模具壽命及提高模具壽命

1、模具壽命及提高模具壽命【摘要】:目前,模具是用來成型各種工業(yè)產(chǎn)品的一種重要工藝裝備,是機械制造工業(yè)成型毛坯或零件的一種手段。而模具壽命對模具工業(yè)發(fā)展的意義及其重大,故了解模具壽命,研究、模具壽命極其關(guān)鍵。【關(guān)鍵詞】:模具、壽命、失效、提高1 引言模具壽命的高低是衡量模具質(zhì)量的重要指標之一。它不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量,而且還影響著生產(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,模具的壽命逐漸引起世人的關(guān)注。過去由于受模具制造水平和社會需求的限制,大部分模具只是用來生產(chǎn)零件的毛坯或是精度不高、結(jié)構(gòu)形狀簡單的輕工產(chǎn)品及日常生活用品。傳統(tǒng)的模具材料和熱處理工藝的配合基本能滿足模具的性

2、能要求。在使用中模具出現(xiàn)了磨損、變形甚至微細的裂紋,由于不影響產(chǎn)品的精度要求,而沒有得到重視。再加上傳統(tǒng)的觀念認為模具本身就是成本昂貴的工具,由于生產(chǎn)制件的數(shù)量多,模具的成本平均在每一個制件上也只有幾分錢。所以模具成本高已被傳統(tǒng)觀念所接受,模具報廢之后只需重做一套即可。因此,沒有意識從模具壽命的角度對經(jīng)濟效益經(jīng)行分析,故有很大的潛力需要我們?nèi)ネ诰颉?、模具壽命的基本概念2.1模具壽命的定義模具因為磨損或其他形式失效、終至不可修復(fù)而報廢之前所加工的產(chǎn)品的件數(shù),稱為模具的使用壽命,簡稱模具壽命。模具的使用壽命并不期望無限長,只需要比模具成型制品的生產(chǎn)要求長。因此在考慮模具的最佳使用壽命時,應(yīng)將目標

3、放在使單件制品獲得最低成本的基礎(chǔ)上。這樣的模具使用壽命對工業(yè)的生產(chǎn)才有實際意義。2.2模具壽命與失效的術(shù)語定義1.制件報廢模具生產(chǎn)處的制品出現(xiàn)形狀、尺寸及表面質(zhì)量不符合其技術(shù)要求的現(xiàn)象而不能使用時稱制件報廢。大多數(shù)模具的壽命是有制品可用性決定。如果模具生產(chǎn)的制品報廢,則該模具就沒有使用價值了。2.模具服役模具安裝調(diào)試后,正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過程叫模具服役。模具的服役條件與安裝模具的機床類型、噸位、精度、成型次數(shù)、生產(chǎn)效率、被加工件大小、尺寸、材質(zhì)、變形抗力以及工件加熱條件、制件成型溫度、冷卻潤滑條件等因素都有關(guān)系,因而模具的服役條件會有很大的不同。3.模具損傷模具在使用過程中,出現(xiàn)尺寸變化或微裂

4、紋、腐蝕等現(xiàn)象,但沒有立即喪失服役能力的狀態(tài)稱為模具損傷。模具在工作時,不同部位承受不同的作用力和不同溫度變化,可能同時出現(xiàn)多種不同的損傷形式,各種損傷形式之間又會相互滲透、相互促進、不斷積累。損傷是模具破壞的起源。損傷的積累可導(dǎo)致失效。4.模具失效模具首到損壞,不能通過修復(fù)而繼續(xù)服役時稱為模具失效。其實,模具失效是指一套模具完全不能再用,生產(chǎn)中一般指模具的主要工作零件不能再用。5.早期失效模具未達到一定工業(yè)技術(shù)水平公認的使用壽命就不能服役時,稱為模具的早期失效,也就是非正常失效。主要由模具設(shè)計和制造過程中的缺陷引起的,失效的概率很高,且隨著模具使用期限的延長而迅速降低。如果在交付使用前,能對

5、模具進行可靠性試驗或短時間的試用,及時發(fā)現(xiàn)隱患,進行補救,就能避免在正常服役時造成損失。6.正常失效模具經(jīng)大量的生產(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)服役時,稱為模具的正常失效。模具發(fā)現(xiàn)正常失效時,已達到或超過模具預(yù)訂的壽命。由于工作條件的變化、操作者的使用水平、管理者的失誤等原因造成某些損傷,模具經(jīng)過長期的使用后,由于使用損傷大量積累,致使模具發(fā)生失效。7.模具正常壽命模具正常失效前生產(chǎn)處的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為模具正常壽命。模具首次修復(fù)前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為首次壽命。模具一次修復(fù)后到下次修復(fù)前所生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為修模壽命。模具壽命是首次壽命與各次修模壽命的總和

6、。隨著工業(yè)的發(fā)展,在機械、儀表、電子、輕工和國防工業(yè)中,國內(nèi)、外不斷涌現(xiàn)出高速、高效及高精度的塑性加工工藝,因而對模具壽命提出了更高的要求。在工業(yè)產(chǎn)品飛速發(fā)展帶動模具工業(yè)快速發(fā)展的新時代,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。例如:通過現(xiàn)代的加工技術(shù)可以獲得高精度的模具型腔或型孔,但由于模具表面出現(xiàn)磨損,磨損量超過了制件的使用精度,使模具的壽命終結(jié)。還有大型和高效模具,由于受力大,易使模架、模板、復(fù)雜型腔及頂出桿等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過量的變形,造成模具無法正常工作而報廢,因此需要提高這些模具零件的受力性能。這些事實說明提高模具壽命的研究對模具工

7、業(yè)發(fā)展意義重大。3、提高模具壽命3.1模具壽命的影響因素1.模具結(jié)構(gòu)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)境也不盡相同,下面從幾個具有共性的方面加以討論。圓角半徑圓角半徑分為外(凸圓角半徑和內(nèi)(凹圓角半徑。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。模具結(jié)構(gòu)形式a.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,并由此引起開裂。b.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。

8、2.模具工作條件成形件的材料、溫度a.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模的壽命低。b.溫度在成形高溫工件時,模具因接受熱量而升溫,隨著溫度的上升,模具的強度下降,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。設(shè)備特性a.設(shè)備的精度與剛度模具成形工件的力是由設(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。b.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;時間愈短,沖擊

9、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)力或斷裂強度。因此,設(shè)備速度越高,模具越易斷裂或塑性變形失效。模具材料模具材料的成分、組織、質(zhì)量及性能對模具的承載能力、使用壽命及加工精度、制造成本等均有較大影響。選材不當,性能要求不合理,將導(dǎo)致模具的早期失效或者造成浪費。因此,根據(jù)模具的工作條件合理選用模具材料,是保證模具既安全可靠又經(jīng)濟合理的關(guān)鍵因素。模具制造a.模塊的鍛造模具材料主要采用高碳鋼或高碳高合金鋼。由于冶金技術(shù)的影響,這些材料不同程度地存在成分和組織的偏析、碳化物粗大不均勻、晶粒粗大等缺陷,使得鋼材的性能下降。因此,模塊采用鍛造工藝的目的主要是為了改善材料內(nèi)部

10、缺陷,獲得模塊所需要的內(nèi)部組織和使用性能,并使模塊獲得一定的形狀和尺寸。模塊毛坯的鍛造要經(jīng)歷加熱鍛打成型冷卻的工藝過程,每一個環(huán)節(jié)操作不當都會產(chǎn)生新的缺陷影響毛坯質(zhì)量。b.模具零件的加工模具制造一般要經(jīng)過切削加工、磨削加工和電火花加工。這些加工中的質(zhì)量問題,尤其是加工表面的質(zhì)量,也會顯著影響模具的耐磨性、斷裂抗力、疲勞強度及熱疲勞抗力等。c.模具熱處理缺陷熱處理工藝對模具材料的改性有著非常重要的作用,但一般的熱處理過程都會使材料產(chǎn)生各種缺陷,影響模具承載能力看,降低使用壽命。熱處理缺陷可以分為兩類,一類表現(xiàn)為對模具表面或內(nèi)部組織和性能的影響,這類缺陷一般都能采取相應(yīng)的技術(shù)措施處理解決。另一類缺

11、陷是引起模具的熱處理變形,這類缺陷影響模具的尺寸精度和位置形狀精度。為此,要耗費大量工時對變形模具經(jīng)行校正和修磨后才能正常使用,當變形程度超過模具零件尺寸或形狀變化的要求而導(dǎo)致無法校正時,就造成模具的早期失效。模具維護和管理a.模具維護模具安裝在相應(yīng)設(shè)備上工作之前、工作之后和工作間隙停頓時的維護稱為現(xiàn)場維護。需要預(yù)熱、間歇工作時的保溫、停工時的緩冷。模具從設(shè)備上拆下來的維修稱為非現(xiàn)場維護。需要去應(yīng)力退火、超前修模。b.模具的管理模具在制作和使用等過程中藥嚴格按要求進行,生產(chǎn)中則指模具有安裝、調(diào)試、拆卸、運行保管時要遵守規(guī)則,避免因認為的疏忽而帶來模具的損傷。3.2如何提高模具壽命1.首先制件的

12、設(shè)計要合理,盡可能選用最好的結(jié)構(gòu)方案,制件的設(shè)計者要考慮到制件的技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)必須符合模具制造的工藝性和可行性。2.模具的設(shè)計是提高模具壽命的最重要的一步,需要考慮到很多因素,包括模具材料的選用,模具結(jié)構(gòu)的可使用性及安全性,模具零件的可加工性及模具維修的方便性,這些在設(shè)計之初應(yīng)盡量考慮得周全些。模具材料的選用既要滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求,還需考慮到材料的成本及其在設(shè)定周期內(nèi)的強度,當然還要根據(jù)模具的類型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素來選材。例如:沖裁模的主要失效形式是刃口磨損,就要選擇表面硬度高、耐磨性好的材料;沖壓模主要承受周期性載荷,易引起表面疲勞裂紋,導(dǎo)致表層剝落,那就要

13、選擇表面韌性好的材料;拉深模應(yīng)選擇磨擦系數(shù)特別低的材料;壓鑄模由于受到循環(huán)熱應(yīng)力作用,故應(yīng)選擇熱疲勞性強的材料;對于注塑模,當塑件為ABs、PP、Pc之類材料時,模具材料可選擇預(yù)硬調(diào)質(zhì)鋼,當塑件為高光潔度、透明的材料時,可選耐蝕不銹鋼,當制品批量大時,可選擇淬火回火鋼。另外還需要考慮采用與制件親和力較小的模具材料,以防粘模加劇模具零件的磨損,從而影響模具的質(zhì)量。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時,盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便,還要保證模具零件有足夠的強度和剛度;在模具結(jié)構(gòu)允許時,模具零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計成圓角過渡,以避免應(yīng)力集中;對于凹模、型腔及部分凸模、型芯,可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來消除應(yīng)力集中,細長凸?；蛐托?/p>

14、,在結(jié)構(gòu)上需采取適當?shù)谋Ｗo措施;對于冷沖模,應(yīng)配置防止制件或廢料堵塞的裝置(如:彈頂銷、壓縮空氣等。與此同時,還要考慮如何減少滑動配合件及頻繁撞擊件在長期使用中磨損所帶來的對模具質(zhì)量的影響。在設(shè)計中必須減少在維修某一零部件時需拆裝的范圍,特別是易損件更換時,盡可能減少其拆裝范圍。3.模具的制造過程也是確保模具壽命的重要一環(huán),模具制造過程中的加工方法和加工精度也會影響到模具的使用壽命。各零部件的精度直接影響到模具整體裝配情況,除掉設(shè)備自身精度的影響外,則需通過改善零件的加工方法,提高鉗工在模具磨配過程中的技術(shù)水平,來提高模具零件的加工精度;若模具整體裝配效果達不到要求,則會在試模中讓模具在不正常

15、狀態(tài)下動作的幾率提高,對模具的總體壽命將會有很大影響。因此,為保證模具具有良好的原始精度一原始的模具質(zhì)量,在制造過程中首先要合理選擇高精度的加工方法,如電火花、線切割、數(shù)控加工等等,同時應(yīng)注意模具的精度檢查,包括模具零件的加工精度、裝配精度及通過試模驗收工作綜合檢查模具的精度,在檢查時還需盡量選用高精度的測量儀器,對于那些成形表面曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件,若用普通的直尺、游標卡就無法達到精確的測量數(shù)據(jù),這時就需選用三坐標測量儀之類的精密測量設(shè)備,來確保測量數(shù)據(jù)的準確性。4.對模具主要成形零部件進行表面強化,以提高模具零件表面耐磨性,從而更好地提高模具壽命。對于表面強化,要根據(jù)不同用途的模具,選用

16、不同的強化方法。例如:沖裁?？刹捎秒娀鸹◤娀?、硬質(zhì)合金堆焊等,以提高模具零件表層的耐磨性和抗壓強度;壓鑄模、塑料模等熱加工模具鋼零件可采用滲氮(硬氮化處理,以提高零件的耐磨性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性;拉深模、彎曲?？刹捎脻B硫處理,以減少摩擦系數(shù),提高材料的耐磨性;碳氮共滲(軟氮化可應(yīng)用于各類模具的表面強化處理。另外,近幾年發(fā)展起來的一種稱為FcV A真空鍍金剛石膜技術(shù),能在零件表層形成一層與基體結(jié)合異常牢固又十分光滑均勻密實的保護膜,這種技術(shù)特別適合于模具表面保護性處理,也是提高模具質(zhì)量的一種效果顯著的方法。當然,如果制件屬試制產(chǎn)品或生產(chǎn)批量相當小的話,就不一定非要進行模具零件的表面強化處理。5

17、.模具的正確使用與維護,也是提高模具質(zhì)量的一大因素。例如:模具的安裝調(diào)試方式應(yīng)恰當,在有熱流道的情況下,電源接線要正確,冷卻水路要滿足設(shè)計要求,模具在生產(chǎn)中注塑機、壓鑄機、壓力機的參數(shù)需與設(shè)計要求相符合等等。在正確使用模具時,還需對模具進行定期維護保養(yǎng),模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套及其他有相對運動的部位應(yīng)經(jīng)常加注潤滑油,對于鍛模、塑料模、壓鑄模之類模具在每模成形前都應(yīng)將潤滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。對模具進行有計劃的防護性維護,并通過維護過程中的數(shù)據(jù)處理,則可預(yù)防模具在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題,還可提高維修工作效率?？傊?要想提高模具的壽命,首先必須每個環(huán)節(jié)都要考慮到對模具壽命的影響,其次還須通過各部門的

18、通力合作。模具的質(zhì)量是模具企業(yè)自身實力的真實體現(xiàn)。4、結(jié)論模具的質(zhì)量,無論是模具的設(shè)計者和制造者、制件的設(shè)計者,還是模具的使用者都應(yīng)積極關(guān)心的問題,隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新、新材料的廣泛采用、加工工藝的不斷變革,使用與維護條件的差異等等都不同程度的影響模具的壽命?！澳＞邏勖钡纳婕懊婧軓V泛,相當復(fù)雜,提高模具壽命的方法有多種,途徑也很多,本文僅進行了略作闡述,對模具壽命有了更廣泛、更深刻的認識。致謝在這里,要感謝可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯的謝意!老師們高尚的品德、嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風、淵博的知識和平易近人的待人態(tài)度對我的學(xué)習(xí)、做人都有很大的啟示和幫助,他們的教誨將使我終身受益。同時衷心感謝身邊的朋友們,學(xué)會了對待學(xué)習(xí)和人生應(yīng)有的態(tài)度。同時,還要感謝我的同班同學(xué)們,同他們的相互討論與交流使我不斷產(chǎn)生新的靈感,使文章內(nèi)容更加豐富。這一切都使我們彼此間的情誼更加深厚,愉快地度過了大學(xué)的最后時光,這將會成為我最為難忘的回憶。感謝和我一起生活了三年的同學(xué)們,他們在生活上關(guān)懷過我,在學(xué)習(xí)上幫助過我。真心致謝!班級：10 材控一班 學(xué)號：10101210197 姓名：王曉威 參考文獻 1程培源 模具壽命與材料 機械工業(yè)出版社