粉末冶金零件在生产加工过程中如何避免模具损

粉末冶金零件在生产加工过程中如何避免模具损耗。宁波市镇海鑫伟邦粉末冶金有限公司的粉末冶金零件生产加工。

粉末冶金零件制品之应用范围，举凡航天工业、军火工业、汽机车工业、农业机械、电机/电子工业、家电、气电动工具等都存在粉末冶金零件制品之需求。由于使用范围相当广泛，所生产之部品类型也跟着包罗万象;模具之耗损现象更因其制品之多样性而更形复杂。本文以三年的时间，实际分析粉末冶金业现场运作的模具破坏情形，将模具的耗损现象归纳成模崩、模裂、模断、炸模及磨耗等五项，并针对这些模具的状况提出破坏的原因及解决的因应方案，希望能以此文的建议来降低粉末冶金业模具耗损案件的发生率。

粉末冶金模具主要组件有中模、冲头及心棒(2)。业者对模具材质之选用如表一所示。

中模分为内模及外套，内模之功能用于成形粉末制品之外形轮廓，因长期与成形胚体及冲头相互摩擦，故模料之硬度一般在HRC63以上。中模外套则用来框住内模，需能抵抗成形时或退模时之力量，一般采用有高强度及高韧性的 SNCM8，硬度HRC40。

心棒的作用在于成形制品的内孔，同样会受到胚体及冲头的磨耗，模料之选用亦需有耐磨耗性，故其硬度也要求在HRC63以上。

冲头主要功能，用以成形胚体的上、下端面，模料之选用以抗冲击性能为重，故采用SKD11，硬度HRC58。 粉末冶金业投资在模具制作上的原因，不外是新开发案、设计变更案及模具耗损案。自1997年1月到1999年12月在产业界之统计分别为新开发案38.4%、设计变更案14.2%及模具耗损案47.4%。显然，模具耗损占业界模具投资额近五成之比例，如何降低模具之耗损，一直以来是粉末冶金业所极思解决之课题。

在模具的投资上，新开发案代表未来接获定单的指标，如新开发案所占之比率愈高代表公司的接单能力愈强、公司未来成长的潜力愈大;设计变更案所代表的义意有二，一为客户的设计变更，另一则因应制程上所需的改善案;而模具耗损案则意味着设备驾动率的损失，亦为业界最感困扰的一项。

模具耗损所呈的现象五花八门，自1997年1月至1999年12月统计新竹一粉末冶金业者所发生之模具耗损案共858件，各项耗损现象之统计如表二;根据模具耗损之现象可归纳成模崩、模裂、模断、炸模及磨耗等五项。各项模具耗损发生率比较如图四所示，模崩发生率*高，为39.2%;其次为模断，发生率为 37.9%;再来依次为模裂14.3%、磨耗5.6%%。

1.模崩根据统计模具发生崩角的位置，计有冲头面取(37.2%)、心棒(1.8%)及中模(0.2%)等处。由于机械部品，经常出现倒角或圆角之设计，冲头端面为配合这类形狀之压制成形，而有相对应之面取设计。如图五，为配合齿轮端面倒角，冲头所呈现之相对应面取，因长时间受力而造成崩角。图六所呈现的，则是冲头端面超过1/3周长的崩角，会形成如此严重的崩塌，主因于冲头端面面取高度达1mm所致。中模及心棒的崩角现象，主要发生在模具的特殊设计上，如「吃中模」或「吃心棒」，所以发生率并不高，两者的发生率合计只占模具总耗损的2.0%。

2.模断模具发生断裂的位置，有心棒(29.4%)与冲头(8.5%)。由于粉末冶金制品之孔径进度要求，促使心棒的材质经常需考虑到耐磨耗的硬质材料(WC)，然而硬质材料硬而脆的特性加上心棒细长的外表，使心棒在硬质材料处断裂的发生率居高不下，如图七(a)所示。另外心棒亦有从心棒硬质材料与心棒接杆(材质 SNCM8， HRC40)铜焊接着处拉断的现象，如图七(b)所示;如何加强铜焊接着处之强度，亦为业界所希望解决的课题。 折断的问题如发生在冲头，则其断裂的形式大体来说相当一致，均由冲头根部齐头截断，如图八所示。其发生原因在于装模过程，冲头与中模之组装不够平顺，使冲头在中模模穴内受到侧向的推力，长时间反复运动以致疲劳而折断。

3.模裂模裂的原因，大都因应力集中所造成，发生的位置有冲头(11.2%)及中模(3.2%)。如图九，是利用色比式液体渗透检测方式，将冲头端面之微裂纹显现;裂纹始自齿顶，其发生原因在于以下冲头模穴成形太阳齿轮之齿部，因成形压力之应力集中所造成。而中模的内模发生裂的主因也源于此，但因有高韧性的 SNCM8材质外套框住内模，中模裂发生率明显较冲头裂之发生率低。 齿形模具一旦产生裂纹，其成形胚体之齿轮精度也随即产生变异而需马上换模;因此业界对于易裂的模具组件且制品有高精度之要求者，大都需有预备模具以为不时之需。图十所示，心棒孔周边整片崩裂之现象,一般是发生在上冲头。模具设计上，上冲头的心棒孔因经常有残留粉末，而设有逃粉孔;但如进粉量与逃粉量失去平衡，淤积在心棒孔内的残粉过多时，便造成此类崩裂现象。

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