模具壽命與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具壽命是一定時(shí)期內(nèi)模具設(shè)計(jì)、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(hù)水平的綜合反映。模具壽命的高低在一定程度上反映一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)的冶金工業(yè)、機(jī)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(wàn)次時(shí)，表示可以生產(chǎn)10萬(wàn)個(gè)合格制件，一模4腔的模具壽命為10萬(wàn)次時(shí)，表示可以生產(chǎn)40萬(wàn)個(gè)合格制件。它包括反復(fù)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(shí)際運(yùn)用中，往往以再次維修所需要的費(fèi)用達(dá)到重新制作費(fèi)用的約1／3～1／2時(shí)，就判定該模具已經(jīng)失效，這時(shí)再進(jìn)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(dá)到本行業(yè)公認(rèn)的壽命時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dāng)模具的某個(gè)部位的應(yīng)力超過(guò)了當(dāng)時(shí)溫度下模具材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)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(fù)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(guò)程。

模具的使用壽命與模具設(shè)計(jì)水平、模具結(jié)構(gòu)、模具材料熱處理、選材、機(jī)械加工工藝、模具滑潤(rùn)等因素有關(guān)。根據(jù)有關(guān)人員對(duì)大量失效模具的分析統(tǒng)計(jì)，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(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)，對(duì)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(jì)應(yīng)使模具工作時(shí)受力均勻，不易偏載，應(yīng)力集中小。

無(wú)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(jī)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(qiáng)度要求，更要著重考慮模架的剛度。從進(jìn)口的大型模具來(lái)看，國(guó)產(chǎn)模具普遍存在模板偏薄的現(xiàn)象，其主要原因是對(duì)模架剛性的認(rèn)識(shí)不足。

對(duì)多工位模具來(lái)說(shuō)，2根導(dǎo)柱導(dǎo)向通常很難保證導(dǎo)向精度的要求，應(yīng)該采用4根導(dǎo)柱導(dǎo)向，大型的模具要考慮采用6根導(dǎo)柱導(dǎo)向。當(dāng)采用多根導(dǎo)柱導(dǎo)向時(shí)，相關(guān)零件的位置精度要特別重視。

對(duì)模具的成型工作部分來(lái)說(shuō)，工作部位圓角半徑的大小，不僅對(duì)成形過(guò)程及制件品質(zhì)有影響，也對(duì)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(guò)渡圓角半徑，這對(duì)增加模具的壽命會(huì)收到意想不到的效果。對(duì)無(wú)法加大圓角半徑的場(chǎng)合和結(jié)構(gòu)復(fù)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(duì)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(jí)進(jìn)沖壓模要注意廢料回跳的問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)上增加相應(yīng)措施，以免在高速?zèng)_壓時(shí)由于瞬時(shí)真空效應(yīng)而產(chǎn)生微小廢料回跳現(xiàn)象，使得廢料進(jìn)入工作區(qū)域而使凸模刃口崩裂。

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