模具壽命與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具壽命是一定時期內(nèi)模具設(shè)計、模具材料性能、模具制造水平、模具熱處理水平以及使用和維護水平的綜合反映。模具壽命的高低在一定程度上反映一個國家、一個地區(qū)的冶金工業(yè)、機械制造工業(yè)的水平。

模具壽命指在保證制件品質(zhì)的前提下，能成形出制件的模具工作次數(shù)。如一模1腔的模具壽命為10萬次時，表示可以生產(chǎn)10萬個合格制件，一模4腔的模具壽命為10萬次時，表示可以生產(chǎn)40萬個合格制件。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)。一般工廠在實際運用中，往往以再次維修所需要的費用達到重新制作費用的約1／3～1／2時，就判定該模具已經(jīng)失效，這時再進行維修往往得不償失。

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)是指模具未達到本行業(yè)公認的壽命時就不能服役。正常失效是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用后，因緩慢塑性變形或較均勻的磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役。盡管模具種類繁多，工作狀態(tài)差別很大，損壞部位也各異，但依據(jù)失效形式可分為三種：即磨損失效、斷裂失效、塑性變形失效。1)磨損是由于表面的相對運動，接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象；2)斷裂可分為塑性斷裂和脆性斷裂，脆性斷裂又可分為一次性斷裂和疲勞斷裂；3)塑性變形是當模具的某個部位的應(yīng)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、孿晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復再服役，表現(xiàn)為鐓粗、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。

模具的使用壽命與模具設(shè)計水平、模具結(jié)構(gòu)、模具材料熱處理、選材、機械加工工藝、模具滑潤等因素有關(guān)。根據(jù)有關(guān)人員對大量失效模具的分析統(tǒng)計，在引起模具失效的各種因素中，由于模具結(jié)構(gòu)不合理而引起模具失效的約占２５％，因此，設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu)，對提高模具的質(zhì)量和使用壽命將起到事半功倍的作用。合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)使模具工作時受力均勻，不易偏載，應(yīng)力集中小。

無論何種模具，模架應(yīng)有良好的剛性，模板不宜太薄，在工作機械空間足夠的情況下要盡量增加厚度，不但要滿足模架的強度要求，更要著重考慮模架的剛度。從進口的大型模具來看，國產(chǎn)模具普遍存在模板偏薄的現(xiàn)象，其主要原因是對模架剛性的認識不足。

對多工位模具來說，2根導柱導向通常很難保證導向精度的要求，應(yīng)該采用4根導柱導向，大型的模具要考慮采用6根導柱導向。當采用多根導柱導向時，相關(guān)零件的位置精度要特別重視。

對模具的成型工作部分來說，工作部位圓角半徑的大小，不僅對成形過程及制件品質(zhì)有影響，也對模具的失效形式及壽命產(chǎn)生影響，在滿足制品要求的前提下，盡量加大工作部位過渡圓角半徑，這對增加模具的壽命會收到意想不到的效果。對無法加大圓角半徑的場合和結(jié)構(gòu)復雜的凹模，可以考慮采用鑲拼結(jié)構(gòu)，這樣也可減少應(yīng)力集中。

對于沖壓模具，在保證制件尺寸精度的前提下，合理增大凸、凹模的間隙，以改善凸模工作部分的受力狀態(tài)，使沖裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨損減少，從而提高模具壽命。

多工位高速級進沖壓模要注意廢料回跳的問題，在結(jié)構(gòu)上增加相應(yīng)措施，以免在高速沖壓時由于瞬時真空效應(yīng)而產(chǎn)生微小廢料回跳現(xiàn)象，使得廢料進入工作區(qū)域而使凸模刃口崩裂。

對于高溫模具如熱鍛模具，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中散熱和冷卻是不可忽視的問題，應(yīng)避免局部溫度過高，使得模具材料產(chǎn)生塑性變形。