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1、一模具寿命的概念与意义模具寿命指在保证制件品质的前提下，所能成形出的制件数。它包括反复刃磨和更换易损件，直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。模具的失效分为非正常失效和正常失效。非正常失效(早期失效)是指模具未达到一定的工业水平下公认的寿命时就不能服役。早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。正常失效是指模具经大批量生产使用，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。模具正常失效前，生产出的合格产品的数目，叫模具正常寿命，简称模具寿命，模具首次修复前生产出的合格产品的数目，叫首次寿命；模具一次修复后到下一次修复前所生产出的合格产品的数目，叫修模寿命。模具寿命是首次寿命
2、与各次修复寿命的总和。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，模具的寿命已引起人们的关注。在工业产品飞速发展的今天，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。二模具失效21模具失效形式及机理模具种类很多，按照用途的不同，大致可以分为六大类:冷冲压模、热锻压模、压力铸造模、塑料模、玻璃压模和粉料压制模等。模具种类繁多，工作状态差别很大，损坏部位也各异，但失效形式归纳起来大致有三种，即磨损、断裂、塑性变形。(1)磨损失效模具在服役时，与
3、成形坯料接触，产生相对运动。由于表面的相对运动，接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损。磨损失效可分为以下几种：1)疲劳磨损两接触表面相对运动时，在循环应力(机械应力与热应力)的作用下，使表面金属疲劳脱落的现象称为疲劳磨损。2)气蚀磨损和冲蚀磨损气蚀磨损金属表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面形成微小麻点和凹坑的现象叫气蚀磨损。冲蚀磨损液体和固体微小颗粒反复高速冲击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现象叫冲蚀磨损。3)磨蚀磨损在摩擦过程中，模具表面和周围介质发生化学或电化学反应，再加上摩擦力的机械作用，引起表面材料脱落的现象叫磨蚀磨损。4)磨损的交互作用摩擦磨损情况很复杂
4、，在一定的工况下模具与工件(或坯料)相对运动中，磨损一般不只是以一种形式存在，往往是以多种形式并存，并相互影响。具有磨损失效形式的主要有冷作模具，主要材料是冷作模具钢，冷作模具钢用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模、冷拉丝模、滚丝模、冷剪切刀等。冷作模具在室温下成形，对模具材料的高温性质没有特殊要求，但要求在室温下有高硬度、高耐磨性和足够的韧度。(2)断裂失效模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分丧失服役能力时，成为断裂失效。断裂可分为塑性断裂和脆性断裂。模具材料多为中、高强度钢，断裂的形式多为脆性断裂。脆性断裂又可分为一次性断裂和疲劳断裂。具有断裂失效的主要有热作模具，主要材料为热作钢，热作模具钢
5、主要用于制造热锻模、热挤压模和压铸模等。(3)塑性变形失效塑料模具在服役时承受很大的应力，而且不均匀。当模具的某个部位的应力超过了当时温度下模具材料的屈服极限时，就会以晶格滑移、孪晶、晶界滑移等方式产生塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而且不能修复再服役时，叫塑性变形失效。塑性变形的失效形式表现为镦粗、弯曲、形腔胀大、塌陷等。模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程。是否产生塑性变形，起主导作用的是机械负荷以及模具的室温强度。在高温下服役的模具，是否产生塑性变形，主要取决于模具的工作温度和模具材料的高温强度。具有塑性变形失效的有塑料模具，主要模具材料是塑料模具钢，塑料模具是塑料成形加工不可缺少的工
6、具，钢材耗用量大，品种、规格多。对塑料模具钢的使用性能包括强度、硬度、耐磨性、韧度、热稳定性等)的要求并不高，但是必须具备优良的加工性能，包括热处理变形小，机加工性能、焊接性能、图案花纹刻蚀性能、研磨和抛光性能好，粗糙度低2.2影响模具失效的因素(1)模具结构的影响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
7、具结构形式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。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)模具工作条件的影响1)成形件的材料、温度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。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)设备特性设备的精度与刚度模具成形工件的
8、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。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)润滑润滑模具与坯料的相对运动表面，可减少模具与坯料的直接接触，减少磨损，降低成形力。同时，润滑剂还能在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，对提高模具寿命都是有利的。(3)模具材料性能的影响模具材料的性能对模具的寿命影响较大，其中使用性能：强度、冲击韧度、
9、耐磨性、耐蚀性、硬度、热稳定性和耐热疲劳性。工艺性能：锻造工艺性能、切削加工工艺性能、热处理工艺性能、淬透性。模具使用性能性能的选择1）室温载荷较小的工况 这类模具的强度越高，硬度越高，耐磨性越好，寿命越高。2)室温载荷较大的工况 主要考虑具有较高的强度、耐磨性，并有较好的韧性。3）高温载荷较大的工况 这类模具还应具有耐冷热疲劳性、热硬度及热疲劳性，同时还应具有适当的冲击韧度。4）高温载荷较小的工况 这类模具还应具有合适的高温强度、热硬度及热疲劳性。(4)模具制造过程的影响1)在模块锻造时，模块加热和冷却所带来的内外温差会产生温差应力；镦粗、冲孔和扩孔等过程如技术参数选择不当易使锻坯开裂。此外
10、，当锻比超过一定值后，由于形成纤维组织，横向力学性能急剧下降，导致各向异性。2)在模具的电加工中，会出现不同程度的变质层，此外由于局部骤热和骤冷，还容易形成残余应力和龟裂。3)模具的热处理模具热处理安排在模块锻造、粗加工之后，几乎是模具加工的最终工序。模具材料的选用及热处理工序的确定对模具性能的影响极大。三模具失效分析实例3.1冲裁模冲裁模的主要失效形式为磨损，从磨损机理看主要为粘着磨损。主要影响因素：1）冲裁间隙：间隙小减小磨损，间隙大增大磨损 2)压边状态提高冲裁模寿命的措施：1）尽量采用大间隙 2）采用弹性卸料板 3)采用导向装置 4）增加凸模刚度 5）采取耐磨性好的模具材料 6）采用表面强化技术 7）超前维修3.2拉伸模拉伸模的主要失效形式为冲头头部镦粗变形。提高拉伸模寿命的措施：1) 将实心冲头改为空心内冷结构冲头，并将壁厚减至14mm以下2) 空心冲头口部采用内螺纹连接是，螺纹末端不应留空刀槽，以免造成应力集中，导致断裂失效3) 冲头尾部表面拐角处有较大应力集中，易萌生疲劳裂纹，应进一步改进。3.3塑料压注模塑料压注模的主要失效形式为型腔拉毛和凌边堆塌。提高塑料压注模寿命的措施：1） 适当提高模具回火的温度，增加回火保温时间。2） 实际采用两段回火工艺，是模具回火充分，保持较高硬度的同时改善韧性。
