4-1模具寿命影响（1）

null第四章 模具寿命的 影响因素第四章 模具寿命的 影响因素主要内容主要内容模具结构 模具工作条件 模具材料性能 模具制造 热处理工艺 模具维护和管理 模具寿命的影响因素和失效形式模具寿命的影响因素和失效形式nullnull第一节 模具结构 意义：不断改进与优化结构设计是提高模具寿命最经济有效的方法。 作用：对模具受力状态影响很大 null优化目的： ①工作时受力均匀； ②应力集中小； ③不易受偏载 。优化内容： ① 圆角半径； ② 几何形状； ③ 模具结构形式。 优化内容： ① 圆角半径； ② 几何形状； ③ 模具结构形式。 一、圆角半径一、圆角半径外（凸）圆角半径r 内（凹）圆角半径R（一）工作部位的圆角半径对工艺及成形件质量、模具的失效形式及寿命影响较大。 （一）工作部位的圆角半径null1.凸的圆角半径对工艺影响大 过小的凸圆角半径 在板料拉深中增加成形力 在模锻中，易造成折叠缺陷 null但凹模r过大→材料易起皱。null凸模r过小：危险断面材料严重变薄甚至拉裂； 凸模r过大：会使坯料悬空部分增大，容易产生“内起皱”。null2.凹的圆角半径对模具的寿命影响较大 2.凹的圆角半径对模具的寿命影响较大 小的凹圆角半径→使局部受力恶化产生较大的应力集中 → 易萌生裂纹→导致断裂冷冲凹模外形 冷冲凹模外形 挤压凸模开裂部位裂纹形貌 挤压凸模开裂部位裂纹形貌 内（凹）圆角半径对模具寿命的影响内（凹）圆角半径对模具寿命的影响1.5万3万例 冷挤压模例 冷挤压模园角过渡例 热锻模例 热锻模过载，软化变形R=20mm寿命提高一倍例 例 锤用模具的工作条件比较恶劣： 速度很高,模具受反复的冲击载荷； 受有强烈的摩擦力,再加冷热交变作用。400~500件就开裂报废1700~1800件改变了剪应力分布及应力流线,从而降低了应力集中null2万件6万件磨去刨削刀纹， 鉴子均匀敲打一遍“C”套凹模直角处开裂形貌 “C”套凹模直角处开裂形貌 “R”直角处裂纹分布形貌“R”直角处裂纹分布形貌使用中应力集中引发的胀裂 热锻模热锻模模腔外圆角半径过小→模锻工作条件恶化→锻模易于磨损。 R由1mm增大到5mm时，最大比较应力可减少近40%，显著地提高模具寿命。 null热锻模的内圆角半径也要合理选择： 大的圆角半径使模具的受力均 匀，不易产生裂纹。 内圆角半径值可按： R =（2～3．5）r 选取。 （r为外圆角半径）（二）非工作部位凹的圆角半径 （二）非工作部位凹的圆角半径 在使用过程中造成应力集中； 使抗偏载、抗冲击的能力降低。 圆角半径过小 二、几何形状 二、几何形状 影响坯料的流动与成形力。例、挤压凹模的角度对挤压力影响 正挤压； 15钢。 nullnull截面相差较大时，存在一个最佳凹模角度α； 截面相差较小时，挤压力随凹模角度α增加而增大。☞例 变薄拉深凹模的锥角α对拉深力及 模具寿命影响 ☞例 变薄拉深凹模的锥角α对拉深力及 模具寿命影响 当变形比t。/t 及摩擦系数μ一定时，凹模锥角的最佳取值为：在此值下，模具承受的力最小，寿命最高。挤压变形量过大引起的凸模碎裂挤压变形量过大引起的凸模碎裂有色金属挤压可采用大的变形程度：纯铝 95％ 紫铜 90％例 反挤压冲头形式对挤压力的影响例 反挤压冲头形式对挤压力的影响☞ null练习：根据下图，说明反挤压冲头形状对模具寿命的影响？null当顶端斜角为270-450时，挤压力降低20%； 顶端斜角不宜过大，否则产生偏载或弯曲折断。null练习：根据下图，说明模锻斜角及圆角半径对底部最大比较应力的影响 ？☞模锻斜角及圆角半径对底部最大比较应力的影响 圆角半径r越大，模具底部承受的挤压力越小。 模锻斜角β越大，模具底部承受的挤压力越小。☞模锻斜角及圆角半径对底部最大比较应力的影响 null某连杆锻模，当拔模斜度β由70 改为100后，模具寿命由3000件提高到5000件。三、模具结构形式 三、模具结构形式 （一）整体模具与组合模具 整体模具：不可避免的存在凹的圆角半径，很易造成应力集中，并由此引起开裂。 冷作模具：塑性低，对应力集中敏感。null折断心轴凸模的组合形式凸模的组合形式null例 冷挤压模具结构的改进例 冷挤压模具结构的改进凸、凹模易开裂nullnull空心镶块的分割结构null练习：改进下列凹模结构，避免开裂？nullnull塑料注射模防止侧向弯曲过载细型芯、侧进料null20～30万件工作腔崩裂组合模具设计原则组合模具设计原则层与层的分界面选在应力集中处； 模具内腔处于预压应力状态。采用预应力加强环 采用预应力加强环 产生预切向压应力，降低成形过程中的拉应力峰值； 层数越多，寿命越高。 （二）模具的导向 （二）模具的导向 模具导向精度愈高，模具寿命愈高。 作用 增加模具抗弯曲、抗偏载的能力； 避免模具不均匀磨损； 避免冲头与凹模间互相啃伤极为有效。 电池壳冲模断裂 电池壳冲模断裂 断裂冲模宏观断口形貌 局部的点接触位移，并由摩擦产生高温，在这种环境下，冲模还在不断地往返作大能量的拉-压运动，使这局部表层金属不断地产生粘着和撕裂形成疲劳源. null在2mm厚的08钢板上冲裁M3螺母的冲裁模。 模具材料TIO，硬度55～59HRC。 无导向板 加导向板 冲头的平均寿命＝778件 冲头的平均寿命＝3．85万件 null冲压模、注塑模的模具寿命与锤锻模哪个高？为什么？第二节 模具工作条件第二节 模具工作条件一、成形件的材质、温度 （一）成形材质 null★工件与模具的亲合力愈大 模具寿命愈低 产生粘着磨损 null坯料的表面状态：愈粗糙、寿命愈低 例 如某冲压件 采用冷轧钢板，模具寿命3万件； 采用热轧钢板，寿命只有1.7万件。 ☞ （二）温度 （二）温度 影响模具材料强度、模具与工件的接触面的情况。 null模具与工件的接触面的情况 模具与工件的接触面的情况 疲劳磨损及断裂 接触的表面与非接触表面温度差很大 温度应力 间断接触造成连续不断的热冲击 模具与工件表面原子活性增加 粘着磨损 氧化磨损 null坯料温度愈高，模具材料强度下降越厉害，温度应力及热冲击愈大，模具寿命愈低。 ☞ 二、设备特性 二、设备特性 （一）设备的精度与刚度 1.运动部分的导向精度： 精度高→上、下模不易错移，不易出现附加的横向载荷和转矩， 模具磨损均匀，模具寿命高。 null2. 设备的刚度大，弹性变形小，模具上、下模可较好地保证正确的配合状态 2. 设备的刚度大，弹性变形小，模具上、下模可较好地保证正确的配合状态 开式压力机 C型框架，易产生变形； 模具的工作间隙发生变化→加速模具的不均匀磨损，模具寿命低。 null闭式压力机 封闭框架设备的弹性变形是对称的； 模具寿命比开式高； 使用高精度、高刚件压力机，可使冲模寿命提高3～10倍。3.设备成形过程中的弹性变形 3.设备成形过程中的弹性变形 造成上、下模的瞬时抖动； 模具的不均匀磨损。 精密冲裁冲裁力≤设备吨位的50%， 普通冲裁冲裁力≤设备吨位的80%。解决方法：（二）速度 （二）速度 影响施力过程。 设备速度越高，模具越易断裂或塑性变形失效。 三、润滑与冷却 三、润滑与冷却 （一）润滑减少模具与工件的直接接触， 减少磨损， 降低成形力， 阻碍坯料向模具传热， 降低模具温度。 1.提高模具寿命有利方面 null拉深中润滑毛坯与凹模接触面。 模锻时，润滑模膛。 ☞ 例☆润滑的效果也因采用的润滑剂及方式不同而异。 不锈钢表壳挤光模 机油 80件 二硫化铝加油剂 1万件 例 3Cr2W8V压铸模例 3Cr2W8V压铸模压铸20钢 不用涂料 →150 压铸3次刷一次涂料 →350 压铸一次即刷一次 →7002.不适当部位的润滑对工艺及模具有害2.不适当部位的润滑对工艺及模具有害拉深中润滑工件与凸模的接触面； 模锻时润滑毛边槽桥部等都会使工艺难进行； 润滑剂燃烧后，转化成高压气体，会使模具表面产生气蚀磨损。 （二）冷却 （二）冷却 内冷 缓和，模具温差小，冷却效果好； 模具寿命高； 模具结构复杂。 null外冷 效果显著，但模具内外温差大； 且模具表面经受较大的急热急冷，易产生疲劳磨损或疲劳断裂； 介质燃烧，形成高温高压气体 →气蚀； 模具寿命低。冷却和润滑冷却和润滑外冷通常和润滑相结合： 使模具表面降温； 阻碍热坯料和模具间的传热。