模具失效與壽命

模具失效與壽命IIIKzIILIC4.IIIMIIIk/KzI|_IXI、XI—I—II I IIJX、八J^1*M?/概念與意義模具壽命抬在保證制件品質(zhì)的前提下，所能成形出的制件數(shù)。它包括反復刃磨和更換易損件，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）是指模具未達到一定的工業(yè)水平下公認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，簡稱模具壽命，模具首次修復前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)叫首次壽命；模具一次修復后到下一次修復前所生產(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用，模具的壽命已引起人們的關注。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2?1模具失效形式及機理模具種類很多，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)生相對運動。山于表面的相對運動，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動時，在循環(huán)應力（機械應力與熱應力）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高速沖擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點和凹坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨損。3） 磨蝕磨損在摩擦過程中，模具表面和周圉介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，再加上摩擦力的機械作用，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雜，在一定的工況下模具與工件（或坯料）相對運動中，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。斷裂可分為塑性斷裂和脆性斷裂。模具材料多為中、高強度鋼，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、

。（3）塑性變形失效塑料模具在服役時承受很大的應力，而且不均勻。當模具的某個部位的應力超過了當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，起主導作用的是機械負荷以及模具的室溫強度。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影響模具失效的因素（1）模具結(jié)構的影響模具結(jié)構對模具受力狀態(tài)的影響很大，合理的模具結(jié)構能使模具工作時受力均勻，不易偏載，應力集中小。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)（1）圓角半徑圓角半徑分為外（凸）圓角半徑和內(nèi)（PH）角半徑。工作部位角半徑的大小，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)構形式①整體模具與鑲拼模具整體模具的凹角半徑很易造成應力集中，并山此引起開裂。①整體模具與鑲拼模具整體模具的凹角半徑很易造成應力集中，并山此引起開裂?！酢酡谀＞叩膶虿捎脤蜓b置的模具，能保證在模具中各相關零件相互位置的精度,□□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。溫度在成形高溫匚件時，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力。2）設備特性①設備的精度與剛度模具成形工件的力是山設備提供的，在成形過程中，設備因受力將產(chǎn)生彈性變形。□□②速度設備對模具及工件的作用力是在一段時間內(nèi)逐漸增加的，設備速度影響施力過程。設備速度愈高，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，造成局部應力超過模具材料的屈服應力或斷裂強度。因此，設備速度越高，模具越易斷裂或塑性變形失效。□□3) /i-^/ra，LIK，、-IJ‘II/、J kLXI）?-J IK，、^J-r—IIJ-ES-JXJX/ua,〃?//qj；/5,ITIKM/-5/M/IX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度越高，硬度越高，耐磨性越好，壽命越局。2） 室溫載荷較大的工況主要考慮具有較高的強度、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具有耐冷熱疲勞性、熱硬度及熱疲勞性，同時還應具有適當?shù)臎_擊韌度。4） 高溫載荷較小的工況這類模具還應具有合適的高溫強度、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)生溫差應力；彳散粗、沖孔Llj于形成纖和擴孔等過程如技術參數(shù)選擇不當易使鍛坯開裂。此外，當鍛比超過一定值后,Llj于形成纖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？模具失效分析實例1沖裁模沖裁模的主要失效形式為磨損，從磨損機理看主要為粘著磨損。主要影響因素：1）沖裁間隙:沖裁模壽命的措施：1）間隙小減小磨損,盡量采用大間隙間隙大增大磨損素：1）沖裁間隙:沖裁模壽命的措施：1）間隙小減小磨損,盡量采用大間隙間隙大增大磨損□□2）壓邊狀態(tài)提高2）采用彈性卸料板3）采用導向裝？4）增加凸模剛□□度5）采取耐磨性好的模具材料6）采用表面強化技術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彳散粗變形。提高拉伸模壽命的措施：1）將實心沖頭改為空心內(nèi)冷結(jié)構沖頭，并將壁厚減至14mm以下2） 空心沖頭口部采用