之一埃元。

　　采用鍛模CAE軟件涝涤，可以分析材料的流動情況、磨擦阻力以及材料的充腔溢料情況岛杀，幫助設計人員有效合理地進行工藝設計阔拳。 

　　4、合理的模具結構設計

　　模具結構設計主要考慮導向精度合理类嗤、沖裁間隙恰當糊肠、剛性好，還要考慮盡量采用組合式模具遗锣。模架應有良好的剛性捌养，不要僅僅滿足強度要求，模板不宜太薄宝猩，在可能的情況下盡量增厚螃妨，甚至增厚50%。多工位模具不宜僅用2根導柱導向善占，應盡量做到4根導柱導向君哮，這樣導向性能好抄蔬。因為增加了剛度遮英，保證了凸、凹模間隙均勻音共，確保凸模和凹模不會發(fā)生碰切現象厅瘩。

　　浮動模柄可避免壓力機對模具導向精度的不良影響。凸模應夾緊可靠宗恩，裝配時要檢查凸奈沙撸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，凸模和凹模的硬度要合適达吞，要充分發(fā)揮強韌化處理對延長壽命的潛力张弛。如W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓凸模，當硬度≥60HRC時可正常使用酪劫，壽命為3000~3500件吞鸭。但如果憑經驗認為硬度低、塑性好覆糟，壽命一定延長時就會大失所望刻剥，當硬度為57~58HRC擠壓工件時，凸模的工作帶會鐓粗滩字。某廠檢測擠壓第1件以后凸模的工作帶尺寸發(fā)現造虏，鐓粗增大量為0.01~0.04mm。

　　對于熱擠凹模就不能套用冷擠摸的經驗麦箍，當把3Cr2W8V鋼熱擠凹模的硬度值從＞40HRC降到37~38HRC時漓藕，使用壽命從1000~2000次提高到6000~8000次。

　　根據經驗挟裂，不同的鍛壓設備上的模鍛對鍛模的硬度要求不盡相同撵术，即使在同一種鍛壓設備上的模鍛，鍛不同的產品對模具的硬度要求也不相同话瞧。

　　在鍛件飛邊切除時邪盼，凸模底要盡量與鍛件的上側表面相吻合。如鋼絲鉗模鍛件熱切飛邊時鹅媒，切飛邊凸模底部的凹形要與鋼絲鉗柄部的弧形相吻合梗擅，否則在切飛邊過程中，切飛邊凸模易使鍛件向一側翻轉矛郁，使凸模和凹模損壞意苞。一般情況下，沖裁間隙放大可以延長切飛邊模壽命蒜座。 

　　5美域、合理選擇模具材料

　　根據模具的工作條件、生產批量以及材料本身的強韌性能來選擇模具用材叽渡，應盡可能選用品質好的鋼材茧纵。據有關資料介紹，模具的制造費較高酣殊，而材料費用一般僅是模具價格的6%~20%郭销。 

　　對模具材料要進行質量檢測，模塊要符合供貨協議要求锡移，模塊的化學成份要符合國際上的有關規(guī)定呕童。只有在確信模塊合格的情況下漆际，才能鍛造。大型模塊(100kg以上)采用電渣重熔鋼H13時要確保內部質量夺饲，避免可能出現的成份偏析奸汇、雜質超標等內部缺陷。要采用超聲波探傷等無損檢測技術檢查往声，確保每件鍛件內部質量良好茫蛹，避免可能出現的冶金缺陷，將廢品及早剔除烁挟。 

　　6婴洼、合理制定模具鋼的鍛造規(guī)范

　　根據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撼嗓，對精密模具和負荷大的細長凸模柬采，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級且警。Cr12鋼碳化物不均勻度3級要比5級耐用度提高1倍以上粉捻。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件阿钞。如果碳化物偏析嚴重杖荤，可能引起過熱、過燒篇张、開裂窥吮、崩刃、塌陷胀蹭、拉斷等早期失效現象哗搏。帶狀、網狀见丘、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酒危，橫向的強度低，塑性也差匀挪。

　　根據顯微硬度測量結果败旋，碳化物正常分布處為740~760HV，碳化物集中處為920~940HV炎剿，碳化物稀少處為610~670HV仁连，在碳化物稀少處易回火過度，使硬度和強度降低淳地，碳化物富集區(qū)往往因回火不足怖糊，脆性大，而導致模具鐓粗或斷裂颇象。

　　通過鍛造能有效改善工具鋼的碳化物偏析伍伤，一般鍛造后可降低碳化物偏析2級，最多為3級遣钳。最好采用軸向扰魂、徑向反復鐓拔(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鐓拔蕴茴，最后再沿軸向或橫向鍛成劝评，重復一次這一過程就叫做雙十字鐓拔，重復多次即為多次十字鐓拔倦淀。    而對于直徑小于或等于50mm的高合金鋼蒋畜，其碳化物不均勻性一般在4級以內，可滿足一般模具使用要求撞叽。 

　　7姻成、合理選擇熱處理工藝 

　　熱處理不當是導致模具早期失效的重要原因，據某廠統計劣搪，其約占模具早期失效因素的35%能盈。

　　模具熱處理包括鍛造后的退火，粗加工以后高溫回火或低溫回火斟迁，精加工后的淬火與回火接寥，電火花、線切割以后的去應力低溫回火邻因。只有冷熱加工很好相互配合季础，才能保證良好的模具壽命。

　　模具型腔大而壁薄時需要采用正常淬火溫度的上限耽暖，以使殘留奧氏體量增加亥戒，使模具不致脹大∪吒快速加熱法由于加熱時間短率偏，氧化脫碳傾向減少，晶粒細小蚊患，對碳素工具鋼大型模具淬火變形小浙于。對高速鋼采用低淬、高回工藝比較好挟纱，淬火溫度低羞酗，回火溫度偏高，可大大提高韌性紊服，盡管硬度有所降低檀轨，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℃欺嗤，油冷参萄，然后220℃回火卫枝。如能在這種熱處理以前先行熱處理一次，即加熱至1100℃保溫讹挎，油冷校赤，700℃高溫回火，則模具壽命能大幅度提高筒溃。我們在70年代初期對3Cr2W8V鋼施行高淬马篮、高回工藝熱處理鋼絲鉗熱鍛模具也取得良好效果，壽命提高2倍多条舀。采用低溫氮碳共滲工藝诽泪，表面硬度可達1200HV，也能大大提高模具壽命喇坊。

　　低溫電解滲硫可降低金屬變形時的摩擦力挂闺，提高抗咬粘性能。使用6W6Mo5Cr4V鋼制作冷擠壓凸模嘁老，經低溫氮碳共滲后烧乙，使用壽命平均提高1倍以上，再經低溫電解滲硫處理可以進一步提高壽命50%醉镇。模具淬火后存在很大的殘留應力辱窘，它往往引起模具變形甚至開裂。為了減少殘留應力觉祸，模具淬火后應趁熱進行回火膝班，回火應充分，回火不充分易產生磨前裂紋布虾。對碳素工具鋼庇晤，200℃回火1h，殘留應力能消除約50%屹蚊，回火2h殘留應力能消除約75%~80%厕氨，而如果500~600℃回火1h，則殘留應力能消除達90%汹粤。

　　某廠CrWMn鋼制凸模淬火后回火1h命斧，使用不久便斷裂，而當回火2.5h嘱兼，使用中未發(fā)現斷裂現象国葬。這說明回火不均勻，雖然表面硬度達到要求芹壕，但工作內部組織不均勻汇四，殘留應力消除不充分，模具易早期破裂失效踢涌。 

　　回火后一般為空冷通孽，在回火冷卻過程中序宦，材料內部可能會出現新的拉應力，應緩冷到100~120℃以后再出爐利虫，或在高溫回火后再加一次低溫回火挨厚。

　　表面覆層硬化技術中的PVD返雷、CVD近年來獲得較大的進展舔远，在PVD中常用的真空蒸鍍、真空濺射鍍和離子鍍阎员，其中離子鍍層具有附著力強陌贾、澆鍍性好，沉積速度快伐藕，無公害等優(yōu)點矢盾。離子鍍工藝可在模具表面鍍上TiC、TiN肝芯，其使用壽命可延長幾倍到幾十倍姚藤。離子鍍是真空蒸膜與氣體放電相結合的一種沉積技術≈欠。空心陰極放電法(HCD法)是先用真空泵抽真空偷欲，再向真空泵通入反應氣體，并使真空度保持在10-5~10-2Pa范圍內涣母，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附垒，從而在工作表面堆積成一層防護膜。為提高鍍敷效率更耻，一般在工件上施加負電壓测垛。

　　鍛模的表面處理技術國內應用不太多，這一領域大有開發(fā)的必要秧均。整體模腔的滲碳食侮、滲氮、滲硼目胡、碳氮共滲以及模腔局部的噴涂锯七、刷鍍和堆焊等表面硬化支持都是很有發(fā)展前途的，突破這一領域將使我國制模技術得到很大提高讶隐。

　　模具失效以后的焊補技術起胰，國內90年代初期就有工廠進行研究和應用，如青海鍛造廠巫延，焊補后的鍛模壽命可提高1倍效五。

　　8、合理確定機械加工制造工藝和加工精度

　　采用先進設備和技術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精度炉峰。制造工藝首先要解決加工后的加工變形與殘留應力不能太大畏妖。粗加工時最好不要使表面粗糙度Ra＞3.2μm脉执，特別應注意在模具工作部分轉角處要光滑過渡，減少熱處理產生的熱應力层掺。

　　模腔表面加工時留下的刀痕坠汹、磨痕都是應力集中的部位，也是早期裂紋和疲勞裂紋源渴门，因此在鍛模加工時一定要刃磨好刀具逻烛。平面刀具兩端一定要刃磨好圓角R，圓弧刀具刃磨時要用R規(guī)測量唆蕾，絕不允許出現尖點潭拖。在精加工時走刀量要小，不允許出現刀痕衡辨。對于復雜模腔一定要留足打磨余量厦螟，即使加工后沒有刀痕，也要再由鉗工用風動砂輪(或用其它方法)打磨拋光怎开，但要注意防止打磨時局部出現過熱癣二、燒傷表面和降低表面硬度。

　　模具電加工表面有硬化層铲蒸，厚10μm左右哥谷，硬化層脆而有殘留應力，直接使用往往引起早期開裂概而，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力呼巷。 

　　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，在拉應力作用下赎瑰，裂紋會擴展王悍。對CrWMn鋼冷擠凹模采用干磨，磨削深度為0.04~0.05mm時餐曼，使用中100%開裂压储；采用濕磨，磨削深度0.005~0.01mm時源譬，使用性能良好集惋。消除磨削應力也可將模具在260~315℃的鹽浴中浸1.5min，然后在30℃油中冷卻踩娘，這樣硬度可下降1HRC刮刑，殘留應力降低40%~65%。對于精密模具的精密磨削要注意環(huán)境溫度的影響养渴，要求恒溫磨削张重。 

　　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，可能因熱處理變形造成余量不夠斥稍，必須對新制鍛模進行補焊衡蟹，若留的余量過大，則增加了淬火后的加工難度态晤。 

　　當鍛模燕尾支承面與分模面平行度超過要求時镇弄，會使鍛模鎖扣啃壞或打裂，重者會打斷錘桿甚至損壞錘頭喧盲，所以在鍛模加工中除對模腔尺寸按圖紙要求加工外纽肄，對其它各部分外形尺寸、位置度胸胚、平行度甜届、垂直度都要按要求加工并嚴格檢驗啤邑。有些廠對小型鍛模熱處理后用平面磨床磨削上下平面垫嚣，對大型鍛模用龍門刨床以刨代刮，保證制造精度津函。

　　鍛模模腔的粗糙度直接影響鍛模壽命肖粮，粗糙度高會使鍛件不易脫模，特別是中間帶凸起部位尔苦，鍛件越深涩馆，抱得越緊，最后只能卸下鍛模用機加工或氣割的方法破壞鍛件允坚。由于粗糙度值高會使金屬流動阻力增加魂那，嚴重時模鍛若干件以后會將模壁磨損成溝槽，既影響鍛件成形稠项，也易使鍛模早期失效涯雅。

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

　　模具的制造裝配精度對模具壽命的影響也很大，裝配精度高拗胜，底面平直蔗候，平行度好，凸模與凹模垂直度高埂软，間隙均勻矫撤，亦可獲得相當高的壽命。

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