谈模具寿命与模具结构设计

主任

模具寿命指在保证制件品质的前提下，能成形出制件的模具工作次数。如1模1腔的模具寿命为10万次时，表示可以生产10万个合格制件；1模4腔的模具寿命为10万次时，表示可以生产40万个合格制件。它包括反复刃磨和更换易损件，直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。
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一般工厂在实际运用中，往往以再次维修所需要的费用达到重新制作费用的约1/3-1/2时，就判定该模具已经失效，这时再进行维修往往得不偿失。

模具的失效分为非正常失效和正常失效。
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非正常失效（早期失效）是指模具未达到本行业公认的寿命时就不能服役。

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正常失效是指模具经大批量生产使用后，因缓慢塑性变形或较均匀的磨损或疲劳断裂而不能继续服役。尽管模具种类繁多，工作状态差别很大，损坏部位也各异，但依据失效形式可分为三种：即磨损失效、断裂失效和塑性变形失效。

磨损是由于表面的相对运动，接触表面逐渐失去物质的现象；断裂可分为塑性断裂和脆性断裂，脆性断裂又可分为一次性断裂和疲劳断裂；塑性变形是当模具的某个部位的应力超过了当时温度下模具材料的屈服极限时，就会以晶格滑移、孪晶、晶界滑移等方式产生塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而且不能修复再服役，表现为镦粗、弯曲、形腔胀大、塌陷等。模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程。

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模具的使用寿命与模具设计水平、模具结构、模具材料热处理、选材、机械加工工艺、模具滑润等因素有关。根据有关人员对大量失效模具的分析统计，在引起模具失效的各种因素中，由于模具结构不合理而引起模具失效的约占25％，因此，设计合理的模具结构，对提高模具的质量和使用寿命将起到事半功倍的作用。合理的模具结构设计应使模具工作时受力均匀，不易偏载，应力集中小。

无论何种模具，模架应有良好的刚性，模板不宜太薄，在工作机械空间足够的情况下要尽量增加厚度，不但要满足模架的强度要求，更要着重考虑模架的刚度。从进口的大型模具来看，国产模具普遍存在模板偏薄的现象，其主要原因是对模架刚性的认识不足。

对多工位模具来说，2根导柱导向通常很难保证导向精度的要求，应该采用4根导柱导向，大型的模具要考虑采用6根导柱导向。当采用多根导柱导向时，相关零件的位置精度要特别重视。

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对模具的成型工作部分来说，工作部位圆角半径的大小，不仅对成形过程及制件品质有影响，也对模具的失效形式及寿命产生影响，在满足制品要求的前提下，尽量加大工作部位过渡圆角半径，这对增加模具的寿命会收到意想不到的效果。对无法加大圆角半径的场合和结构复杂的凹模，可以考虑采用镶拼结构，这样也可减少应力集中。

对于冲压模具，在保证制件尺寸精度的前提下，合理增大凸、凹模的间隙，以改善凸模工作部分的受力状态，使冲裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨损减少，从而提高模具寿命。

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多工位高速级进冲压模要注意废料回跳的问题，在结构上增加相应措施，以免在高速冲压时由于瞬时真空效应而产生微小废料回跳现象，使得废料进入工作区域而使凸模刃口崩裂。

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对于高温模具如热锻模具，在结构设计中散热和冷却是不可忽视的问题，应避免局部温度过高，使得模具材料产生塑性变形。

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