关于模具使用寿命及失效问题分析

关于模具使用寿命及失效问题分析

林娅丹

台州市黄岩西诺模具有限公司浙江台州318020

摘要：在现代工业社会中，冷冲压模具生产方式是一种倍受青睐的现代工业品的加工方式，它的使用寿命直接影响着现代工业生产的效能与效率，它已是现代工业生产中的关键一环，因而它的使用寿命的提高也成为众多企业和专家学者研究课题。

关键词：模具使用寿命；失效问题；措施

模具被人们称为工业之父，由于现代工业的自动化程度越来越高，模具的使用范围也越广泛，可在我国的较多中小企业中，其寿命还很低，仅相当于国外同行业的1/3到1/5。模具的寿命低，不但会降低产品质量，更会产生浪费模具材料、增加加工工时等严重的后果，使产品的成本居高不下并严重影响生产效率。

1模具结构丧失功能的原因分析

模具制品主要应用于工业生产，但时常会出现各类异常操作，进而导致模具结构定型功能的丧失，由此白白消耗大批的劳动工时，制约了生产效率的提升。在此重点阐释模具制品失效的常见原因及常见的失效类型。模具制品有多种失效模式，其中冷热型模具在使用过程造成功能丧失的几种主要表现是：在实际使用过程中模具结构产生塑性形变；模具工件内腔的摩擦损耗；模具材质疲劳；模具结构开裂。

1.1模具结构产生塑性形变

模具结构所产生的塑性形变就是指其所承受的负载大小超出了依照其本身结构特点所设定的屈服强度指标并由此引发的模具结构形态改变，比如模具发生胎腔内陷、孔眼增大、棱角边缘坍落以及凸型模转变成镦粗型结构、竖向发生弯曲情况等。特别是热加工型模具制品，它的有效工作表观层和高温型材料相接触产生摩擦及挤压过程，导致胎腔表观层温度一般都远远超出热加工模具钢材质的回火状态温度，胎腔内表面因为受热变软而被挤陷或挤成堆状。冷镦型模具主要采用具有弱淬透性能的钢材，模具工件经过淬火预热之后，通过里孔实施喷水降温作业从而形成硬型保护层。在模具工件使用过程中，倘若其受到的冷镦应力太强，其硬型表层下部的内壁耐压屈服性能不强，此时模具体内腔即被压坍。模具工质的本身屈服能力通常随着碳元素的组分浓度随着某类合金成分的增大而上升，在硬度性能一样的状态下，不同组分含量的钢材质具备的抗压能力不一样，当钢体硬度指标为64HRC时，下面4类钢质的耐屈服能力从小到大的排列顺序是：5CrNiW＜Cr6WV＜Cr12＜W18Cr4V。

1.2磨损型模具功能丧失

模具功能的磨损型失效主要表现如下：1）刃口变得钝化；2）棱角凸起因为磨平而变得圆滑；3）平面由于长期磨损而出现凹陷区域；4）表观层沟壑纵横；5）由于操作摩擦环节中，部分坯料体的金属杂质依附于模具结构的工作表面，造成薄型粘膜脱落；6）使用凸型模具时，润滑制剂燃烧之后转变成高压型气体，对凸型模表观层实施大幅度的冲刷过程，造成气体侵蚀现象发生。进行冷态冲压时，倘若其负载不重，其此时的磨损过程重点为氧化过程，并且其磨损过程亦可视为某类情形的啮合式磨损过程；在其刃口部位变得钝化或是冲压型负载很重时，啮合型磨损的状态必显得程度很重，从而让磨损过程加快。模具材料的抗磨性能不只决定于它的本身硬度，更决定于其中所含碳化物的品质、浓度、布局及总量。在模具制品本体所用的材料当中，现阶段高速型钢及高铬型钢的抗磨性能较强。然而这两类钢的组成成分中含有较高浓度的碳化物，如果存在偏析或者大粒径的碳化物，此类碳化物极易出现与本体相剥离进而脱落的现象，而且由此可引发磨粒型磨损情况的产生，由此导致磨损过程加速。和轻度冷加工模具材质（薄板型冲裁、拉伸处置、弯曲整形等）的冲击过程相比较，其载荷程度不重，基本是处于静型磨损状态。在静型磨损状态下，模具材料的含碳浓度高，抗磨性能强。在冲击型磨损状态下（必如冷镦型、冷态挤压型、热态锻打加工过程等），模具材料组成中过高的碳化物含量不利于增强它的抗磨性能，反之却可能造成冲击型磨粒式磨损，而减弱它的抗磨性能。

2模具失效的表现形式

2.1不合理的结构设计引起失效

不合理的结构设计主要包括尖锐转角和过大的截面变化，而且是造成模具早期失效的主要原因。尖锐转角使得模具应力高于平均应力10倍以上，过大的截面变化则造成应力集中。并且在模具的热处理淬火作业中，尖锐转角会引起残余拉应力，进而缩短模具寿命。实际应用中的预防措施为：保持凸模各部过渡的平缓圆滑，尽可能的避免任何刀痕，否则会引起强烈的应力集中。同时其直径与长度应符合相关要求。

2.2模具材质差引起失效

1）夹杂物过多引起失效。模具内部产生裂纹的主要原因是钢中的夹杂物，例如脆性氧化物和硅酸盐等夹杂物。它们在热压力加工中不会产生塑性变形，只会引起脆性的破裂而形成微裂纹。2）表面脱碳引起失效。热压力加工和退火时，由于加热温度过高以及保温时间过长，导致模具表面的钢材料脱碳。脱碳的钢材经过机械加工后，外部仍有可能残留脱碳层，模具内外层组织结构出现差异，造成导致淬火时组织转变不一致，最终产生裂纹。

3提高冷冲压模具使用寿命的主要措施

3.1冷冲模合理使用与保养

为了使模具能够正常生产，提高冲压件的质量，降低成本，延长模具的使用寿命，所以我们应该使用模具并合理维护它。这就要求我们在使用的过程中除了调整底部模具外，还需要注意冲模的深度。当模具安装在正确的安装方法，最后在模具被纠正弯曲，冷挤压，塑料这些过程，而且还应及时观察和打磨，抛光模具的边缘。如果长期使用模具，模具应密封，并妥善保管，以防止在使用过程中的问题后。在使用模具时，操作者应对模具的结构和性能做好，并应将多年的操作方法。还要检查设备是否正常。在使用模具时，操作人员应按照操作规程操作模具，还要检查模具的工作状态，一旦发生异常，立即进行维修。使用模具后，操作人员应按照正确的程序进行模具的拆卸和清洗，而模具必须及时防止生锈。

3.2模具结构优化设计

根据不同的模具结构，采用合理的导向方式，提高模具的使用寿命。模具结构参数的优化：结构参数的选择直接影响模具寿命。如冲裁间隙，应根据零件和材料的要求使用合理的冲裁间隙，过大或过小的冲裁间隙会增加模具磨损，降低使用寿命。提高模具结构设计的可靠性：在冲压生产中不会到位，动作不到位或误操作，损坏模具或降低模具使用寿命。如送料机构，卸荷，系统的顶部部分应具有足够的强度和刚度，动作灵活可靠。提高模具设计的合理性。模具工作过程中，如果模具的工作表面不是很光滑，但很粗糙，它会使模具损坏，这将逐渐降低其寿命。

3.3选择正确的冲压模具材料

为提高模具的使用寿命，正确的选择模具材料是很重要的。实际中，可根据被冲裁产品的批量大小来决定模具应该选择什么材质的材料。模具材料的选择应该视被冲压对象的特征而定，还有被冲压对象的质量要求也会影响模具材料的选择。在冷冲压模具当中首先了解模具结构，才能准确选择不同模板的钢材，选择工艺加工。在冷冲压中分很多种模具类型，根据生产批量、材料、精度不同在选择材料都是有区别的，对于一般模具选择模具钢材没有太多要求，选择最通用的就可以。如果是小批量生产，模具的材料选择可是一般的。而耐磨程度高、不易损坏、韧度高的高档模具材料适合大批量生产。

4结论

可以在模具的设计和制造中采取如下措施提高模具的质量和使用寿命：选取合格的材料，减少夹杂物；合理的设计模具结构，避免尖锐转角和截面变化；优化热处理工艺，妥善安排模具各零件的加工工艺路线；改善模具的工作条件。在实际生产中，相关人员要刻苦钻研，不断地采取新技术提高模具使用寿命，从而达到降低生产成本的目的。

参考文献：

[1]赵昌盛，居建村.模具材料的选用与使用寿命[J].模具制造，2003（10）.

[2]王平.提高冷冲压模具使用寿命的探析[J].科技信息，2011（34）.