易拉盖拉环成型模失效分析与提高其使用寿命的方法初探

马口铁易拉盖是中国刚起步不久的新产品，易拉盖产品主要用于罐头食品的包装，其主要优点是容易开启，很好地解决了“罐头好吃，口难开”的问题。

易拉盖是由盖的成型和拉环的成型两者铆合在一起的。拉环的冲压成型是易拉盖生产中极其重要的一环，拉环模具也是所有模具中形状最为复杂，精度要求很高的复合型模具。一副拉环模具一般由一套模架和十套子模组成，通常分为10～13个工位，冲压速度一般在300次／min以上。而拉环成型模是整套拉环模中最核心的子模，其功能是将已初步成型的拉环半成品最终冲制成成品，成型模的质量状况直接关系到拉环最后的质量，而拉环的好坏不仅直接影响到整个易拉盖的外观、开启性能，还直接影响到拉环与盖的铆合。

一、拉环成型模的失效分析

拉环的成型模具主要由成型凹模和成型凸模组成，经拉环模前几道工序冲压预成型的拉环条料（此时拉环和条料还没脱离，只有等到与盖铆合拉环才与条料脱离），由同步传动的送料滚筒输送到成型模具的正确位置，冲床滑块开始往下冲压，并最终将拉环成型，拉环的形状、尺寸和表面质量完全靠成型模具本身的尺寸和精度保证。拉环成型模工作过程，见图1。

从图1拉环成型模具的工作过程中我们可以分析看出，成型凹模的主要工作部位是在凹模的斜度及圆角上，经过90°翻边的拉环对成型凹模的作用力，主要是一个内翻边力，这个力直接分解出一个拉环切边与成型凹模表面之间的摩擦力。在拉环的成型过程中，每次成型凹模与拉环切边相对行程为2.3mm，而冲床的工作频率一般都在300次／min，经过90°翻边的半成型拉环切边就对成型凹模斜度及圆角面就产生了高频率的摩擦运动，从而产生了一定的摩擦力。由此我们可以得出结论：成型凹模模具的主要失效形式是因摩擦所产生的磨损。

二、提高拉环成型模使用寿命的应对措施

从根本上说，要提高模具的使用寿命，主要应从模具本身的质量入手。而针对拉环成型凹模的磨损失效形式，首先应该提高模具本身的表面硬度从而提高其耐磨性；其次就是要通过减小模具与工件之间的摩擦力来达到减小磨损的目的，而减小模具与工件的摩擦力又可以从模具结构和从工件的成型工艺两方面入手。

1.从模具本身的质量入手

俗话说，“巧妇难为无米之炊”，任何模具的内在质量关键都在于模具材质和热处理工艺，没有好的模具材料就无法做出质量过硬的模具。可以说模具的材质决定着模具的整体质量，从而也对模具失效有着最重要和最直接的影响。模具工作面应具备较高的硬度，以增加其耐磨性，同时模具工作面摩擦系数尽可能小，这是对模具提出的基本要求，而这些要求无一不是建立在模具材料之上的。

（1）应用钢结硬质合金的依据。拉环条料是厚度为0.36～0.38mm的镀锡（锌）薄钢板材料，而且其条料表面还有一层经过镀锡或镀锌的工艺涂层，其作用是防止拉环在使用中生锈，保证易拉盖拉环在罐头保质期内不生锈，这种涂层在拉环的成型过程中会脱落，也会形成一种摩擦介质，更加剧了模具的磨损。不仅如此，在成型过程中，半成型拉环切口与成型下模的摩擦更为剧烈，大部分磨损就产生在切口上，长期使用，还能看到切口在成型下模圆角面上磨出一条很深的沟槽，挡住了切口在圆角面的内翻，使拉环不能正常成型。所以，条料的抗弯强度、涂层和切口毛刺都是导致模具的失效因素。正是由于模具工作处于这样一种状态下，这就要求模具表面应有较高的硬度以增加其耐磨性，同时模具材料本身的阻尼系数应尽可能小，这样在粗糙度一定的情况下也可以减小模具表面的摩擦系数。基于这一点，笔者通过对日本、美国现用模具材料的表面进行观察测试，发现其硬度值一般在HRC58～62之间，其金属的晶粒较细，具有粉末冶金材料的特征，而钢结硬质合金就具有这种高强度、表面摩擦系数较小的性能。这就使采用钢结硬质合金材料制作成型凹模以提高其使用寿命成为可能。

（2）钢结硬质合金模具的制造工艺。选用GT35钢结硬质合金制造成拉环成型凹模。GT35是一种以铬钼合金作粘结相，35%（重量）碳化钛作硬质相的钢结硬质合金，它具有较好的工艺性能，可以进行锻造、机械切削加工和热处理。模具的制造工艺是：材料烧结出炉后，经过多次锻造，以改善材料的组织性能，然后对材料进行退火处理，其硬度控制在HRC40内，接着进行车削或铣削加工，之后材料再进行热处理淬火，硬度值控制在HRC68～72，最后进行磨削加工至模具成品零件，要求高的还需经过超声波抛光处理。

2.从模具的结构入手

通过对多个拉环成型凹模的磨损情况仔细分析，笔者发现每件成型凹模磨损最严重的位置是在底部的斜度与底部的圆弧的相切处，再根据成型前的拉环形状及尺寸与成型凹模的型腔比对，模拟拉环成型的全过程，发现成型凹模的斜度在冲压成型的过程中起到非常重要的作用，它对拉环的成型不仅能起到引导作用，还有预成型的作用。如果成型凹模斜度小，在同样的成型行程中对拉环的尺寸改变就小，致使拉环在圆角处的成型急促，几乎所有的作用力都集中在斜度与圆弧的切点处，从而加剧此处的磨损，缩短了模具的使用寿命。若将斜度加大，在同样的成型行程中对拉环的尺寸改变就增大，从而使得拉环的成型在斜面上和圆角处均匀地进行，同时使拉环成型前的锐边在到达圆角前进行较好的预卷，减小了拉环在圆角处的成型难度和力度，也减小了锐角对圆角处的激烈摩擦，最大限度地减小了磨损，从而使模具的磨损在斜度与圆角处比较均匀，使模具的综合寿命有了较大的提高。

根据上述分析，笔者将模具原来15°的斜度加大为20°，模具的使用寿命普遍提高了20%。图2为斜度修改前后的凹模示意图。

3.从拉环成型工艺改进入手

通过对所有报废模具的仔细分析，笔者发现几乎每个模具的形腔内都有一条很深的凹痕，表面还有明显的刮痕，像是被刮刀铲刮了一样。而通过对成型前拉环的形状分析，笔者又发现：拉环成型前的外形轮廓边一般接近90°，拉环在成型的过程拉环切口的锐角与成型凹模的斜面和圆角部分直接接触，此锐角对成型模工作表面形成了接近于刮削的剧烈摩擦，这是导致模具寿命减弱的一个重要原因。基于这种分析和认识，笔者着手改变拉环成型工艺，也就是在90°翻边前即对拉环切口部分进行合理的预成型，这样就保证在成型时避免了切口锐角与模具工作表面的直接接触，从而达到提高模具的使用寿命的目的。

三、结束语

通过对拉环成型模，特别是成型凹模的失效形式分析，确定其主要的失效是磨损，而90°翻边切口、涂层等都是对模具表面产生剧烈摩擦的因素，模具结构、拉环成型工艺和模具自身的质量都对模具的使用寿命有着及其重大的影响。通过改进这三个因素，尤其是应用GT35钢结硬质合金，模具的使用寿命基本上提高了5倍，从根本上解决了易拉盖拉环成型模容易磨损而失效的难题。

（作者单位：浙江省杭州市萧山区技工学校）