模具寿命的寿命及影响因素分析

第四章模具寿命的影响因素1.模具结构2.模具工作条件3.模具材料4.模具制造5.模具热处理与表面强化6.模具维护和管理第一节模具结构1.模具型腔过渡圆角半径的影响凸的圆角半径r------对工艺影响大。r过小，板料拉深中成形力增加；在模锻中，造成锻件折叠缺陷。凹的圆角半径R-----对模具的寿命影响大。R小，在圆角半径处产生较大应力集中，易萌生裂纹，导致断裂；大的R使模具受力均匀，不易产生裂纹。2.模具几何现状的影响3.模具结构形式整体模具结构与组合模具结构模具的导向采用预应力加强环第二节模具工作条件1.成形件的材质、状态、温度金属件，强度高，模具受力大，模具寿命低；非金属材料、流体材料，强度低，模具受力小，模具寿命高；坯料与模具的亲合力愈大，模具寿命愈低；成形有色金属件的模具比成形黑色金属件的模具，强度低，模具受力小，模具寿命高；坯料表面光滑，冲头受力均匀，寿命较高坯料温度愈高，模具寿命愈低。冲压冷轧钢板寿命3万件冲压热轧钢板寿命1.7万件2.成形设备的特性模具运动部分导向精度高、刚度大，模具磨损均匀，模具寿命高。a.设备的精度与刚度b.设备的速度设备的速度愈高，模具越易断裂或塑性变形失效。注塑机、机械压力机、模锻锤寿命依次下降液压机、曲柄压力机、螺旋压力机、锤、高速锤寿命依次下降2.成形过程中的润滑与冷却不锈钢表壳挤光模：机油润滑寿命80件二硫化钼配制油剂润滑寿命1万件热强钢叶片精锻模：3Cr2W8V钢制作的压铸模：不用涂料150次3次刷一次350次1次刷一次700次冷却方式：内冷和外冷第三节模具材料1.材料的类别类别对模具的使用性能影响很大。某冲裁模9Mn2V5万余次Cr12MoV40多万次2.硬度T10钢制作的硅钢片冲裁模：53～56HRC几千次60～63HRC刃磨寿命2～3万次硬度继续提高模具出现早期断裂Cr12MoV钢制造的六角螺母冷镦模：56～60HRC2～3万件50～56HRC6～8万件3.冶金质量4.模具材料的性能使用性能和工艺性能模具的工作条件：a.室温冲击力较小工况强度愈高，硬度愈高，耐磨性愈好，寿命愈高（冲裁模、拉深模）b.室温冲击力较大工况强度愈高，耐磨性愈好，韧性愈好，寿命愈高c.高温下冲击力较小的工况需要高温强度，高温耐磨性，耐冷热疲劳性，热硬度，热疲劳性，适当的冲击韧度。（冷镦模、冷挤模）（曲柄压力机的锻模）d.高温下冲击力较大的工况需要高温韧性，合适的高温强度、耐冷热疲劳性、热硬性。（锤锻模、高速锤锻模）第四节模具制造1.锻造工艺对模具寿命的影响锻造的目的：a.使钢材达到模具毛坯的尺寸及规格b.改善模具钢的组织和性能，使大块碳化物破碎，获得均匀分布状态c.改善模具金属纤维的方向性，使流线合理分布d.消除或减轻冶金缺陷如焊合气孔、提高钢的致密度材料为Cr12的冷冲模：毛坯尺寸Φ90mm，共晶碳化物5级，不经改锻，由轧材直接车削加工，寿命为数件至数十件，最高达3000件；改用Φ60mm棒料，经镦粗制成Φ90mm，共晶碳化物3～4级，寿命8000件以上。2.制造工艺对模具寿命的影响a.车削中的刀痕型腔或凸模圆角部分，因进刀太深而留下局部刀痕，造成严重应力集中（Cr12MoV制造的冷冲凸模，铆钉模）预防措施：在零件粗加工的最后一道切削时应尽量减小进给量，避免留下粗刀痕，防止出现不正常的折断失效。b.磨削加工对模具型腔表面进行研磨时，由于磨削速度过大，冷却条件差等因素会导致磨削表面过热，引起表面软化、硬度降低，易产生磨削裂纹，导致模具早期失效。（Cr12MoV制造的压制瓷砖用的模具）预防措施：采用切削力强的粗颗粒砂轮或粘接性较差的砂轮；减小磨削工件的进给量；选用合适的冷却剂；磨削后采用消除磨削压应力回火。c.电加工对模具进行电加工时，由于产生大量的热，将被加工部位加热到很高温度，在最表层发生熔融，然后激冷并凝固，形成白亮层。预防措施：用机械加工方法去除白亮层及其中微裂纹；电加工后进行一次低温回火，减轻电火花加工层的脆性，防止裂纹扩展。d.表面粗粗度及脱碳层降低模具型腔表面粗糙度值：减少成形坯料的流动阻力，降低模具型腔表面的磨损量；可以减小刀痕、电加工熔斑等表面缺陷和产生裂纹的倾向，提高模具使用寿命。6Cr3VSi制造的冷挤压模具：粗糙度为Ra6.3～3.2um时，3万次左右粗糙度为Ra0.8～0.4um时，4.5～5万次e.模具的装配精度调整模具安装后的间隙量及均匀性，减少磨损量，提高寿命。第五节模具热处理与表面强化模具热处理包括预备热处理和最终热处理。预备热处理：正火、高温回火、球化退火、调质处理等。最终热处理：淬火、回火、表面强化处理等。热处理的目的：模具通过热处理获得所需的组织和性能，保证在正常服役条件具有一定的使用寿命。热处理的关键：加热温度的选择、冷却速度或等温温度的选择。淬火加热温度过高：会引起钢中晶粒长大，从而使冲击韧度下降，导致模具开裂及脆断。淬火加热温度过低：不能保证有足够的合金元素固溶于基体，就会降低钢的高温强度、组织稳定性及冷热疲劳抗力，使模具容易产生塑性变形或压塌等早期失效形式。淬火冷却速度过快或油温过低：容易出现淬火裂纹，缩短疲劳寿命，甚至引发早期断裂。淬火时的保护或盐浴炉脱氧如果不当，会引起表面脱碳（脱碳层强度低、耐磨性差、易产生微裂纹）。模具回火：必须充分，否则在模具中残留较大淬火应力、降低模具韧性，容易发生早期断裂。机锻模和锤锻模Cr12MoV制造的录音机机芯冷冲模：常规热处理，使用寿命10万次调质和真空热处理，使用寿命25万次模具零件的表面强化：可以改善模具材料的表面特性，获得硬度、耐磨性、韧性、抗疲劳强度等性能指标的良好配合，得到“外硬里韧”的效果。第六节模具维护和管理一、模具维护1.现场维护模具安装在相应设备上工作之前、工作之后和工作间隙停顿时的维护称为现场维护。a.预热目的：降低热作模具使用时的热冲击；提高模具工作时的断裂韧度。压铸T8钢肋骨的经渗铝的3Cr2W8V压铸模：使用前不预热，产生大量裂纹，模具寿命为509件；模具预热至300℃，并在模腔上喷涂经加热的石墨水剂，使模具温度一直保持在260～300℃时，模具寿命为1190件。b.间歇工作时的保温停工时，必须对模具进行保温，减小模具经受的热冲击。（250～300℃）c.停工时缓冷模具服役后，隔天再用或为了维修拆下前，不能让模具直接冷到室温，必须缓冷，使模具的温度缓慢下降，减小“冷冲击”。2.非现场维护模具从设备上拆下来的维修称非现场维护。当模具使用一段时间后，将模具卸下，进行去应力退火，降低模具中的内应力。a.去应力退火b.超前修模模具服役一段时间（仍能正常服役）后，为提高模具总寿命，把模具拆卸下来修理称为超前修模二、模具的管理模具的管理广义上讲，是指模具在制造和使用等过程中要严格按规程要求进行。生产中则指模具在安装、调试、拆卸、运行、管时要遵守规则，避免因人为的疏忽而带来模具的损伤。模具安装前，应检查模具技术状态是否完好，并把设备调到正确的位置，安装时严格按照装模顺序进行，并把模具装在正确位置后固紧。使用过程中随时清除杂物并定期检查模具的紧固件是否有松动。如松动，应及时固紧。模具进库保管时，应在滑动表面及某些防锈部位涂上润滑油；其他部位涂漆。思考题：1.试说明模具材料对模具使用性能及使用寿命的影响？2.影响模具寿命的主要因素有哪些？