模具失效與壽命

1、模具失效與壽命Document serial number KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108 一 模具壽命的概念與意義模具壽命抬在保證制件品質(zhì)的前提下，所能成形岀的制件數(shù)。它包括反復(fù)刃磨和 更換易損件，直至模具的主要部分更換所成形的合格制件總數(shù)。模具的失效分為非正 常失效和正常失效。非正常失效（早期失效）是指模具未達(dá)到一定的工業(yè)水平下公認(rèn)的 壽命時就不能服役。早期失效的形式有塑性變形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損等。正常失效 是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用,因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù) 服役。模具正常失效前，生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)LL叫模具正常壽命，簡稱模具壽

2、命，模具首次修復(fù)前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)叫首次壽命；模具一次修復(fù)后到下一 次修復(fù)前所生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)LI,叫修模壽命。模具壽命是首次壽命與各次修復(fù) 壽命的總和。模具壽命的高低是衡量模具質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。它不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量，而且 還影響生產(chǎn)率和成本。隨著模具工業(yè)的發(fā)展，高質(zhì)量、高性能、高效率模具的大量應(yīng) 用，模具的壽命已引起人們的關(guān)注。在工業(yè)產(chǎn)品飛速發(fā)展的今天，從模具發(fā)展的總趨 勢可以看出，無論是模具的大型化、復(fù)雜化還是高精度、高效率，都依賴于模具壽命 的提高。二模具失效21模具失效形式及機(jī)理模具種類很多，按照用途的不同，大致可以分為六大類:冷沖壓模、熱鍛壓模、 壓力鑄造模、塑料模、玻璃壓

3、模和粉料壓制模等。模具種類繁多，工作狀態(tài)差別很 大，損壞部位也各異，但失效形式歸納起來大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。（1）磨損失效模具在服役時，與成形坯料接觸，產(chǎn)生相對運(yùn)動。山于表面的相對運(yùn)動，接觸表 面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損。磨損失效可分為以下兒種：1）疲勞磨損兩接觸表面相對運(yùn)動時，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下， 使表面金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱為疲勞磨損。2）氣蝕磨損和沖蝕磨損氣蝕磨損金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫， 使模具表面形成微小麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨損。沖蝕磨損液體和固體微小顆粒反復(fù)高速沖擊模具表面，使模具表面局部材料流 失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨損。

4、3）磨蝕磨損在摩擦過程中，模具表面和周圉介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上 摩擦力的機(jī)械作用，引起表面材料脫落的現(xiàn)象叫磨蝕磨損。4）磨損的交互作用摩擦磨損情況很復(fù)雜，在一定的工況下模具與工件（或坯料）相 對運(yùn)動中，磨損一般不只是以一種形式存在，往往是以多種形式并存，并相互影響。具有磨損失效形式的主要有冷作模具，主要材料是冷作模具鋼，冷作模具鋼用于 制造冷沖模、冷傲模、冷擠壓模、冷拉絲模、滾絲模、冷剪切刀等。冷作模具在室溫 下成形，對模具材料的高溫性質(zhì)沒有特殊要求，但要求在室溫下有高硬度、高耐磨性 和足夠的韌度。（2）斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和數(shù)部分喪失服役能力時，成為斷裂失效。斷裂

5、可分為塑性斷裂和脆性斷裂。模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂的形式多為脆性斷 裂。脆性斷裂乂可分為一次性斷裂和疲勞斷裂。具有斷裂失效的主要有熱作模具，主要材料為熱作鋼，熱作模具鋼主要用于制造 熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。（3）塑性變形失效塑料模具在服役時承受很大的應(yīng)力，而且不均勻。當(dāng)模具的某個部位的應(yīng)力超過 了當(dāng)時溫度下模具材料的屈服極限時，就會以晶格滑移、攣晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生 塑性變形，改變了兒何形狀或尺寸，而且不能修復(fù)再服役時，叫塑性變形失效。塑性 變形的失效形式表現(xiàn)為傲粗、彎曲、形腔脹大、塌陷等。模具的塑性變形是模具金屬 材料的屈服過程。是否產(chǎn)生塑性變形，起主導(dǎo)作用的是機(jī)械負(fù)荷以及模具的

6、室溫強(qiáng) 度。在高溫下服役的模具，是否產(chǎn)生塑性變形，主要取決于模具的工作溫度和模具材 料的高溫強(qiáng)度。具有塑性變形失效的有塑料模具，主要模具材料是塑料模具鋼，塑料模具是塑料 成形加工不可缺少的工具，鋼材耗用量大，品種、規(guī)格多。對塑料模具鋼的使用性能 包括強(qiáng)度、硬度、耐磨性、韌度、熱穩(wěn)定性等）的要求并不高，但是必須具備優(yōu)良的 加工性能，包括熱處理變形小，機(jī)加工性能、焊接性能、圖案花紋刻蝕性能、研磨和 拋光性能好，粗糙度低2. 2影響模具失效的因素（1）模具結(jié)構(gòu)的影響模具結(jié)構(gòu)對模具受力狀態(tài)的影響很大，合理的模具結(jié)構(gòu)能使模具工作時受力均 勻，不易偏載，應(yīng)力集中小。模具種類繁多，形式差別很大，工作環(huán)境也不

7、盡相同， 下面從兒個具有共性的方面加以討論。1）圓角半徑圓角半徑分為外（凸）圓角半徑和內(nèi)（PH）圓角半徑。工作部位圓角半徑 的大小，不僅對成形過程及成形件品質(zhì)有影響，也對模具的失效形式及壽命產(chǎn)生影 響。2）模具結(jié)構(gòu)形式 整體模具與鑲拼模具整體模具的凹圓角半徑很易造成應(yīng)力集中，并山此引起開 裂。 模具的導(dǎo)向采用導(dǎo)向裝置的模具，能保證在模具中各相關(guān)零件相互位置的精 度，增加模具抗彎曲、抗偏載的能力，避免模具不均勻磨損。（2）模具工作條件的影響1）成形件的材料、溫度 材質(zhì)成形件的材料有金屬和非金屬。一般來講，非金屬材料的強(qiáng)度低，所需的 成形力小，模具受力小，模具壽命高。因此，金屬件成形模比非金屬成形

8、模的壽命 低。 溫度在成形高溫匸件時，模具因接受熱量而升溫，隨著溫度的上升，模具的強(qiáng) 度下降，易產(chǎn)生塑性變形。同時，模具同工件接觸的表面與非接觸表面溫度差別很 大，在模具中造成溫度應(yīng)力。2）設(shè)備特性 設(shè)備的精度與剛度模具成形工件的力是山設(shè)備提供的，在成形過程中，設(shè)備因 受力將產(chǎn)生彈性變形。 速度設(shè)備對模具及工件的作用力是在一段時間內(nèi)逐漸增加的，設(shè)備速度影響施 力過程。設(shè)備速度愈高，模具在單位時間內(nèi)受的沖擊力愈大（沖量大八 時間愈短，沖 擊能量來不及傳遞和釋放，易集中在局部，造成局部應(yīng)力超過模具材料的屈服應(yīng)力或 斷裂強(qiáng)度。因此，設(shè)備速度越高，模具越易斷裂或塑性變形失效。3）潤滑潤滑模具與坯料的相

9、對運(yùn)動表面，可減少模具與坯料的直接接觸，減少磨損，降 低成形力。同時，潤滑劑還能在一定程度上阻礙坯料向模具傳熱，降低模具溫度，對 提高模具壽命都是有利的。（3）模具材料性能的影響模具材料的性能對模具的壽命影響較大，其中使用性能：強(qiáng)度、沖擊韌度、耐磨 性、耐蝕性、硬度、熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞性。工藝性能：鍛造工藝性能、切削加工工 藝性能、熱處理工藝性能、淬透性。模具使用性能性能的選擇1）室溫載荷較小的工況 這類模具的強(qiáng)度越高，硬度越高，耐磨性越好，壽命 越咼。2）室溫載荷較大的工況主要考慮具有較高的強(qiáng)度、耐磨性，并有較好的韌性。3）高溫載荷較大的工況這類模具還應(yīng)具有耐冷熱疲勞性、熱硬度及熱疲勞 性，

10、同時還應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臎_擊韌度。4）高溫載荷較小的工況 這類模具還應(yīng)具有合適的高溫強(qiáng)度、熱硬度及熱疲勞 性。（4）模具制造過程的影響1）在模塊鍛造時，模塊加熱和冷卻所帶來的內(nèi)外溫差會產(chǎn)生溫差應(yīng)力；徹粗、沖 孔和擴(kuò)孔等過程如技術(shù)參數(shù)選擇不當(dāng)易使鍛坯開裂。此外，當(dāng)鍛比超過一定值后，Llj 于形成纖維組織，橫向力學(xué)性能急劇下降，導(dǎo)致各向異性。2）在模具的電加工中，會出現(xiàn)不同程度的變質(zhì)層，此外山于局部驟熱和驟冷，還 容易形成殘余應(yīng)力和龜裂。3）模具的熱處理模具熱處理安排在模塊鍛造、粗加工之后，兒乎是模具加工的最終工序。模具材 料的選用及熱處理工序的確定對模具性能的影響極大。三模具失效分析實(shí)例3. 1沖裁模沖裁模的主要失效形式為磨損，從磨損機(jī)理看主要為粘著磨損。主要影響因素：1）沖裁間隙：間隙小減小磨損，間隙大增大磨損2）壓邊狀態(tài) 提高沖裁模壽命的措施：1）盡量采用大間隙2）采用彈性卸料板3）采用導(dǎo)向裝 4）增加凸模剛度5）釆取耐磨性好的模具材料6）釆用表面強(qiáng)化技術(shù)7）超前維 修3. 2拉伸模拉伸模的主要失效形式為沖頭頭部徹粗變形。提高拉伸模壽命的措施：1）將實(shí)心沖頭改為空心內(nèi)冷結(jié)構(gòu)沖頭，并將壁厚減至14mm以下2）空心沖頭口部釆用內(nèi)螺紋連接