沖壓車間如何提高模具壽命和產能

1. 沖壓車間如何提高產能

在企業發展過程中，努力提高生產線的生產競爭力是企業不斷追求的目標，在現有的設備條件下節約生產成本是首要解決的問題，而其中最關鍵的就是「運轉率」和「CT值」。

隨著企業的快速發展和生產規模的不斷擴大，提高企業生產競爭力的關鍵在於在現有設備基礎上努力削減單件產品的生產成本。我公司在生產中使用了「運轉率」（每天實績生產時間占每天計劃生產時間的比例）和「CT值」（單個零件的生產時間）進行管理。

我公司2006年引入了一條機器人自動搬運沖壓生產線（見圖1），該線生產模式為一天3班。經過2年多的運行，該線日生產能力達到7379件/天，運轉率是70%，單件零件平均生產時間是7.2s，效率低，行業競爭力弱。為此，針對提高運轉率和降低CT值我們開展了一系列改善設備的工作。

圖1 沖壓生產線設備構成

根據生產現場2008年1～3月的統計數據顯示，生產線「模具交換」與「模具清掃」時間占每天可生產時間的15%，嚴重影響生產。因此我們把「降低生產CT值」、「生產線換模時間」和「降低模具清掃率」作為改善的目標：2008年CT值6.8s以下、換模時間5min以內以及模具清掃占生產時間的3%以下。

降低CT值

生產CT值代表生產線的生產效率，降低生產CT值就能使生產線更快速生產。決定生產線的生產速度有兩個因素：一是各設備的動作速度，二是各設備的動作協調性。我們經過對現有的生產模式進行反思，想到如果讓生產線上的沖壓機同步沖壓、機器人同步搬運，那麼理論上這種同步生產模式對生產線各設備的協調性比現在步調不一致的生產模式好。因此我們提出了改進措施並進行了一系列的技術攻關。將生產線分割成4個單元單獨優化，使單元動作時間最小。再調整各設備速度和各項連鎖參數，使各單元的動作時間大致相等，且前面單元比後面單元動作時間稍多一點（T單元一≥T單元二≥T單元三≥T單元四）。按照這個方法實施後，同步生產模式實現了。

從2008年6月份起，A沖壓生產線以一種全新的同步生產模式進行生產，並且從同年7月份起，生產線生產各零件的平均CT值下降到6.72s，達成預先設定的目標。同步模式實施前，生產一批1200件零件需要144min；同步模式實施後，生產一批1200件零件只需135min。一天生產7批次零件，一天就節約生產時間63min。

減少模具更換時間

減少沖壓生產線模具交換時間，就能夠降低沖壓零件的庫存，使沖壓工序加工完的零件立即進入焊接工序，更加符合多車型共線生產的需要。我們曾經在2007年的技改工作中，通過減少模具交換時單台設備的故障率、對各設備換模步驟內容進行改善等措施成功地將模具更換時間降低到6.5min/次，但與此次技改目標相比，還有很大差距，需要從整線控制方式上反思，改良出一種更有效率的控制方式。

生產線換模的現狀是：換模時需要5個操作人員，換模前、換模後都必須到各台設備確認參數，各設備不在同一時刻啟動換模。因此我們必須簡化操作，提高自動化水平，建立全自動的「一站式」換模操作方式（見圖2）。

圖2 一站式換模

由於生產線有9種不同生產模式互換的換模方式，實現由一名操作人員控制整線換模過程需要做大量的工作：設計生產線的控制方案、增加整線換模控制裝置、改善整線控製程序與各設備的控製程序、各設備安全連鎖的變更以及大量的現場調試工作。本次整改在休息時間進行，經過3個月的准備工作和3個月的現場調試，「一站式」換模最終成功實現。換模時間從6.5min（見表1）下降到4.5min（見表2）。生產線一天約更換10次模具，節約了20min換模時間，把節約的時間用於生產，能多生產178件零件。更重要的是，4.5min換模時間的沖壓生產線對多車型多模具共線生產的生產模式起到了重大的支持作用。

表1 改善前換模需要6.5min

表2 改善後換模在4.5min內完成

減少模具清掃時間

在汽車企業的沖壓生產中，影響沖壓生產線運轉率是多方面的，其中模具清掃工藝就是重要的一項。在汽車外覆蓋件生產過程中，生產出的零件如果由於模具切削鐵粉粘附在模具表面而引起的質量缺陷，需要停止生產線，清潔模具表面後繼續恢復生產。特別是在新車型投產初期，模具進入生產穩定期前，生產過程中的模具清掃情況特別多，占據每天計劃生產時間的10%左右。模具進入生產穩定期後，清掃時間與鋼板材料的清洗效果有很大關系，一般在2%～3%左右。如果能夠降低不運轉率中的模具清掃率，就能夠得到更多的生產時間。

考慮到生產過程中每次進行模具清掃大約需要300s，其中設備操作時間有250s，因此必須降低設備操作時間。表3所示為模具清掃時設備動作的時間分析，主電機操作時間占模具清掃總時間的53％，取消過程中的主電機停止與開動就能減少抹模操作時間。然而從安全的角度上考慮，抹模時關閉主電機是為了切斷傳動動力，保證滑塊不會誤動作。於是我們通過對離合制動器的控制迴路與執行迴路分析，在執行迴路上增加具有反饋閥芯位置功能的緊急停止閥，這樣在不關閉主電機的情況下，短時間進入壓力機，也能充分保證切斷傳動機構，防止滑塊誤動作，保證抹模操作人員的安全。

表3 模具清掃時設備動作的時間

經過改進，抹模操作時間下降到120s，模具清掃時間下降到生產時間的3％以下，目標達成。

結語

我們通過對生產線設備的改善，實現了提高生產線生產效率的目的，與之前相比，能力提高14.5%，生產能力從7379件/天上升到8453件/天。生產線生產能力提高後，每天有了計劃停機時間，利用計劃停機時間，能夠使生產線進行新車型模具調試、模具維護等，並且使每件零件的電能消耗下降了0.2kW/h，從而使生產成本大幅下降

2. 如何提高單台沖壓機產能

壓機的有效產能僅在其實際實際沖壓過程中，所以所有非沖壓的工作都是浪費，若想要提升單機產能，就要從縮短停機時間開始著手，因為提高機床的本身的沖次（運行速度）幾乎是不可能的，除非更好更加先進的沖床，這樣成本投入過高。
若想要快速的提升一個車間的產能並不是急於投入新設備以及自動化改造，產能提升也不是盲目的越高就越好，而是要與生產出來的產品的品質結合起來。
對於每個公司都有自己的產能瓶頸，就單機也有其產能瓶頸，瓶頸指的是當前情況下所能達到的產能極限，可能因為不同的產品，不同的模具，不同的機床而不同，所以你需要做的是對該機床進行實際運行的調查，列出圖表數據，進行針對性的改善。
例如，你對該機床生產情況進行了一定時間的（可能是一天、或者1周甚至是幾個月）監控，發現停機台時最多基本發生在設備故障方面，那麼該機床的產能提升最應該採取的措施是進行設備的修理和維護，制定針對性的維護保養計劃和執行，如果列在第二位的停機台時是模具因素，那麼就應該對模具進行針對的修理或者改造甚至另開發，列在第三位的是人工誤操作，那麼就涉及到工人的教育培訓，或者增加輔助裝置，自動化裝置，或者在模具上改造進行避免，就像以上的所說需要一份詳盡的調查研究才能提出產能提升方案，再進行實施，當然實施過程中也要考慮成本。

3. 沖壓模具壽命有哪些因素影響

然而，由於沖壓工序不同，工作條件不同，影響沖模壽命的因素是多方面的。下面就沖模的設計、製造及使用等方面綜合分析沖模壽命的影響因素，並捉出相應的改善措施。 1、沖壓設備 沖壓設備（如壓力機）的精度與剛性對沖模壽命的影響極為重要。沖壓設備的精度高、剛性好，沖模壽命大為提高。例如：復雜硅鋼片沖模材料為Crl2MoV，在普通開式壓力機上使用，平均復磨壽命為1-3萬次，而新式精密壓力機上使用，沖模的復磨壽命可達6~12萬次。尤其足小間隙或無間隙沖模、硬質合金沖模及精密沖模必須選擇精度高、剛性好的壓力機，否則，將會降低模具壽命，嚴重者還會損壞棋具。 2、模具設計 （1）模具的導向機構精度。准確和可靠的導向，對於減少模具工作零件的磨損，避免凸、凹模啃傷影響極大，尤其是無間隙和小間隙沖裁模、復合模和多工位級進模則更為有效。為提高模具壽命，必須根據工序性質和零件精度等要求，正確選擇導向形式和確定導向機構的精度。一般情況下，導向機構的精度應高於凸、凹模配合梢度。 （2）模具（凸、凹模）刃口幾何參數。凸、凹模的形狀、配合間隙和圓角半徑不僅對沖壓件成形有較大的影響，而且對於模具的磨損及壽命也影響很大。如模具的配合間隙直接影響沖裁件質量和模具壽命。精度要求較高的，宜選較小的間隙值；反之則可適當加大間隙，以提高模具壽命。 3、沖壓工藝 （1）沖壓零件的原材料。 實際生產中，由於外壓零件的原材料厚度公差超差、材料性能波動、表面質量較差（如銹跡）或不幹凈（如油污）等，會造成模具工作零件磨損加劇、易崩刃等不良後果。為此，應當注意：①盡可能採用沖壓工藝性好的原材料，以減少沖壓變形力；②沖壓前應嚴格檢查原材料的牌號、厚度及表面質量等，並將原材料擦拭乾凈，必要時應清除表面氧化物和銹跡；③根據沖壓工序和原材料種類，必要時可安排軟化處理和表面處理，以及選擇合適的潤滑劑和潤滑工序。 （2）排樣與搭邊。 不合理的往復送料排樣法以及過小的搭邊值往往會造成模具急劇磨損或凸、凹模啃傷。因此，在考慮提高材判利用畢的同時，必須根據零件的加工批量、質量要求和模具配合間隙，合理選擇排樣方法和搭邊值，以提高模具壽命。 4、模具材料 模具材料對模具壽命的影響是材料種類、化學成分、組織結構、硬度和冶金質量等諸岡索的綜合反映。不同材質的模具壽命往往不同。為此，對於沖模工作零件材料提出兩項基本要求：①材料的使用性能應具有高硬度（58~64HRC）和高強度，並具有高的耐磨性和足夠的韌性，熱處理變形小，有一定的熱硬性；②工藝性能良好。沖模工作零件加工製造過程一般較為復雜。因而必須具有對各種加工工藝的適應性，如可鍛性、可切削加工性、淬硬性、淬透性、淬火裂紋敏感性和磨削加工性等。通常根據沖壓件的材料特性、生產批量、精度要求等，選擇性能優良的模具材料，同時兼顧其工藝性和經濟性。 5、熱加工工藝 實踐證明。模具的熱加工質量對模具的性能與使用壽命影響甚大。從模具失效原因的分析統計可知，因熱處理不當所引發模具失效"事故"約佔40％以上。模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程的早期斷裂，均與摸具的熱加工工藝有關。 （1）鍛造工藝，這是模具工作零件製造過程中的重要環節。對於高合金工具鋼的模具，通常對材料碳化物分布等金相組織提出技術要求。此外，還應嚴格控制鍛造溫度范圍，制定正確的加熱規范，採用正確的鍛造力法，以及鍛後緩冷或及時退火等。 （2）預備熱處理。應視模具工作零件的材料和要求的不同分別採用退火、正火或調質等預備熱處理工藝，以改善組織，消除鍛造毛坯的組織缺陷，改善加工工藝性。高碳合金模具鋼經過適當的預備熱處理可消除網狀二次滲碳體或鏈狀碳化物，使碳化物球化、細化，促進碳化物分布均勻性。這樣有利於保證淬火、回火質量，提高模具壽命。 （3）淬火與回火。這是模具熱處理中的關鍵環節。若淬火加熱時產生過熱，不僅會使工件造成較大的脆性，而且在冷卻時容易引起變形和開裂，嚴重影響模具壽命。沖模淬火加熱時特別應注意防止氧化和脫碳，應嚴格控制熱處理工藝規范，在條件允許的情況下，可採用真空熱處理。淬火後應及時回火，並根據技術要求採用不同的回火工藝。 （4）消應力退火。模具工作零件在粗加工後應進行消應力退火處理，具目的是消除粗加工所造成的內應力，以免淬火叫產生過大的變形和裂紋。對於精度要求高的模具，在磨削或電加工後還需經過消應力回火處理，有利於穩定模具精度，提高使用壽命。 6、加工表面質量 模具工作零件加上表面質量的優劣對於模具的耐磨性、抗斷裂能力及抗粘著能力等有著十分密切的關系，直接影響模具的使用壽命。尤其是表面粗糙度值對模具壽命影響很大，若表面粗糙度值過大，在工作時會產生應力集中現象，並在其峰、谷間容易產生裂紋，影響沖模的耐用度，還會影響工件表面的耐蝕性，直接影響沖模的使用壽命和精度，為此，應注意以下事項： ①模具工作零件加工過程中必須防止磨削燒傷零件表面現象，應嚴格控制磨削工藝條件和工藝方法（如砂輪硬度、粒度、冷卻液、進給量等參數）； ②加工過程中應防止模具工作零件表面留有刀痕。夾層、裂紋、撞擊傷痕等宏觀缺陷。(編輯：青華小黎)

4. 影響模具壽命的因素有什麼

材質好壞、熱處理硬度、模具設計的合理性、模具工藝、加工精度、模具裝配精度、配用設備的精、工作零件的間隙值是否均勻合理等等，不同種類的模具，影響的因素不同。

5. 如何實施沖壓模具的壽命管理

沖床使用的沖壓模具在生產過程中隨著刃口的不斷磨損，在不斷修磨後達到極限或刃口間隙過大及模具材料的熱處理問題最後模具無法使用達到報廢整個過程的使用次數就是模具的壽命。模具的壽命管理：1、首先對模具進行編號，建立台賬；2、利用沖床的計數器（未配套的可自行安裝機械式的）對模具在生產過程的產量進行計數；3、每一次修磨和每更換一批材料進行登記，並收存好材料的質保書，以便追溯。

6. 在實際中如何提高模具的使用壽命

精密體積成形模具的設計製造與模具壽命
【摘要】論述了精密體積成形(精鍛)模具的壽命與模具設計製造的關系。採用先進設計手段合理設計精密體積成形件(精鍛件)、鍛壓工藝、模具結構，選擇模具材料，制定模具鋼的鍛造規范和熱處理工藝以及合理確定機械加工工藝及加工精度，可大幅度提高模具壽命。

� 1、引言�
面對廿一世紀的國內建設形勢，企業要適應市場經濟的發展，作為國家支拄產
業的汽車工業將加大輕、微、轎車的產量，因而對模鍛件的精度提出了更高的要求。在生產過程中，提高模具壽命是一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，在很大程度上取決於模具的精度和品質，取決於模具的技術水平。模具技術反映在模具設計和製造上，而模具壽命除與上述兩個環節有關外，還與使用環節有關。�
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，而定型生產時僅為10%。�
模具的早期失效形式，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌、飛邊遭橋部龜裂、模腔底部發生裂紋。影響模具壽命的因素較多，涉及面廣，模具設計是模具壽命的基礎。模具設計環節是指模具的結構設計、成形模腔設計和確定模具鋼種、模具硬度等。模具製造環節是指制模工藝、熱處理規范和表面處理技術等。本文僅從模具設計和模具製造兩個方面探討提高模具壽命的措施。

2、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、窄槽、夾角，形狀要盡量對稱，即使不能做到軸對稱，也希望達到上、下對稱或左、右對稱。要設計拔模斜度，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陷。�
對於鍛模模腔邊緣和底部圓角半徑R，設計時應從保證鍛件型腔容易充滿的前提下盡可能放大。若圓角半徑過小，模腔邊緣很容易在高溫高壓下堆塌，嚴重者會形成倒錐，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，則容易產生裂紋且會不斷擴大。
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，避免人為因素造成的錯誤，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，及時發現原始設計中可能存在的問題，同時根據產品信息，用電腦設計出加工模具型腔的電極，為後續模具加工做好准備。
採用CAM技術可以將設計的電極精確地按指定方式生產。採用數控銑床(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。
對於一些外形復雜，精度要求高的鍛件，靠模具鉗工採用常規模具製造方法保證某些外形尺寸而採用CAD/CAM技術可以對這些復雜的鍛件進行精確的尺寸描述，確定合理的分模面，保證合模精度，從模具製造這一環節確保產品精度。
CAD/CAM/CAE技術可以進行有限元分析，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，也為客戶的設計提供了依據，加強了與客戶的合作。
成形是模鍛過程中最重要的工步，模鍛件的幾何形狀是靠鍛模來保證的，模鍛過程中要全面考慮各種因素，尤其是對生產中可能發生的或已暴露出的問題，在模具設計時應採取措施減輕後續工序的加工難度。按照這一原則在預防為減少模鍛件開裂與變形，提高鍛件合格率方面，可以有針對性地採取一些對策和措施。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，可在鍛模設計上適當增加相應變形部位的加工餘量予以補償，這一點對於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，在切邊和熱處理過程中會產生有規律的幾何變形，而用冷校正方式無法或難以校直。如某廠生產的TS60曲軸，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。

3、合理設計鍛壓工藝�
目前，一般企業無健全的工藝試驗室，缺乏工藝試驗條件，客觀上要求工藝方案必須正確，一次成功。尤其步入市場經濟以後，企業負責人要求鍛造技術人員只能成功，不許失敗，這就給工藝設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，但即使具有豐富實踐經驗的工藝人員也難免會感到棘手，一旦失誤就會造成較大損失。
對於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。如S195連桿，材料為45鋼，鍛後冷切邊，大頭搭子部位由於截面形狀小、料薄，在切邊時經常出現搭子及附近筋部撕裂，廢品率高。若改為鍛後余熱切邊則可提高切邊質量，但由於切邊受模鍛生產節拍的限制，效率低。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，可以大大減少切邊撕裂。�
對於冷擠壓工藝，必須最大程度地軟化毛坯及減少變形時的磨擦力，嚴格控制變形程度和各工序變形程度的合理分配。
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，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℃後隨爐冷卻到350℃出爐。硬度一般可達125～155HB。�
含碳量小於0.2%的碳鋼，鋼材經退火後硬度可小於120HB。鋼材經軟化退火後再經滾光、酸洗、磷化、皂化後再塗豬油拌MoS�2潤滑，可降低變形負載，有效減少凸模、壓模圈、接頭體的斷裂失效。�
採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，使模具壽命得以延長。國內某些廠家在擠壓生產時貪圖一時之便，減少擠壓工序，雖然也能把樣品(或產品)做出，但模具負荷太大，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展的主要技術原因之一。�
採用鍛模CAE軟體，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，幫助設計人員有效合理地進行工藝設計。

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、沖裁間隙恰當、剛性好，還要考慮盡量採用組合式模具。
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，在可能的情況下盡量增厚，甚至增厚50%。多工位模具不宜僅用2根導柱導向，應盡量做到4根導柱導向，這樣導向性能好。因為增加了剛度，保證了凸、凹模間隙均勻，確保凸模和凹模不會發生碰切現象。
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，裝配時要檢查凸模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，要充分發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。但如果憑經驗認為硬度低、塑性好，壽命一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件以後凸模的工作帶尺寸發現，鐓粗增大量為0.01～0.04mm。�
對於熱擠凹模就不能套用冷擠摸的經驗，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。�
根據經驗，不同的鍛壓設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備上的模鍛，鍛不同的產品對模具的硬度要求也不相同。�
在鍛件飛邊切除時，凸模底要盡量與鍛件的上側表面相吻合。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，否則在切飛邊過程中，切飛邊凸模易使鍛件向一側翻轉，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。

5、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，應盡可能選用品質好的鋼材。據有關資料介紹，模具的製造費較高，而材料費用一般僅是模具價格的6%～20%。�
對模具材料要進行質量檢測，模塊要符合供貨協議要求，模塊的化學成份要符合國際上的有關規定。只有在確信模塊合格的情況下，才能鍛造。大型模塊(100kg以上)採用電渣重熔鋼H13時要確保內部質量，避免可能出現的成份偏析、雜質超標等內部缺陷。要採用超聲波探傷等無損檢測技術檢查，確保每件鍛件內部質量良好，避
免可能出現的冶金缺陷，將廢品及早剔除。

6、合理制定模具鋼的鍛造規范�
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，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於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，可能引起過熱、過燒、開裂、崩刃、塌陷、拉斷等早期
失效現象。帶狀、網狀、大顆粒和大塊堆集的碳化物使製成的模具性能呈各向異性，橫向的強度低，塑性也差。
根據顯微硬度測量結果，碳化物正常分布處為740～760HV，碳化物集中處為920～940HV，碳化物稀少處為610～670HV，在碳化物稀少處易回火過度，使硬度和強度降低，碳化物富集區往往因回火不足，脆性大，而導致模具鐓粗或斷裂。�
通過鍛造能有效改善工具鋼的碳化物偏析，一般鍛造後可降低碳化物偏析2級，最多為3級。最好採用軸向、徑向反復鐓拔(十字鐓拔法)，它是將原材料鐓粗後沿斷面中兩個相互垂直的方向反復鐓拔，最後再沿軸向或橫向鍛成，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。�
而對於直徑小於或等於50mm的高合金鋼，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。

�7、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，其約占模具早期失效因素的35%。
模具熱處理包括鍛造後的退火，粗加工以後高溫回火或低溫回火，精加工後的淬火與回火，電火花、線切割以後的去應力低溫回火。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採用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。快速加熱法由於加熱時間短，氧化脫碳傾向減少，晶粒細小，對碳素工具鋼大型模具淬火變形小。對高速鋼採用低淬、高回工藝比較好，淬火溫度低，回火溫度偏高，可大大提高韌性，盡管硬度有所降低，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℃，油冷，然後220℃回火。如
能在這種熱處理以前先行熱處理一次，即加熱至1100℃保溫，油冷，700℃高溫回火，則模具壽命能大幅度提高。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，壽命提高2倍多。採用低溫氮碳共滲工藝，表面硬度可達1200HV，也能大大提高模具壽命。
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。使用6W6Mo5Cr4V鋼製作冷擠壓凸模，經低溫氮碳共滲後，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%。模具淬火後存在很大的殘留應力，它往往引起模具變形甚至開裂。為了減少殘留應力，模具淬火後應趁熱進行回火，回火應充分，回火不充分易產生磨前裂紋。對碳素工具鋼，200℃回火1h，殘留應力能消除約50%，回火2h殘留應力能消除約75%～80%，而如果500～600℃回火1h，則殘留應力能消除達90%。�
某廠CrWMn鋼制凸模淬火後回火1h，使用不久便斷裂，而當回火2.5h，使用中未發現斷裂現象。這說明回火不均勻，雖然表面硬度達到要求，但工作內部組織不均勻，殘留應力消除不充分，模具易早期破裂失效。
回火後一般為空冷，在回火冷卻過程中，材料內部可能會出現新的拉應力，應緩冷到100～120℃以後再出爐，或在高溫回火後再加一次低溫回火。�
表面覆層硬化技術中的PVD、CVD近年來獲得較大的進展，在PVD中常用的真空蒸鍍、真空濺射鍍和離子鍍，其中離子鍍層具有附著力強、澆鍍性好，沉積速度快，無公害等優點。離子鍍工藝可在模具表面鍍上TiC、TiN，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合的一種沉積技術。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氣體，並使真空度保持在10-5～10-2Pa范圍內，利用低壓大電流HCD電子槍使蒸發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。為提高鍍敷效率，一般在工件上施加負電壓。�
鍛模的表面處理技術國內應用不太多，這一領域大有開發的必要。整體模腔的滲碳、滲氮、滲硼、碳氮共滲以及模腔局部的噴塗、刷鍍和堆焊等表面硬化支持都是很有發展前途的，突破這一領域將使我國制模技術得到很大提高。�
模具失效以後的焊補技術，國內90年代初期就有工廠進行研究和應用，如青海鍛造廠，焊補後的鍛模壽命可提高1倍。

8、合理確定機械加工製造工藝和加工精度�
採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。製造工藝首先要解決加工後的加工變形與殘留應力不能太大。粗加
工時最好不要使表面粗糙度Ra＞3.2μm，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。�
模腔表面加工時留下的刀痕、磨痕都是應力集中的部位，也是早期裂紋和疲勞裂紋源，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，圓弧刀具刃磨時要用R規測量，絕不允許出現尖點。在精加工時走刀量要小，不允許出現刀痕。對於復雜模腔一定要留足打磨餘量，即使加工後沒有刀痕，也要再由鉗工用風動砂輪(或用其它方法)打磨拋光，但要注意防止打磨時局部出現過熱、燒傷表面和降低表面硬度。�
模具電加工表面有硬化層，厚10μm左右，硬化層脆而有殘留應力，直接使用往往引起早期開裂，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。
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，裂紋會擴展。對CrWMn鋼冷擠凹模採用干磨，磨削深度為0.04～0.05mm時，使用中100%開裂；採用濕磨，磨削深度0.005～0.01mm時，使用性能良好。消除磨削應力也可將模具在260～315℃的鹽浴中浸1.5min，然後在30℃油中冷卻，這樣硬度可下降1HRC，殘留應力降低40%～65%。對於精密模具的精密磨削要注意環境溫度的影響，要求恆溫磨削。
鍛模粗加工時要為精加工保留合理的加工餘量，因為所留的餘量過小，可能因熱處理變形造成餘量不夠，必須對新制鍛模進行補焊，若留的餘量過大，則增加了淬火後的加工難度。
當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，重者會打斷錘桿甚至損壞錘頭，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、位置度、平行度、垂直度都要按要求加工並嚴格檢驗。有些廠對小型鍛模熱處理後用平面磨床磨削上下平面，對大型鍛模用龍門刨床以刨代刮，保證製造精度。
鍛模模腔的粗糙度直接影響鍛模壽命，粗糙度高會使鍛件不易脫模，特別是中間帶凸起部位，鍛件越深，抱得越緊，最後只能卸下鍛模用機加工或氣割的方法破壞鍛件。由於粗糙度值高會使金屬流動阻力增加，嚴重時模鍛若干件以後會將模壁磨損成溝槽，既影響鍛件成形，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，而且抗咬合和抗疲勞能力強，表面粗糙度一般要求Ra=0.4～0.8μm。
模具的製造裝配精度對模具壽命的影響也很大，裝配精度高，底面平直，平行度好，凸模與凹模垂直度高，間隙均勻，亦可獲得相當高的壽命。

7. 簡述沖裁間隙對沖裁件質量、模具壽命和沖裁力的影響

沖裁間隙對裁件的質量的影響：間隙越小，沖件的側切面的光亮帶越寬，撕斷面越窄，毛邊相對小。間隙越大，與前者相反。間隙合理，剪切側面能明顯看出擠壓面、切斷面、撕斷面和毛邊。切斷面和撕斷面差不多各佔一半左右的樣子。

間隙對模具壽命的影響：當沖裁模間隙合理時，能夠使材料在凸凹模人口處產生的上下裂紋相互重合於同一位置。這樣所得到沖裁斷面光亮帶區域較大，而塌面和毛刺較小斷裂錐度適中，零件表面較平整。

間隙對沖裁力的影響：隨間隙的增大沖裁力有一定程度的降低，但當單面間隙介於材料厚度的5％~20％范圍內時沖裁力的降低不超過5％~l0％。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不很大。對卸料力、推件力的影響比較顯著。隨間隙增大，卸料力和推件力都將減小。

間隙對模具壽命的影響

由於工件與凸、凹模側壁之間有磨擦的存在，間隙小，磨擦大，模具壽命短。沖裁過程中，凸模與被沖孔之間凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，摩擦越嚴重。所以過小的間隙對模具壽命極為不利，而較大的間隙可使凸模與凹模的側面與材料間的摩擦減小，井能減緩間隙不均勻的影響，從而提高模具的壽命。

以上內容參考：網路-沖裁間隙

8. 提高模具壽命的工藝發展前景如何讓

2010 年第05 期
(總第120 期)
沿海企業與科技
COASTAL ENTERPRISES AND SCIENCE & TECHNOLOGY
NO.05,2010
(Cumulatively NO.120)
沖壓模具壽命的影響分析
藍衛東
〔摘要〕 模具壽命是指模具在保證產品零件質量的前提下，所能加工製件的總數量，它包括工作面的多次修磨和易
損件更換後的壽命。文章對影響沖壓模具壽命的因素作詳細分析，並提出相應的改善措施，以提高沖壓模具的使用壽命。
〔關鍵詞〕 模具壽命；影響因素；改善措施
〔作者簡介〕 藍衛東，柳州職業技術學院機電工程系二級實習指導教師，研究方向：機械製造及加工、數控加工，廣西
柳州，545006
〔中圖分類號〕TG385.2 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1007- 7723（2010）05- 0048- 0002
一、引言
模具壽命是指模具在保證產品零件質量的前
提下，所能加工製件的總數量，它包括工作面的多
次修磨和易損件更換後的壽命。模具壽命一般可
分為設計壽命和使用壽命，在模具設計階段就應
明確該模具適用的生產批量類型或者模具生產制
件的總數量，即模具的設計壽命；在正常情況下，
模具的使用壽命應大於設計壽命。不同類型的模
具正常損壞的形式也不一樣，沖壓模具失效形式
主要為磨損失效、變形失效、斷裂失效和啃傷失效
等。然而，由於沖壓工序不同、工作條件不同，影響
沖壓模具壽命的因素是多方面的。
以下就沖壓模具在的模具設計、模具製造、模
具使用等方面來分析沖壓模具壽命的影響因素，
並提出相應的改善措施來提高模具的使用壽命。
二、影響沖壓模具壽命的因素
（一）沖壓模具設計方面
1. 模具設計質量
模具從結構、選材，到關鍵參數的確定，都由
模具設計員來確定。這就要求設計員有較高的技
術素質和豐富的實踐經驗，這樣才能保證設計的
模具的質量。
2. 模具結構
合理的模具結構有助於提高模具的承載能
力，減輕模具承受的熱－機械負荷水平。例如，模
具可靠的導向機構，對於避免凸模和凹模間的互
相啃傷是有幫助的。
3. 導向機構精度
為了提高模具壽命，必須根據工序性質和零
件精度等要求，正確選擇導向形式和確定導向機
構的精度。准確、可靠的導向，對於減少模具工作
零件的磨損，避免凸、凹模啃傷影響極大。一般情
況下，導向機構的精度應高於凸、凹模配合精度。
4. 凸、凹模刃口幾何參數
凸、凹模的形狀、配合間隙和圓角半徑不僅對
沖壓件成型有較大的影響，而且對於模具的磨損
及壽命也影響很大。精度要求較高的，宜選較小的
間隙值；反之，則可適當加大間隙，以提高模具壽
命。
（二）模具製造質量
在製造模具時，應根據產品零件生產批量的大
小，選擇模具材料。注意模具材料的冶金質量可能
造成的工藝缺陷機工作時承載能力的影響，應采
取必要的措施來彌補冶金質量的不足，以提高模
具壽命。通常根據沖壓件的材料特性、生產批量、
精度要求等，選擇性能優良的模具材料，同時兼顧
其工藝性和經濟性。
模具製造質量的好壞，取訣於模具每一個零件
的製造精度和工人的裝配水平，也受到機床精度
低、工人技能差、檢驗手段落後的影響。
（三）沖壓設備
沖壓設備(如壓力機)的精度與剛性對沖壓模
具壽命的影響極為重要。沖壓設備的精度高、剛性
好，沖模壽命大為提高。
（四）模具零件加工表面質量
模具工作零件加工表面質量的優劣對於模具
的耐磨性、抗膠合能力、抗斷裂能力產生顯著的影
響，其直接影響模具的使用壽命。尤其是表面粗糙
度值對模具壽命影響很大，若表面粗糙度值過大，
在工作時會產生應力集中現象，並在其峰、谷間容
易產生裂紋，影響沖模的耐用度，還會影響工件表
面的耐蝕性，直接影響沖模的使用壽命和精度。
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（五）正確使用和合理維護模具
為了使模具能正常生產，提高沖壓件質量，降
低成本，延長沖模壽命，所以要正確使用和合理維
護模具，嚴格執行沖壓模具「三檢查」制度(使用前
檢查、使用過程中檢查與使用後檢查)。
要做好模具的維護及檢修工作。其工作內容
包括模具的正確安裝與調試；凸模進入凹模深度；
校正彎曲、冷擠、整形等工序上模的下止點伸置；
還要注意及時復磨、研光模具刃口；注意保持模具
的清潔和合理的潤滑，等等。
（六）沖壓產品的工藝質量
如果沖壓工藝不合理，會造成產品的形狀和
尺寸精度達不到要求，如整修餘量過大，會造成產
品斷面質量差。毛料展開尺寸計算不準確，會造成
產品彎曲或拉深後尺寸精度達不到要求。對於返
修模具，產品工藝提出的故障不全或不準確，會造
成模具多次返修和試模。
（七）模具老化
有不少企業目前仍有許多使用了很多年的模
具在使用，許多模具零件磨損，壽命已到，但是由
於沒有新模具的製造，為滿足生產需要，死馬當活
馬醫，造成模具頻繁返修，多次試模。
（八）試模的影響
在模具調試使，所使用試模設備的精度，試模
人員的技能、經驗，試模問題是否暴露全面，都對
試模次數有很大影響。如果試模設備的精度差，試
模人員的技能差，會造成模具損壞，或是造成試模
零件不合格。
三、提高沖壓模具壽命的主要措施
一要提高產品的設計質量，使產品的每個零件
具有良好的沖壓工藝性、鑄造、鍛造工藝性等。
二要對使用年限較長的老模具及時復制，使每
個產品都有兩三套模具可供使用，該報廢的就報
廢。
三要加強對試模的管理，選擇良好的設備及有
經驗的工人進行試模，使問題暴露得充分些，減少
試模次數。
四要加快對模具廠設備的技改步伐。沒有好
的設備，無法生產出高質量的模具，公司應盡快修
復瑞士坐標鏜床，增加一些精密設備，如坐標磨
床、萬能磨床、數控銑床、慢走絲線切割、電火花打
孔機等設備。
五要提高工人技能，嚴格質量控制，增加檢驗
手段，提高模具製造質量。
六要加強培訓，提高模具設計員的水平。
總之，沖壓模具在模具設計、製造、使用以及維
護保養過程中，應該採用先進的製造技術和實行
全面質量管理，以及致力於發展專業化生產，加強
模具標准化工作，不斷提高模具設計和製造水平，
這樣有利於提高模具壽命。

9. 如何提高沖壓模具生產效率

制定沖壓工藝的程序 制定沖壓工藝的原始資料制定沖壓工藝的原始資料制定沖壓工藝的原始資料 沖壓工藝規程的制定應在收集、調查研究並掌握有關設計的原始資料基礎上進行，沖壓工藝的原始資料主要包括以下內容: 1.沖壓件的產品圖及技術要求 產品圖是制定沖壓工藝規程的主要依據。產品圖應表達完整，尺寸標注合理，符合國家制圖標准。技術條件應明確、合理。由產品圖可對沖壓件的結構形狀、尺寸大小、精度要求及裝配關系、使用性能等有全面的了解。以便制定工藝方案，選擇模具類型和確定模具精度。當產品只有樣機而無圖樣時，應對樣機測繪後繪制圖樣，作為分析與設計的依據。 2.產品原材料的尺寸規格、性能及供應情況 原材料的尺寸規格是指坯料形式和下料方式，沖壓材料的力學性能、工藝性能及供應狀況對確定沖壓件變形程度與工序數目、沖壓力計算等有著重要的影響。 3.產品的生產批量及定型程度 產品的生產批量及定型程度，是制定沖壓工藝規程中必須考慮的重要內容。它直接影響到加工方法的確定和模具類型的選擇。 4.沖壓設備條件 工廠現有沖壓設備狀況，不但是模具設計時選擇設備的依據，而且對工藝方案的制定有直接影響。沖壓設備的類型、規格、先進與否是確定工序組合程度、選擇各工序壓力機型號、確定模具類型的主要依據。 5.模具製造條件及技術水平 工廠現有的模具製造條件及技術水平，對模具工藝及模具設計都有直接的影響。它決定了工廠的制模能力，從而影響工序組合程度、模具結構及加工精度的確定。 6.其它技術資料 主要包括與沖壓有關的各種手冊(沖壓手冊、沖模設計手冊、機械設計手冊、材料手冊)圖冊、技術標准(國家標准、部頒標准及企業標准)等有關的技術參考資料。制定沖壓工藝規程時利用這些資料，將有助於設計者分析計算和確定材料及精度等，簡化設計過程，縮短設計周期，提高生產效率.沖壓件的分析 它包括兩方面:沖壓件的經濟性分析;沖壓件的工藝性分析。 (1)沖壓件的經濟性分析 根據產品圖或樣機，了解沖壓件的使用要求及功用，根據沖壓件的結構形狀特點、尺寸大小、精度要求、生產批量及原材料性能，分析材料的利用情況;是否簡化模具設計與製造;產量與沖壓加工特點是否適應;採用沖壓加工是否經濟。 (2)沖壓件的工藝性分析 根據產品圖或樣機，對沖壓件的形狀、尺寸、、精度要求、材料性能進行分析，判斷是否符合沖壓工藝要求;裁定該沖壓件加工的難易程度;確定是否需要採取特殊的工藝措施

10. 如何提高冷沖壓模具使用壽命

摘要：隨著機械產品零部件的批量化生產,冷沖壓模具已經越來越被企業廣泛的應用,各企業為了確保機械產品的加工質量,提高產品的加工效率,降低製造成本,已經把提高冷沖壓模具的使用壽命作為企業研發的一項重要課題來研究。文章從工作中的實際經驗著手,從影響冷沖壓模具使用壽命的幾種形式,影響冷沖壓模具使用壽命的原因,提高冷沖壓模具使用壽命的措施與途徑等幾方面進行了探討。