精密体积成形模具的设计制造和模具寿命(中)

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　　4、合理的模具结构设计

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　　模具结构设计主要考虑导向精度合理、冲裁间隙恰当、刚性好，还要考虑尽量采用组合式模具。模架应有良好的刚性，不要仅仅满足强度要求，模板不宜太薄，在可能的情况下尽量增厚，甚至增厚50%。多工位模具不宜仅用2根导柱导向，应尽量做到4根导柱导向，这样导向性能好。因为增加了刚度，保证了凸、凹模间隙均匀，确保凸模和凹模不会发生碰切现象。浮动模柄可避免压力机对模具导向精度的不良影响。凸模应夹紧可靠，装配时要检查凸模或凹模的轴线对水平面的垂直度以及上下底面之间的平行度。在冷挤压时，凸模和凹模的硬度要合适，要充分发挥强韧化处理对延长寿命的潜力。如W6Mo5Cr4V2钢冷挤压凸模，当硬度≥60HRC时可正常使用，寿命为3000～3500件。但如果凭经验认为硬度低、塑性好，寿命一定延长时就会大失所望，当硬度为57～58HRC挤压工件时，凸模的工作带会镦粗。某厂检测挤压第1件以后凸模的工作带尺寸发现，镦粗增大量为0.01～0.04mm。

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　　对于热挤凹模就不能套用冷挤摸的经验，当把3Cr2W8V钢热挤凹模的硬度值从＞40HRC降到37～38HRC时，使用寿命从1000～2000次提高到6000～8000次。

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　　根据经验，不同的锻压设备上的模锻对锻模的硬度要求不尽相同，即使在同一种锻压设备上的模锻，锻不同的产品对模具的硬度要求也不相同。

　　在锻件飞边切除时，凸模底要尽量与锻件的上侧表面相吻合。如钢丝钳模锻件热切飞边时，切飞边凸模底部的凹形要与钢丝钳柄部的弧形相吻合，否则在切飞边过程中，切飞边凸模易使锻件向一侧翻转，使凸模和凹模损坏。一般情况下，冲裁间隙放大可以延长切飞边模寿命。

　　5、合理选择模具材料

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　　根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材，应尽可能选用品质好的钢材。据有关资料介绍，模具的制造费较高，而材料费用一般仅是模具价格的6%～20%。

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　　 对模具材料要进行质量检测，模块要符合供货协议要求，模块的化学成份要符合国际上的有关规定。只有在确信模块合格的情况下，才能锻造。大型模块(100kg以上)采用电渣重熔钢H13时要确保内部质量，避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷。要采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保每件锻件内部质量良好，避免可能出现的冶金缺陷，将废品及早剔除。

　　6、合理制定模具钢的锻造规范

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　　根据碳化物偏析对模具寿命的影响，必须限制碳化物的不均匀度，对精密模具和负荷大的细长凸模，必须选用韧性好强度高的模具钢，碳化物不均匀度应控制为不大于3级。Cr12钢碳化物不均匀度3级要比5级耐用度提高1倍以上。滚丝模的碳化物不均匀度为5～6级时最多滚丝2000件，而碳化物不均匀度提高到1～2级时可滚丝550000件。如果碳化物偏析严重，可能引起过热、过烧、开裂、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。带状、网状、大颗粒和大块堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向异性，横向的强度低，塑性也差。

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　　根据显微硬度测量结果，碳化物正常分布处为740～760HV，碳化物集中处为920～940HV，碳化物稀少处为610～670HV，在碳化物稀少处易回火过度，使硬度和强度降低，碳化物富集区往往因回火不足，脆性大，而导致模具镦粗或断裂。通过锻造能有效改善工具钢的碳化物偏析，一般锻造后可降低碳化物偏析2级，最多为3级。最好采用轴向、径向反复镦拔(十字镦拔法)，它是将原材料镦粗后沿断面中两个相互垂直的方向反复镦拔，最后再沿轴向或横向锻成，重复一次这一过程就叫做双十字镦拔，重复多次即为多次十字镦拔。而对于直径小于或等于50mm的高合金钢，其碳化物不均匀性一般在4级以内，可满足一般模具使用要求。

　　7、合理选择热处理工艺

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　　热处理不当是导致模具早期失效的重要原因，据某厂统计，其约占模具早期失效因素的35%。

　　模具热处理包括锻造后的退火，粗加工以后高温回火或低温回火，精加工后的淬火与回火，电火花、线切割以后的去应力低温回火。只有冷热加工很好相互配合，才能保证良好的模具寿命。

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　　模具型腔大而壁薄时需要采用正常淬火温度的上限，以使残留奥氏体量增加，使模具不致胀大。快速加热法由于加热时间短，氧化脱碳倾向减少，晶粒细小，对碳素工具钢大型模具淬火变形小。对高速钢采用低淬、高回工艺比较好，淬火温度低，回火温度偏高，可大大提高韧性，尽管硬度有所降低，但对提高因折断或疲劳破坏的模具寿命极为有效。通常Cr12MoV钢淬火加热温度为1000℃，油冷，然后220℃回火。如能在这种热处理以前先行热处理一次，即加热至1100℃保温，油冷，700℃高温回火，则模具寿命能大幅度提高。我们在70年代初期对3Cr2W8V钢施行高淬、高回工艺热处理钢丝钳热锻模具也取得良好效果，寿命提高2倍多。采用低温氮碳共渗工艺，表面硬度可达1200HV，也能大大提高模具寿命。