模具失效与寿命

论文

模具寿命与失效

专业:2012级材料成型及控制工程

学号：12320374030

姓名：李国伟

【摘要】：目前，模具是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备，是机械制造工业成型毛坯或零件的一种手段。而模具寿命对模具工业发展的意义及其重大，故了解模具寿命，研究、模具寿命极其关键。

【关键词】：模具、寿命、失效、提高

1 引言

模具寿命的高低是衡量模具质量的重要指标之一。它不仅影响产品的质量，而且还影响着生产率和成本。随着模具工业的发展，高质量、高性能、高效率模具的大量应用，模具的寿命逐渐引起世人的关注。过去由于受模具制造水平和社会需求的限制，大部分模具只是用来生产零件的毛坯或是精度不高、结构形状简单的轻工产品及日常生活用品。传统的模具材料和热处理工艺的配合基本能满足模具的性能要求。在使用中模具出现了磨损、变形甚至微细的裂纹，由于不影响产品的精度要求，而没有得到重视。再加上传统的观念认为模具本身就是成本昂贵的工具，由于生产制件的数量多，模具的成本平均在每一个制件上也只有几分钱。所以模具成本高已被传统观念所接受，模具报废之后只需重做一套即可。因此，没有意识从模具寿命的角度对经济效益经行分析，故有很大的潜力需要我们去挖掘。

2、模具寿命的基本概念

2.1模具寿命的定义

模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数，称为模具的使用寿命，简称模具寿命。

模具的使用寿命并不期望无限长，只需要比模具成型制品的生产要求长。因此在考虑模具的最佳使用寿命时，应将目标放在使单件制品获得最低成本的基础上。这样的模具使用寿命对工业的生产才有实际意义。

2.2模具寿命与失效的术语定义

1）.制件报废

模具生产处的制品出现形状、尺寸及表面质量不符合其技术要求的现象而不能使用时称制件报废。大多数模具的寿命是有制品可用性决定。如果模具生产的制品报废，则该模具就没有使用价值了。

2）.模具服役

模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。模具的服役条件与安装模具的机床类型、吨位、精度、成型次数、生产效率、被加工件大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条件、制件成型温度、冷却润滑条件等因素都有关系，因而模具的服役条件会有很大的不同。

3）.模具损伤

模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹、腐蚀等现象，但没有立即丧失服役能力的状态称为模具损伤。模具在工作时，不同部位承受不同的作用力和不同温度变化，可能同时出现多种不同的损伤形式，各种损伤形式之间又会相互渗透、相互促进、不断积累。损伤是模具破坏的起源。损伤的积累可导致失效。

4）.模具失效

模具首到损坏，不能通过修复而继续服役时称为模具失效。其实，模具失效是指一套模具完全不能再用，生产中一般指模具的主要工作零件不能再用。

5）.早期失效

模具未达到一定工业技术水平公认的使用寿命就不能服役时，称为模具的早期失效，也就是非正常失效。主要由模具设计和制造过程中的缺陷引起的，失效的概率很高，且随着模具使用期限的延长而迅速降低。如果在交付使用前，能对模具进行可靠性试验或短时间的试用，及时发现隐患，进行补救，就能避免在正常服役时造成损失。

6）.正常失效

模具经大量的生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役时，称为模具的正常失效。模具发现正常失效时，已达到或超过模具预订的寿命。由于工作条件的变化、操作者的使用水平、管理者的失误等原因造成某些损伤，模具经过长期的使用后，由于使用损伤大量积累，致使模具发生失效。

7）.模具正常寿命

模具正常失效前生产处的合格产品的数目称为模具正常寿命。模具首次修复前生产出的合格产品的数目称为首次寿命。模具一次修复后到下次修复前所生产出的合格产品的数目称为修模寿命。模具寿命是首次寿命与各次修模寿命的总和。

随着工业的发展，在机械、仪表、电子、轻工和国防工业中，国内、外不断涌现出高速、高效及高精度的塑性加工工艺，因而对模具寿命提出了更高的要求。在工业产品飞速发展带动模具工业快速发展的新时代，从模具发展的总趋势可以看出，无论是模具的大型化、复杂化还是高精度、高效率，都依赖于模具寿命的提高。

例如：通过现代的加工技术可以获得高精度的模具型腔或型孔，但由于模具表面出现磨损，磨损量超过了制件的使用精度，使模具的寿命终结。还有大型和高效模具，由于受力大，易使模架、模板、复杂型腔及顶出杆等结构产生过量的变形，造成模具无法正常工作而报废，因此需要提高这些模具零件的受力性能。这些事实说明提高模具寿命的研究对模具工业发展意义重大。

3、提高模具寿命

3.1模具寿命的影响因素

1）.模具结构

模具结构对模具受力状态的影响很大，合理的模具结构能使模具工作时受力均匀，不易偏载，应力集中小。模具种类繁多，形式差别很大，工作环境也不尽相同，下面从几个具有共性的方面加以讨论。

①圆角半径圆角半径分为外(凸)圆角半径和内(凹)圆角半径。工作部位圆角半径的大小，不仅对成形过程及成形件品质有影响，也对模具的失效形式及寿命产生影响。

②模具结构形式

a.整体模具与镶拼模具整体模具的凹圆角半径很易造成应力集中，并由此引起开裂。

b.模具的导向采用导向装置的模具，能保证在模具中各相关零件相互位置的精度，增加模具抗弯曲、抗偏载的能力，避免模具不均匀磨损。

2）.模具工作条件

①成形件的材料、温度

a.材质成形件的材料有金属和非金属。一般来讲，非金属材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿命高。因此，金属件成形模比非金属成形模的寿命低。

b.温度在成形高温工件时，模具因接受热量而升温，随着温度的上升，模具的强度下降，易产生塑性变形。同时，模具同工件接触的表面与非接触表面温度差别很大，在模具中造成温度应力。

②设备特性

a.设备的精度与刚度模具成形工件的力是由设备提供的，在成形过程中，设备因受力将产生弹性变形。

b.速度设备对模具及工件的作用力是在一段时间内逐渐增加的，设备速度影响施力过程。设备速度愈高，模具在单位时间内受的冲击力愈大(冲量大)；时间愈短，冲击能量来不及传递和释放，易集中在局部，造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度。因此，设备速度越高，模具越易断裂或塑性变形失效。

③模具材料

模具材料的成分、组织、质量及性能对模具的承载能力、使用寿命及加工精度、制造成本等均有较大影响。选材不当，性能要求不合理，将导致模具的早期失效或者造成浪费。因此，根据模具的工作条件合理选用模具材料，是保证模具既安全可靠又经济合理的关键因素。

④模具制造

a.模块的锻造模具材料主要采用高碳钢或高碳高合金钢。由于冶金技术的影响，这些材料不同程度地存在成分和组织的偏析、碳化物粗大不均匀、晶粒粗大等缺陷，使得钢材的性能下降。因此，模块采用锻造工艺的目的主要是为了改善材料内部缺陷，获得模块所需要的内部组织和使用性能，并使模块获得一定的形状和尺寸。模块毛坯的锻造要经历加热——锻打成型——冷却的工艺过程，每一个环节操作不当都会产生新的缺陷影响毛坯质量。

b.模具零件的加工模具制造一般要经过切削加工、磨削加工和电火花加工。这些加工中的质量问题，尤其是加工表面的质量，也会显著影响模具的耐磨性、断裂抗力、疲劳强度及热疲劳抗力等。

c.模具热处理缺陷热处理工艺对模具材料的改性有着非常重要的作用，但一般的热处理过程都会使材料产生各种缺陷，影响模具承载能力看，降低使用寿命。热处理缺陷可以分为两类，一类表现为对模具表面或内部组织和性能的影响，这类缺陷一般都能采取相应的技术措施处理解决。另一类缺陷是引起模具的热处理变形，这类缺陷影响模具的尺寸精度和位置形状精度。为此，要耗费大量工时对变形模具经行校正和修磨后才能正常使用，当变形程度超过模具零件尺寸或形状变化的要求而导致无法校正时，就造成模具的早期失效。

⑤模具维护和管理

a.模具维护模具安装在相应设备上工作之前、工作之后和工作间隙停顿时的