模具壽命與模具結構設計

模具壽命是一定時期內模具設計、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水平的綜合反映。模具壽命的高低在一定程度上反映一個國家、一個地區的冶金工業、機械制造工業的水平。

模具壽命指在保證制件品質的前提下，能成形出制件的模具工作次數。如一模1腔的模具壽命為10萬次時，表示可以生產10萬個合格制件，一模4腔的模具壽命為10萬次時，表示可以生產40萬個合格制件。它包括反復刃磨和更換易損件，直至模具的主要部分更換所成形的合格制件總數。一般工廠在實際運用中，往往以再次維修所需要的費用達到重新制作費用的約1／3～1／2時，就判定該模具已經失效，這時再進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)是指模具未達到本行業公認的壽命時就不能服役。正常失效是指模具經大批量生產使用后，因緩慢塑性變形或較均勻的磨損或疲勞斷裂而不能繼續服役。盡管模具種類繁多，工作狀態差別很大，損壞部位也各異，但依據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運動，接觸表面逐漸失去物質的現象；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)塑性變形是當模具的某個部位的應力超過了當時溫度下模具材料的屈服極限時，就會以晶格滑移、孿晶、晶界滑移等方式產生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復再服役，表現為鐓粗、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程。

模具的使用壽命與模具設計水平、模具結構、模具材料熱處理、選材、機械加工工藝、模具滑潤等因素有關。根據有關人員對大量失效模具的分析統計，在引起模具失效的各種因素中，由于模具結構不合理而引起模具失效的約占２５％，因此，設計合理的模具結構，對提高模具的質量和使用壽命將起到事半功倍的作用。合理的模具結構設計應使模具工作時受力均勻，不易偏載，應力集中小。

無論何種模具，模架應有良好的剛性，模板不宜太薄，在工作機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度要求，更要著重考慮模架的剛度。從進口的大型模具來看，國產模具普遍存在模板偏薄的現象，其主要原因是對模架剛性的認識不足。

對多工位模具來說，2根導柱導向通常很難保證導向精度的要求，應該采用4根導柱導向，大型的模具要考慮采用6根導柱導向。當采用多根導柱導向時，相關零件的位置精度要特別重視。

對模具的成型工作部分來說，工作部位圓角半徑的大小，不僅對成形過程及制件品質有影響，也對模具的失效形式及壽命產生影響，在滿足制品要求的前提下，盡量加大工作部位過渡圓角半徑，這對增加模具的壽命會收到意想不到的效果。對無法加大圓角半徑的場合和結構復雜的凹模，可以考慮采用鑲拼結構，這樣也可減少應力集中。

對于沖壓模具，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，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。

多工位高速級進沖壓模要注意廢料回跳的問題，在結構上增加相應措施，以免在高速沖壓時由于瞬時真空效應而產生微小廢料回跳現象，使得廢料進入工作區域而使凸模刃口崩裂。

對于高溫模具如熱鍛模具，在結構設計中散熱和冷卻是不可忽視的問題，應避免局部溫度過高，使得模具材料產生塑性變形。