隨著模具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場對于模具的要求越來越高，尤其關(guān)注于如何提高模具的使用壽命。因?yàn)檠娱L模具的使用壽命，一方面可以降低零件生產(chǎn)成本，另一方面能夠提高整體生產(chǎn)效率，從而有助于提高產(chǎn)品的市場競爭力。本文以汽車覆蓋件沖壓模為研究對象，通過理論分析并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，獲得汽車覆蓋件沖壓模的失效機(jī)理和再制造的關(guān)鍵技術(shù)。
某汽車覆蓋件模具大梁的失效判斷
通過工廠了解到該套模具，采用鑲塊式組合模具，采用銷釘進(jìn)行固定。模具在使用過程后，出現(xiàn)的問題，對于汽車覆蓋件產(chǎn)品來說，要求其表面整潔，成形性好。由于模具表面出現(xiàn)破壞，其產(chǎn)品表現(xiàn)為拉毛和積瘤，對鑲塊失效部位表面形貌及相對運(yùn)動方向進(jìn)行宏觀分析，可以初步判斷，某汽車覆蓋件大梁主要出現(xiàn)的失效形式為磨損失效，主要機(jī)理是磨粒磨損與咬合磨損。根據(jù)對表面拉傷問題的分析及防止措施，解決方法是對模具凹凸面，進(jìn)行仔細(xì)研磨，其重點(diǎn)分析了咬合磨損的產(chǎn)生和減少咬合磨損的一些基本措施。盡量減少接觸副之間的負(fù)荷、采用陶瓷與陶瓷、塑料與塑料、塑料與金屬、陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對副、使用體心立方或六方體結(jié)構(gòu)的材料、采用潤滑膜等方法來減少咬合磨損。
失效的基本形式
汽車大梁主要失效機(jī)理為磨粒磨損、咬合磨損和接觸疲勞磨損。模具失效的基本形式主要有塑性變形，磨損，疲勞，斷裂和開裂。
2.1.塑性變形
模具在工作時(shí)，力的大小及作用面積不同，使得存在著應(yīng)力不均勻的現(xiàn)象。當(dāng)接觸部位的應(yīng)力值大于工作溫度下材料本身的屈服強(qiáng)度時(shí)，模具發(fā)生塑性變形，從而造成失效。主要表現(xiàn)有塌陷、鐓粗、彎曲等。
2.2.磨損模具
在正常工作過程中,因摩擦導(dǎo)致材料的位移和脫離發(fā)生的表面現(xiàn)象。由于磨損，使得材料或零件在一段時(shí)間內(nèi)質(zhì)量逐漸損失，尺寸發(fā)生變化，因而不能完成工作，喪失原有的功能因而失效。磨損失效分析的方法和步驟主要是觀察磨損表面形貌。模具的表面痕跡保留了當(dāng)時(shí)磨損過程，是判斷磨損機(jī)理的重要依據(jù)。主要解決辦法是有針對性和有選擇性地提高抗磨措施。比如材料表面硬化處理，使表面硬度高、潤滑性好、耐磨性好。
2.3.疲勞模具
在開合過程中，與板材相互接觸并在反復(fù)作用下，當(dāng)達(dá)到一定次數(shù)后，出現(xiàn)疲勞裂紋。應(yīng)力集中和循環(huán)載荷是模具產(chǎn)生疲勞失效的根本原因。盡管模具在工作中承受的載荷明顯小于材料的屈服強(qiáng)度，但在局部的應(yīng)力集中情況下，仍容易形成微裂紋。根據(jù)工作環(huán)境，循環(huán)載荷很容易導(dǎo)致微裂紋的擴(kuò)展，從而最終因疲勞而失效。
2.4.斷裂及開裂
在服役期間，模具因出現(xiàn)較大面積的裂紋或部分材料分離而不能完成規(guī)定功能的現(xiàn)象，稱為斷裂失效。它是在應(yīng)力的作用下，材料發(fā)生機(jī)械破壞的結(jié)果，主要表現(xiàn)為整體或局部分裂為幾部分。在失效形式中，斷裂是最嚴(yán)重，它是各種因素的綜合。根據(jù)斷口表面形貌，可以判斷塑性斷裂或脆性斷裂。同時(shí)，疲勞裂紋在較低的循環(huán)載荷的作用下，工作一段時(shí)間后，裂紋不斷擴(kuò)展，當(dāng)不能承受傳遞載荷要求時(shí)，模具突然斷裂。
可修復(fù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，模具表面因局部磨損等原因不能正常工作，加上模具的制造周期長、制造費(fèi)用極高，使得延長模具的使用壽命很有必要。常用辦法是將模具容易出現(xiàn)磨損的部位用砂輪機(jī)或其它機(jī)械進(jìn)行打磨，除去磨損表面，然后用各種表面處理方法（如 PVD、激光熔覆等）進(jìn)行修復(fù)。表面處理后，打磨原樣表面，使其達(dá)到精度要求及粗糙度要求即可。一般情況下，凸模采用整體式結(jié)構(gòu)，但因材質(zhì)不同，凸模與底板分開，存在著加工困難的部位。為此，在結(jié)構(gòu)上采用鑲塊式，使得維修更加方便。
汽車覆蓋件大梁模具在結(jié)構(gòu)上，把工作平面分解為若干個(gè)鑲塊，之后通過拼合，固定在一起，這樣做，有利于加工。每個(gè)鑲塊，通過銷釘與模座定位，在某個(gè)部位損壞后，可以通過快速更換。損壞的鑲塊進(jìn)行熔覆再制造，即保證了不影響生產(chǎn)率的同時(shí)，提高工作效率，也提高了材料的利用率。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮，某些潛在的可能出現(xiàn)高維修率的部位，加入硬化的嵌套或設(shè)計(jì)成鑲塊，以便模具的維修保養(yǎng)。為保證模具吊取時(shí)安全，模座一定要設(shè)置吊?？祝ǖ醐h(huán)孔）。
根據(jù)結(jié)構(gòu)工藝性要求，對于加工困難的部位，采用鑲塊式結(jié)構(gòu)。采用鑲塊型式，就可以采用切削加工的方法來制造，一方面可以方便加工，另一方面，可以有效地提高模具的制造精度。
對于易損件，沖頭就是常見的一種。目前，常見的是整體式，由于易損壞，導(dǎo)致需要整體更換，生產(chǎn)成本高。但采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的沖頭，與固定環(huán)、定位環(huán)及沖頭上座進(jìn)行配合。其中，固定環(huán)為兩個(gè)半環(huán)?？梢愿鶕?jù)需要更換損壞處，提高了材料的利用率。