模具壽命及提高模具壽命

1、模具壽命及提高模具壽命【摘要】:目前,模具是用來(lái)成型各種工業(yè)產(chǎn)品的一種重要工藝裝備,是機(jī)械制造工業(yè)成型毛坯或零件的一種手段。而模具壽命對(duì)模具工業(yè)發(fā)展的意義及其重大,故了解模具壽命,研究、模具壽命極其關(guān)鍵?！娟P(guān)鍵詞】:模具、壽命、失效、提高1 引言模具壽命的高低是衡量模具質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。它不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量,而且還影響著生產(chǎn)率和成本。隨著模具工業(yè)的發(fā)展,高質(zhì)量、高性能、高效率模具的大量應(yīng)用,模具的壽命逐漸引起世人的關(guān)注。過(guò)去由于受模具制造水平和社會(huì)需求的限制,大部分模具只是用來(lái)生產(chǎn)零件的毛坯或是精度不高、結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單的輕工產(chǎn)品及日常生活用品。傳統(tǒng)的模具材料和熱處理工藝的配合基本能滿足模具的性

2、能要求。在使用中模具出現(xiàn)了磨損、變形甚至微細(xì)的裂紋,由于不影響產(chǎn)品的精度要求,而沒(méi)有得到重視。再加上傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為模具本身就是成本昂貴的工具,由于生產(chǎn)制件的數(shù)量多,模具的成本平均在每一個(gè)制件上也只有幾分錢。所以模具成本高已被傳統(tǒng)觀念所接受,模具報(bào)廢之后只需重做一套即可。因此,沒(méi)有意識(shí)從模具壽命的角度對(duì)經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)行分析,故有很大的潛力需要我們?nèi)ネ诰颉?、模具壽命的基本概念2.1模具壽命的定義模具因?yàn)槟p或其他形式失效、終至不可修復(fù)而報(bào)廢之前所加工的產(chǎn)品的件數(shù),稱為模具的使用壽命,簡(jiǎn)稱模具壽命。模具的使用壽命并不期望無(wú)限長(zhǎng),只需要比模具成型制品的生產(chǎn)要求長(zhǎng)。因此在考慮模具的最佳使用壽命時(shí),應(yīng)將目標(biāo)

3、放在使單件制品獲得最低成本的基礎(chǔ)上。這樣的模具使用壽命對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)才有實(shí)際意義。2.2模具壽命與失效的術(shù)語(yǔ)定義1.制件報(bào)廢模具生產(chǎn)處的制品出現(xiàn)形狀、尺寸及表面質(zhì)量不符合其技術(shù)要求的現(xiàn)象而不能使用時(shí)稱制件報(bào)廢。大多數(shù)模具的壽命是有制品可用性決定。如果模具生產(chǎn)的制品報(bào)廢,則該模具就沒(méi)有使用價(jià)值了。2.模具服役模具安裝調(diào)試后,正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過(guò)程叫模具服役。模具的服役條件與安裝模具的機(jī)床類型、噸位、精度、成型次數(shù)、生產(chǎn)效率、被加工件大小、尺寸、材質(zhì)、變形抗力以及工件加熱條件、制件成型溫度、冷卻潤(rùn)滑條件等因素都有關(guān)系,因而模具的服役條件會(huì)有很大的不同。3.模具損傷模具在使用過(guò)程中,出現(xiàn)尺寸變化或微裂

4、紋、腐蝕等現(xiàn)象,但沒(méi)有立即喪失服役能力的狀態(tài)稱為模具損傷。模具在工作時(shí),不同部位承受不同的作用力和不同溫度變化,可能同時(shí)出現(xiàn)多種不同的損傷形式,各種損傷形式之間又會(huì)相互滲透、相互促進(jìn)、不斷積累。損傷是模具破壞的起源。損傷的積累可導(dǎo)致失效。4.模具失效模具首到損壞,不能通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)服役時(shí)稱為模具失效。其實(shí),模具失效是指一套模具完全不能再用,生產(chǎn)中一般指模具的主要工作零件不能再用。5.早期失效模具未達(dá)到一定工業(yè)技術(shù)水平公認(rèn)的使用壽命就不能服役時(shí),稱為模具的早期失效,也就是非正常失效。主要由模具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的缺陷引起的,失效的概率很高,且隨著模具使用期限的延長(zhǎng)而迅速降低。如果在交付使用前,能對(duì)

5、模具進(jìn)行可靠性試驗(yàn)或短時(shí)間的試用,及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,進(jìn)行補(bǔ)救,就能避免在正常服役時(shí)造成損失。6.正常失效模具經(jīng)大量的生產(chǎn)使用,因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役時(shí),稱為模具的正常失效。模具發(fā)現(xiàn)正常失效時(shí),已達(dá)到或超過(guò)模具預(yù)訂的壽命。由于工作條件的變化、操作者的使用水平、管理者的失誤等原因造成某些損傷,模具經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用后,由于使用損傷大量積累,致使模具發(fā)生失效。7.模具正常壽命模具正常失效前生產(chǎn)處的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為模具正常壽命。模具首次修復(fù)前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為首次壽命。模具一次修復(fù)后到下次修復(fù)前所生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目稱為修模壽命。模具壽命是首次壽命與各次修模壽命的總和

6、。隨著工業(yè)的發(fā)展,在機(jī)械、儀表、電子、輕工和國(guó)防工業(yè)中,國(guó)內(nèi)、外不斷涌現(xiàn)出高速、高效及高精度的塑性加工工藝,因而對(duì)模具壽命提出了更高的要求。在工業(yè)產(chǎn)品飛速發(fā)展帶動(dòng)模具工業(yè)快速發(fā)展的新時(shí)代,從模具發(fā)展的總趨勢(shì)可以看出,無(wú)論是模具的大型化、復(fù)雜化還是高精度、高效率,都依賴于模具壽命的提高。例如:通過(guò)現(xiàn)代的加工技術(shù)可以獲得高精度的模具型腔或型孔,但由于模具表面出現(xiàn)磨損,磨損量超過(guò)了制件的使用精度,使模具的壽命終結(jié)。還有大型和高效模具,由于受力大,易使模架、模板、復(fù)雜型腔及頂出桿等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)量的變形,造成模具無(wú)法正常工作而報(bào)廢,因此需要提高這些模具零件的受力性能。這些事實(shí)說(shuō)明提高模具壽命的研究對(duì)模具工

7、業(yè)發(fā)展意義重大。3、提高模具壽命3.1模具壽命的影響因素1.模具結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)對(duì)模具受力狀態(tài)的影響很大,合理的模具結(jié)構(gòu)能使模具工作時(shí)受力均勻,不易偏載,應(yīng)力集中小。模具種類繁多,形式差別很大,工作環(huán)境也不盡相同,下面從幾個(gè)具有共性的方面加以討論。圓角半徑圓角半徑分為外(凸圓角半徑和內(nèi)(凹圓角半徑。工作部位圓角半徑的大小,不僅對(duì)成形過(guò)程及成形件品質(zhì)有影響,也對(duì)模具的失效形式及壽命產(chǎn)生影響。模具結(jié)構(gòu)形式a.整體模具與鑲拼模具整體模具的凹圓角半徑很易造成應(yīng)力集中,并由此引起開(kāi)裂。b.模具的導(dǎo)向采用導(dǎo)向裝置的模具,能保證在模具中各相關(guān)零件相互位置的精度,增加模具抗彎曲、抗偏載的能力,避免模具不均勻磨損。

8、2.模具工作條件成形件的材料、溫度a.材質(zhì)成形件的材料有金屬和非金屬。一般來(lái)講,非金屬材料的強(qiáng)度低,所需的成形力小,模具受力小,模具壽命高。因此,金屬件成形模比非金屬成形模的壽命低。b.溫度在成形高溫工件時(shí),模具因接受熱量而升溫,隨著溫度的上升,模具的強(qiáng)度下降,易產(chǎn)生塑性變形。同時(shí),模具同工件接觸的表面與非接觸表面溫度差別很大,在模具中造成溫度應(yīng)力。設(shè)備特性a.設(shè)備的精度與剛度模具成形工件的力是由設(shè)備提供的,在成形過(guò)程中,設(shè)備因受力將產(chǎn)生彈性變形。b.速度設(shè)備對(duì)模具及工件的作用力是在一段時(shí)間內(nèi)逐漸增加的,設(shè)備速度影響施力過(guò)程。設(shè)備速度愈高,模具在單位時(shí)間內(nèi)受的沖擊力愈大(沖量大;時(shí)間愈短,沖擊

9、能量來(lái)不及傳遞和釋放,易集中在局部,造成局部應(yīng)力超過(guò)模具材料的屈服應(yīng)力或斷裂強(qiáng)度。因此,設(shè)備速度越高,模具越易斷裂或塑性變形失效。模具材料模具材料的成分、組織、質(zhì)量及性能對(duì)模具的承載能力、使用壽命及加工精度、制造成本等均有較大影響。選材不當(dāng),性能要求不合理,將導(dǎo)致模具的早期失效或者造成浪費(fèi)。因此,根據(jù)模具的工作條件合理選用模具材料,是保證模具既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵因素。模具制造a.模塊的鍛造模具材料主要采用高碳鋼或高碳高合金鋼。由于冶金技術(shù)的影響,這些材料不同程度地存在成分和組織的偏析、碳化物粗大不均勻、晶粒粗大等缺陷,使得鋼材的性能下降。因此,模塊采用鍛造工藝的目的主要是為了改善材料內(nèi)部

10、缺陷,獲得模塊所需要的內(nèi)部組織和使用性能,并使模塊獲得一定的形狀和尺寸。模塊毛坯的鍛造要經(jīng)歷加熱鍛打成型冷卻的工藝過(guò)程,每一個(gè)環(huán)節(jié)操作不當(dāng)都會(huì)產(chǎn)生新的缺陷影響毛坯質(zhì)量。b.模具零件的加工模具制造一般要經(jīng)過(guò)切削加工、磨削加工和電火花加工。這些加工中的質(zhì)量問(wèn)題,尤其是加工表面的質(zhì)量,也會(huì)顯著影響模具的耐磨性、斷裂抗力、疲勞強(qiáng)度及熱疲勞抗力等。c.模具熱處理缺陷熱處理工藝對(duì)模具材料的改性有著非常重要的作用,但一般的熱處理過(guò)程都會(huì)使材料產(chǎn)生各種缺陷,影響模具承載能力看,降低使用壽命。熱處理缺陷可以分為兩類,一類表現(xiàn)為對(duì)模具表面或內(nèi)部組織和性能的影響,這類缺陷一般都能采取相應(yīng)的技術(shù)措施處理解決。另一類缺

11、陷是引起模具的熱處理變形,這類缺陷影響模具的尺寸精度和位置形狀精度。為此,要耗費(fèi)大量工時(shí)對(duì)變形模具經(jīng)行校正和修磨后才能正常使用,當(dāng)變形程度超過(guò)模具零件尺寸或形狀變化的要求而導(dǎo)致無(wú)法校正時(shí),就造成模具的早期失效。模具維護(hù)和管理a.模具維護(hù)模具安裝在相應(yīng)設(shè)備上工作之前、工作之后和工作間隙停頓時(shí)的維護(hù)稱為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。需要預(yù)熱、間歇工作時(shí)的保溫、停工時(shí)的緩冷。模具從設(shè)備上拆下來(lái)的維修稱為非現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。需要去應(yīng)力退火、超前修模。b.模具的管理模具在制作和使用等過(guò)程中藥嚴(yán)格按要求進(jìn)行,生產(chǎn)中則指模具有安裝、調(diào)試、拆卸、運(yùn)行保管時(shí)要遵守規(guī)則,避免因認(rèn)為的疏忽而帶來(lái)模具的損傷。3.2如何提高模具壽命1.首先制件的

12、設(shè)計(jì)要合理,盡可能選用最好的結(jié)構(gòu)方案,制件的設(shè)計(jì)者要考慮到制件的技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)必須符合模具制造的工藝性和可行性。2.模具的設(shè)計(jì)是提高模具壽命的最重要的一步,需要考慮到很多因素,包括模具材料的選用,模具結(jié)構(gòu)的可使用性及安全性,模具零件的可加工性及模具維修的方便性,這些在設(shè)計(jì)之初應(yīng)盡量考慮得周全些。模具材料的選用既要滿足客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求,還需考慮到材料的成本及其在設(shè)定周期內(nèi)的強(qiáng)度,當(dāng)然還要根據(jù)模具的類型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素來(lái)選材。例如:沖裁模的主要失效形式是刃口磨損,就要選擇表面硬度高、耐磨性好的材料;沖壓模主要承受周期性載荷,易引起表面疲勞裂紋,導(dǎo)致表層剝落,那就要

13、選擇表面韌性好的材料;拉深模應(yīng)選擇磨擦系數(shù)特別低的材料;壓鑄模由于受到循環(huán)熱應(yīng)力作用,故應(yīng)選擇熱疲勞性強(qiáng)的材料;對(duì)于注塑模,當(dāng)塑件為ABs、PP、Pc之類材料時(shí),模具材料可選擇預(yù)硬調(diào)質(zhì)鋼,當(dāng)塑件為高光潔度、透明的材料時(shí),可選耐蝕不銹鋼,當(dāng)制品批量大時(shí),可選擇淬火回火鋼。另外還需要考慮采用與制件親和力較小的模具材料,以防粘模加劇模具零件的磨損,從而影響模具的質(zhì)量。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便,還要保證模具零件有足夠的強(qiáng)度和剛度;在模具結(jié)構(gòu)允許時(shí),模具零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓角過(guò)渡,以避免應(yīng)力集中;對(duì)于凹模、型腔及部分凸模、型芯,可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來(lái)消除應(yīng)力集中,細(xì)長(zhǎng)凸?；蛐托?/p>

14、,在結(jié)構(gòu)上需采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施;對(duì)于冷沖模,應(yīng)配置防止制件或廢料堵塞的裝置(如:彈頂銷、壓縮空氣等。與此同時(shí),還要考慮如何減少滑動(dòng)配合件及頻繁撞擊件在長(zhǎng)期使用中磨損所帶來(lái)的對(duì)模具質(zhì)量的影響。在設(shè)計(jì)中必須減少在維修某一零部件時(shí)需拆裝的范圍,特別是易損件更換時(shí),盡可能減少其拆裝范圍。3.模具的制造過(guò)程也是確保模具壽命的重要一環(huán),模具制造過(guò)程中的加工方法和加工精度也會(huì)影響到模具的使用壽命。各零部件的精度直接影響到模具整體裝配情況,除掉設(shè)備自身精度的影響外,則需通過(guò)改善零件的加工方法,提高鉗工在模具磨配過(guò)程中的技術(shù)水平,來(lái)提高模具零件的加工精度;若模具整體裝配效果達(dá)不到要求,則會(huì)在試模中讓模具在不正常

15、狀態(tài)下動(dòng)作的幾率提高,對(duì)模具的總體壽命將會(huì)有很大影響。因此,為保證模具具有良好的原始精度一原始的模具質(zhì)量,在制造過(guò)程中首先要合理選擇高精度的加工方法,如電火花、線切割、數(shù)控加工等等,同時(shí)應(yīng)注意模具的精度檢查,包括模具零件的加工精度、裝配精度及通過(guò)試模驗(yàn)收工作綜合檢查模具的精度,在檢查時(shí)還需盡量選用高精度的測(cè)量?jī)x器,對(duì)于那些成形表面曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件,若用普通的直尺、游標(biāo)卡就無(wú)法達(dá)到精確的測(cè)量數(shù)據(jù),這時(shí)就需選用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x之類的精密測(cè)量設(shè)備,來(lái)確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。4.對(duì)模具主要成形零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化,以提高模具零件表面耐磨性,從而更好地提高模具壽命。對(duì)于表面強(qiáng)化,要根據(jù)不同用途的模具,選用

16、不同的強(qiáng)化方法。例如:沖裁模可采用電火花強(qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊等,以提高模具零件表層的耐磨性和抗壓強(qiáng)度;壓鑄模、塑料模等熱加工模具鋼零件可采用滲氮(硬氮化處理,以提高零件的耐磨性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性;拉深模、彎曲?？刹捎脻B硫處理,以減少摩擦系數(shù),提高材料的耐磨性;碳氮共滲(軟氮化可應(yīng)用于各類模具的表面強(qiáng)化處理。另外,近幾年發(fā)展起來(lái)的一種稱為FcV A真空鍍金剛石膜技術(shù),能在零件表層形成一層與基體結(jié)合異常牢固又十分光滑均勻密實(shí)的保護(hù)膜,這種技術(shù)特別適合于模具表面保護(hù)性處理,也是提高模具質(zhì)量的一種效果顯著的方法。當(dāng)然,如果制件屬試制產(chǎn)品或生產(chǎn)批量相當(dāng)小的話,就不一定非要進(jìn)行模具零件的表面強(qiáng)化處理。5

17、.模具的正確使用與維護(hù),也是提高模具質(zhì)量的一大因素。例如:模具的安裝調(diào)試方式應(yīng)恰當(dāng),在有熱流道的情況下,電源接線要正確,冷卻水路要滿足設(shè)計(jì)要求,模具在生產(chǎn)中注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、壓力機(jī)的參數(shù)需與設(shè)計(jì)要求相符合等等。在正確使用模具時(shí),還需對(duì)模具進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng),模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套及其他有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位應(yīng)經(jīng)常加注潤(rùn)滑油,對(duì)于鍛模、塑料模、壓鑄模之類模具在每模成形前都應(yīng)將潤(rùn)滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。對(duì)模具進(jìn)行有計(jì)劃的防護(hù)性維護(hù),并通過(guò)維護(hù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理,則可預(yù)防模具在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,還可提高維修工作效率?？傊?要想提高模具的壽命,首先必須每個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到對(duì)模具壽命的影響,其次還須通過(guò)各部門的

18、通力合作。模具的質(zhì)量是模具企業(yè)自身實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。4、結(jié)論模具的質(zhì)量,無(wú)論是模具的設(shè)計(jì)者和制造者、制件的設(shè)計(jì)者,還是模具的使用者都應(yīng)積極關(guān)心的問(wèn)題,隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新、新材料的廣泛采用、加工工藝的不斷變革,使用與維護(hù)條件的差異等等都不同程度的影響模具的壽命?！澳＞邏勖钡纳婕懊婧軓V泛,相當(dāng)復(fù)雜,提高模具壽命的方法有多種,途徑也很多,本文僅進(jìn)行了略作闡述,對(duì)模具壽命有了更廣泛、更深刻的認(rèn)識(shí)。致謝在這里,要感謝可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助,在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!老師們高尚的品德、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、淵博的知識(shí)和平易近人的待人態(tài)度對(duì)我的學(xué)習(xí)、做人都有很大的啟示和幫助,他們的教誨將使我終身受益。同時(shí)衷心感謝身邊的朋友們,學(xué)會(huì)了對(duì)待學(xué)習(xí)和人生應(yīng)有的態(tài)度。同時(shí),還要感謝我的同班同學(xué)們,同他們的相互討論與交流使我不斷產(chǎn)生新的靈感,使文章內(nèi)容更加豐富。這一切都使我們彼此間的情誼更加深厚,愉快地度過(guò)了大學(xué)的最后時(shí)光,這將會(huì)成為我最為難忘的回憶。感謝和我一起生活了三年的同學(xué)們,他們?cè)谏钌详P(guān)懷過(guò)我,在學(xué)習(xí)上幫助過(guò)我。真心致謝!班級(jí)：10 材控一班 學(xué)號(hào)：10101210197 姓名：王曉威 參考文獻(xiàn) 1程培源 模具壽命與材料 機(jī)械工業(yè)出版社