模具壽命

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）是指模具未達到一定的工業水平下公認的壽命時就不能服役。早期失效的形式有塑性變形、斷裂、局部嚴重磨損等。正常失效是指模具經大批量生產使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續服役。

模具正常失效前，生產出的合格產品的數目，叫模具正常壽命，簡稱模具壽命，模具首次修復前生產出的合格產品的數目，叫首次壽命；模具一次修復後到下一次修復前所生產出的合格產品的數目，叫修模壽命。模具壽命是首次壽命與各次修復壽命的總和。

模具壽命與模具類形和結構有關，它是一定時期內模具材料性能、模具設計與製造水平。模具熱處理水平以及使用及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地區、一個國家的冶金工業、機械製造工業水平 ^[1]  。

模具種類繁多，工作狀態差別很大，損壞部位也各異，但失效形式歸納起來大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。

（1）磨損失效

模具在服役時，與成形坯料接觸，產生相對運動。由於表面的相對運動，接觸表面逐漸失去物質的現象叫磨損。磨損失效可分為以下幾種：

1）疲勞磨損：兩接觸表面相對運動時，在循環應力（機械應力與熱應力）的作用下，使表面金屬疲勞脱落的現象稱為疲勞磨損。

2）氣蝕磨損和沖蝕磨損：氣蝕磨損金屬表面的氣泡破裂，產生瞬間的衝擊和高温，使模具表面形成微小麻點和凹坑的現象叫氣蝕磨損。沖蝕磨損液體和固體微小顆粒反覆高速衝擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點和凹坑的現象叫沖蝕磨損。

3）磨蝕磨損：在摩擦過程中，模具表面和周圍介質發生化學或電化學反應，再加上摩擦力的機械作用，引起表面材料脱落的現象叫磨蝕磨損。

4）磨損的交互作用摩擦磨損情況很複雜，在一定的工況下模具與工件（或坯料）相對運動中，磨損一般不只是以一種形式存在，往往是以多種形式並存，並相互影響。

（2）斷裂失效

模具出現大裂紋或分離為兩部分和數部分喪失服役能力時，成為斷裂失效。斷裂可分為塑性斷裂和脆性斷裂。模具材料多為中、高強度鋼，斷裂的形式多為脆性斷裂。脆性斷裂又可分為一次性斷裂和疲勞斷裂。

（3）塑性變形失效

塑料模具在服役時承受很大的應力，而且不均勻。當模具的某個部位的應力超過了當時温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時，叫塑性變形失效。塑性變形的失效形式表現為鐓粗、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。是否產生塑性變形，起主導作用的是機械負荷以及模具的室温強度。在高温下服役的模具，是否產生塑性變形，主要取決於模具的工作温度和模具材料的高温強度 ^[1]  。

（1）模具結構的影響

模具結構對模具受力狀態的影響很大，合理的模具結構能使模具工作時受力均勻，不易偏載，應力集中小。模具種類繁多，形式差別很大，工作環境也不盡相同，下面從幾個具有共性的方面加以討論。

1）圓角半徑圓角半徑分為外（凸）圓角半徑和內（凹）圓角半徑。工作部位圓角半徑的大小，不僅對成形過程及成形件品質有影響，也對模具的失效形式及壽命產生影響。

2）模具結構形式

①整體模具與鑲拼模具整體模具的凹圓角半徑很易造成應力集中，並由此引起開裂。

②模具的導向採用導向裝置的模具，能保證在模具中各相關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。

（2）模具工作條件的影響

1）成形件的材料、温度

①材質成形件的材料有金屬和非金屬。一般來講，非金屬材料的強度低，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。

②温度在成形高温工件時，模具因接受熱量而升温，隨着温度的上升，模具的強度下降，易產生塑性變形。同時，模具同工件接觸的表面與非接觸表面温度差別很大，在模具中造成温度應力。

2）設備特性

①設備的精度與剛度模具成形工件的力是由設備提供的，在成形過程中，設備因受力將產生彈性變形。

②速度設備對模具及工件的作用力是在一段時間內逐漸增加的，設備速度影響施力過程。設備速度愈高，模具在單位時間內受的衝擊力愈大（衝量大）；時間愈短，衝擊能量來不及傳遞和釋放，易集中在局部，造成局部應力超過模具材料的屈服應力或斷裂強度。因此，設備速度越高，模具越易斷裂或塑性變形失效。

3）潤滑

潤滑模具與坯料的相對運動表面，可減少模具與坯料的直接接觸，減少磨損，降低成形力。同時，潤滑劑還能在一定程度上阻礙坯料向模具傳熱，降低模具温度，對提高模具壽命都是有利的。

（3）模具材料性能的影響

模具材料的性能對模具的壽命影響較大，這些性能包括：強度、衝擊韌度、耐磨性、耐蝕性、硬度、熱穩定性和耐熱疲勞性。

（4）模具製造過程的影響

1）在模塊鍛造時，模塊加熱和冷卻所帶來的內外温差會產生温差應力；鐓粗、衝孔和擴孔等過程如技術參數選擇不當易使鍛坯開裂。此外，當鍛比超過一定值後，由於形成纖維組織，橫向力學性能急劇下降，導致各向異性。

2）在模具的電加工中，會出現不同程度的變質層，此外由於局部驟熱和驟冷，還容易形成殘餘應力和龜裂。

3）模具的熱處理

模具熱處理安排在模塊鍛造、粗加工之後，幾乎是模具加工的最終工序。模具材料的選用及熱處理工序的確定對模具性能的影響極大 ^[1]  。

（1）目的：使設備能保持最佳的性能狀態和延長使用壽命，確保生產的正常進行。

（2） 適用範圍：適用模具的維修和保養。

（3）定時檢查、維護：需由模具維修、上下模人員進行定時保養和檢查。

（4）加工過後的模具使用電解工超聲波清洗法清洗效果更好。清洗的同時起到防鏽的作用

1． 每日的例行檢查和維護：

1.1 運行中的模具是否處於正常狀態

a． 是否有低壓鎖模保護；b． 活動部位如導柱、頂杆、行位是否磨損，潤滑是否良好。要求至少12小時要加一次油，特殊結構要增加加油次數。c． 模具的固定模板的螺絲和鎖模夾是否鬆動；

1.2生產正常狀況:檢查產品的缺陷是否與模具有關；

1.3下機時要對模具進行全面檢查並進行防鏽處理: 抹乾型腔、型芯、頂出機構和行位等部位水份並噴灑模具防鏽劑或塗抹黃油。

1.4下機後的模具要放在指定地點並作好記錄：

a．模具狀況：完好還是待修。b．下模時的防鏽處理方式。

2． 每季的例行檢查：

主要是對放置兩個月以上沒有使用的模具進行清理維護。

2.1打開模具，檢查內部防鏽效果，有異常情況，須重新進行防鏽處理。 長期不使用的模具須塗抹黃油。

2.2 放回原位並作好記錄 ^[2]  。

模具是機械工業生產的基礎工藝裝備，是生產工業產品中不可缺少的工具，模具鋼製作的模具的性能需要通過嚴格的生產工藝監督，對模具的製作的原材料也都要必須經過嚴格的把關，防止模具因材料問題形成早期失效的熱處理開裂等缺陷。

模具的原材料的控制從下列幾方面進行：

1、宏觀檢驗

化學成分對保證鋼材的性能是決定性的，但成分合格，不能全面來説明鋼材性能，由於鋼材內部組織和成分的不均勻性，宏觀檢驗在很大程度上補充了這方面的不足。宏觀檢測可以觀察鋼的結晶情況，鋼的連續性的破壞和某些成分的不均勻性。宏觀常見8種缺陷：偏析、疏鬆、夾雜、縮孔、氣泡、白點、裂縫、摺疊。

2、退火組織的評定

退火的目的，降低鋼的硬度，便於機加工，同時也為後續的熱處理作組織準備。

3、碳化物不均勻性

Cr12型萊氏體鋼，組織中含有大量的共晶碳化物，碳化物不均勻性對使用性能產生非常重要的影響，所以對其碳化物的分佈必須有嚴格的控制。

總而言之，由於模具生產廠和車間的生產對象比較繁瑣，並且多少又是單件、小批量，從而為模具生產定額的制定和管理帶來一定的難度，再加上各廠和車間的生產方式、設備、技術素質又不太一樣，所以在制定定額時，必須要根據本廠和車間的實際情況，找出適當的方法制定出既先進又合理的工時定額，以提高勞動生產率的目的 ^[2]  。