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一．模具寿命的概念与意义模具寿命指在保证制件品质的前提下，所能成形出的制件数。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。模具的失效分为非正常失效和正常失效。非正常失效(早期失效)是指模具未达到一定的工业水平下公认的寿命时就不能服役。早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。正常失效是指模具经大批量生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役。模具正常失效前，生产出的合格产品的数目，叫模具正常寿命，简称模具寿命，模具首次修复前生产出的合格产品的数目，叫首次寿命；模具一次修复后到下一次修复前所生产出的合格产品的数目，叫修模寿命。模具寿命是首次寿命与各次修复寿命的总和。模具寿命的高低是衡量模具质量的重要指标之一。它不仅影响产品的质量，而且还影响生产率和成本。随着模具工业的发展，高质量、高性能、高效率模具的大量应用，模具的寿命已引起人们的关注。在工业产品飞速发展的今天，从模具发展的总趋势可以看出，无论是模具的大型化、复杂化还是高精度、高效率，都依赖于模具寿命的提高。二．模具失效2．1模具失效形式及机理模具种类很多，按照用途的不同，大致可以分为六大类:冷冲压模、热锻压模、压力铸造模、塑料模、玻璃压模和粉料压制模等。模具种类繁多，工作状态差别很大，损坏部位也各异，但失效形式归纳起来大致有三种，即磨损、断裂、塑性变形。(1)磨损失效模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动。由于表面的相对运动，接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损。磨损失效可分为以下几种：1)疲劳磨损两接触表面相对运动时，在循环应力(机械应力与热应力)的作用下，使表面金属疲劳脱落的现象称为疲劳磨损。2)气蚀磨损和冲蚀磨损气蚀磨损金属表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面形成微小麻点和凹坑的现象叫气蚀磨损。冲蚀磨损液体和固体微小颗粒反复高速冲击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现象叫冲蚀磨损。3)磨蚀磨损在摩擦过程中，模具表面和周围介质发生化学或电化学反应，再加上摩擦力的机械作用，引起表面材料脱落的现象叫磨蚀磨损。4)磨损的交互作用摩擦磨损情况很复杂，在一定的工况下模具与工件(或坯料)相对运动中，磨损一般不只是以一种形式存在，往往是以多种形式并存，并相互影响。具有磨损失效形式的主要有冷作模具，主要材料是冷作模具钢，冷作模具钢用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模、冷拉丝模、滚丝模、冷剪切刀等。冷作模具在室温下成形，对模具材料的高温性质没有特殊要求，但要求在室温下有高硬度、高耐磨性和足够的韧度。(2)断裂失效模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分丧失服役能力时，成为断裂失效。断裂可分为塑性断裂和脆性断裂。模具材料多为中、高强度钢，断裂的形式多为脆性断裂。脆性断裂又可分为一次性断裂和疲劳断裂。具有断裂失效的主要有热作模具，主要材料为热作钢，热作模具钢主要用于制造热锻模、热挤压模和压铸模等。(3)塑性变形失效塑料模具在服役时承受很大的应力，而且不均匀。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时，叫塑性变形失效。塑性变形的失效形式表现为镦粗、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。是否产生塑性变形，起主导作用的是机械负荷以及模具的室温强度。在高温下服役的模具，是否产生塑性变形，主要取决于模具的工作温度和模具材料的高温强度。具有塑性变形失效的有塑料模具，主要模具材料是塑料模具钢，塑料模具是塑料成形加工不可缺少的工具，钢材耗用量大，品种、规格多。对塑料模具钢的使用性能包括强度、硬度、耐磨性、韧度、热稳定性等)的要求并不高，但是必须具备优良的加工性能，包括热处理变形小，机加工性能、焊接性能、图案花纹刻蚀性能、研磨和抛光性能好，粗糙度低2.2影响模具失效的因素(1)模具结构的影响模具结构对模具受力状态的影响很大，合理的模具结构能使模具工作时受力均匀，不易偏载，应力集中小。模具种类繁多，形式差别很大，工作环境也不尽相同，下面从几个具有共性的方面加以讨论。1)圆角半径圆角半径分为外(凸)圆角半径和内(凹)圆角半径。工作部位圆角半径的大小，不仅对成形过程及成形件品质有影响，也对模具的失效形式及寿命产生影响。2)模具结构形式①整体模具与镶拼模具整体模具的凹圆角半径很易造成应力集中，并由此引起开裂。②模具的导向采用导向装置的模具，能保证在模具中各相关零件相互位置的精度，增加模具抗弯曲、抗偏载的能力，避免模具不均匀磨损。(2)模具工作条件的影响1)成形件的材料、温度①材质成形件的材料有金属和非金属。一般来讲，非金属材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿命高。因此，金属件成形模比非金属成形模的寿命低。②温度在成形高温工件时，模具因接受热量而升温，随着温度的上升，模具的强度下降，易产生塑性变形。同时，模具同工件接触的表面与非接触表面温度差别很大，在模具中造成温度应力。2)设备特性①设备的精度与刚度模具成形工件的力是由设备提供的，在成形过程中，设备因受力将产生弹性变形。②速度设备对模具及工件的作用力是在一段时间内逐渐增加的，设备速度影响施力过程。设备速度愈高，模具在单位时间内受的冲击力愈大(冲量大)；时间愈短，冲击能量来不及传递和释放，易集中在局部，造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度。因此，设备速度越高，模具越易断裂或塑性变形失效。3)润滑润滑模具与坯料的相对运动表面，可减少模具与坯料的直接接触，减少磨损，降低成形力。同时，润滑剂还能在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，对提高模具寿命都是有利的。(3)模具材料性能的影响模具材料的性能对模具的寿命影响较大，其中使用性能：强度、冲击韧度、耐磨性、耐蚀性、硬度、热稳定性和耐热疲劳性。工艺性能：锻造工艺性能、切削加工工艺性能、热处理工艺性能、淬透性。模具使用性能性能的选择1）室温载荷较小的工况这类模具的强度越高，硬度越高，耐磨性越好，寿命越高。2)室温载荷较大的工况主要考虑具有较高的强度、耐磨性，并有较好的韧性。3）高温载荷较大的工况这类模具还应具有耐冷热疲劳性、热硬度及热疲劳性，同时还应具有适当的冲击韧度。4）高温载荷较小的工况这类模具还应具有合适的高温强度、热硬度及热疲劳性。(4)模具制造过程的影响1)在模块锻造时，模块加热和冷却所带来的内外温差会产生温差应力；镦粗、冲孔和扩孔等过程如技术参数选择不当易使锻坯开裂。此外，当锻比超过一定值后，由于形成纤维组织，横向力学性能急剧下降，导致各向异性。2)在模具的电加工中，会出现不同程度的变质层，此外由于局部骤热和骤冷，还容易形成残余应力和龟裂。3)模具的热处理模具热处理安排在模块锻造、粗加工之后，几乎是模具加工的最终工序。模具材料的选用及热处理工序的确定对模具性能的影响极大。三．模具失效分析实例3.1冲裁模冲裁模的主要失效形式为磨损，从磨损机理看主要为粘着磨损。主要影响因素：1）冲裁间隙：间隙小减小磨损，间隙大增大磨损2)压边状态提高冲裁模寿命的措施：1）尽量采用大间隙2）采用弹性卸料板3)采用导向装置4）增加凸模刚度5）采取耐磨性好的模具材料6）采用表面强化技术7）超前维修3.2拉伸模拉伸模的主要失效形式为冲头头部镦粗变形。提高拉伸模寿命的措施：1)将实心冲头改为空心内冷结构冲头，并将壁厚减至14mm以下2)空心冲头口部采用内螺纹连接是，螺纹末端不应留空刀槽，以免造成应力集中，导致断裂失效3)冲头尾部表面拐角处有较大应力集中，易萌生疲劳裂纹，应进一步改进。3.3塑料压注模塑料压注模的主要失效形式为型腔拉毛和凌边堆塌。提高塑料压注模寿命的措施：1）适当提高模具回火的温度，增加回火保温时间。2）实际采用两段回火工艺，是模具回火充分，保持较高硬度的同时改善韧性。