第五章_影响模具寿命的因素

采用圆角结构可以获得良好的工艺效果，同时， 也可避免拐角处产生应力集中。
小的凸圆角半径会使局部受力恶化，在四角半径处产生 较大的应力集中。易萌生裂纹，导致断裂。 大的圆角半径使模具受力均匀，不易产生裂纹。
（一）几何角度 1.凹模的锥角和截面变化
冷挤压凹模的型腔截面变化越小，尺寸过渡越平缓， 则挤压力越小。
对于热作模具，其失效形式受热锻压设备的加载速度、 冲压频率和冲压能量的影响。 设备的冲压频率高，使模具的平均温度高而温度变化幅度 小，容易导致模具因热强度不足而产生塑性变形失效。 当冲压频率低时，模具的热振幅大而平均温度低，容易导 致模具的冷热疲劳失效。
三、模具的使用与维护
模具的正确操作，使用和维护对模具的寿命有很大的影响。 模具使用时应严格遵守操作规范： 对模具要进行正确的安装和调整； 保证良好的导向和刚性； 应定时检查，及时排除故障，并注意润滑及冷却； 注意定期维护保养等。
（一）圆角半径
模具的圆角半径可分为外（凸）圆角半径和内（凹）圆角半径。 工作部位圆角半径的大小，不仅对工艺及成型件质量有影响，也对 模具的失效形式及寿命产生影响。
什么是应力集中？ 应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生 突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
应力集中对构件强度的影响
脆性材料 对于由脆性材料制成的构件，应力集中现象将一直保持到 最大局部应力到达强度极限之前。 因此，在设计脆性材料构件时，应考虑应力集中的影响。 塑性材料 对于由塑性材料制成的构件，应力集中对其在静载荷作用 下的强度则几乎无影响。所以，在研究塑性材料构件的静 强度问题时，通常不考虑应力集中的影响。
二、设备特性
1.设备的精度与刚度 滑块运动的导向精度越高，模具上、下模或动、定模定位 精度越高，越不易产生附加的横向载荷和转矩，使模具磨 损均匀，则模具的寿命越高。
设备的刚度越大，在成型过程中产生的弹性变形越小， 模具上下模或动定模可较好地保证正确的配合状态。
2.设备速度
设备速度越高，模具在单位时间内受到冲击越大， 设备施力时间越短，越易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，模具越易发生断裂或塑性变形失效。
（一）使用性能 1.强度 定义：模具材料抵抗失效最重要的性能。 常用σs σb σ0.2表示
2.凸模的端面形状
二、模具的结构形式
（一）整体式模具与组合式模具
整体式模具主要指凹模是由一块整金属加工成的模具。 不可避免地存在凹角半径，易造成应力集中，并引起开裂。
组合式模具是把模具在应力集中处分割为两部分或几部分， 再组合起来使用的模具。采用组合式模具可避免应力集中 和裂纹的产生。
模具结构的组合方法有多种形式： 1.组合凸模结构
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冲头压力与寿命的关系
改变工件形状和冷挤压工艺
（五）热作模具结构要点
热作模具结构设计应注意： 1.避免突出尖角 2.采用内冷结构 3.减轻热-机械载荷
第二节 模具工作条件
模具工作条件包括被加工坯料的状况，锻压设备的特性及 工作条件，模具工作中的润滑、冷却及使用维护状况等。 这些因素对模具的寿命和失效都会造成影响。
③成型件材料与模具材料的亲和力愈大，在成型过程中 越容易与模具产生粘着磨损，则模具的寿命越低。
④坯料的表面状态对模具受力、磨损也有较大影响。 当成型件表面光亮。性能均匀、表面存在较薄的氧化层 或磷化膜时，对模具的工作有利。
2.成型温度 成型温度对材料强度有影响，同时也影响模具与成型件
接触面的情况。 在成型高温工件时，模具因受热而升温，随着温度的升高， 模具的屈服强度下降，易发生塑性变形。
设计时要综合考虑，能够获得高质量冲裁断面的最佳间隙 值和保证模具较高寿命的最佳间隙值。
（三）模具的结构刚度*
1.模具的导向装置 2.凸模刚度设计要点 3.塑料模的刚度结构
（四）减轻工作载荷
冷挤压模和冷镦锻模等工作中承受较重的静载荷或冲击 载荷，这些模具的结构设计除了保证结构刚度外，还应 特别注意采用减轻工作载荷和减少应力集中的结构，使模 具各部分受力尽量均匀，避免局部应力过大而发生早期 失效。
采用预应力镶套，使模具产生预切向压应力，降低成型过程中的拉应力峰值， 可有效提高模具寿命。层数越高，寿命越高。
（二）模具的工作间隙
冲裁模凸、凹模的刃口间隙是工作间隙，也叫冲裁间隙， 不仅影响冲裁过程和冲裁质量，也影响模具的寿命。
工作间隙过小时，冲裁过程中挤压作用增强，模具承受 的压力和摩擦力增大，从而使凸模、凹模的侧面磨损加剧。 适当增加间隙，可以减轻不利影响。
第三节 模具材料的影响
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。
一、模具材料的性能
模具的基本性能包括使用性能和工艺性能。
Chapter 5 影响模具寿命的因素
主要内容
影响模具寿命的因素主要包括：模具结构设计、 模具工作条件、模具材料、模具的热加工和冷加工、 模具使用状况等方面的因素。
第一节 模具结构
一、模具的几何形状
影响模具寿命的几何形状因素主要包括：模具的圆角半径、 凸模端面形状、凹模锥角和凹模截面变化的大小等。
图5-9（a）心轴根部容易发生应力集中
2.组合凹模结构
V型槽底易于发生应力集中而断裂
底部R处易于发生应力集中而断裂
3.预应力镶套凹模
用高强、高韧材料制造凹模体，工作部分采用淬硬的高速 钢或硬质合金等高硬度、高耐磨性材料，通过压力将工作 部分镶入凹模体成为组合式模具。 优点：可以满足型腔表面高耐磨性和整体高强、韧性的要 求。
一、成型件的材质和成型温度
1.成型件的材质 成型件按材质分为金属材料和非金属材料。 按状态分为固体材料和液体材料。
①非金属材料、液体材料 强度低，所需的成型力小，模具受力小，因此使用寿命长 寿命：非金属>金属；液体材料>固体材料
②金属件强度越高，需要的变形力越大，模具所承受的 力也越大，模具的使用寿命越短。 寿命：有色金属>黑色金属