第三章模具失效形式及机理
模具失效的三种形式
模具失效的三种形式，铝压铸，重力铸造
1. 热疲劳龟裂损坏失效
模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与
其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。
为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。
另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。
同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。
因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。
2. 碎裂失效
碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型
面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。
而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。
为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。
另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
3. 溶蚀失效
熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、A l、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。
当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。
第三章 模具失效形式及机理
本章学习目标：
1、掌握模具失效主要形式
2、掌握磨损失效形式、失效机理以及影 响因素 3、掌握断裂失效形式、失效机理以及影响 因素 4、掌握塑性变形失效失效机理以及多种失 效形式的交互作用
模具的主要失效形式：
1.磨损失效 2.断裂失效 3.塑性变形失效
失效几率
早期失效
随机失效
图1-1 寿命特性曲线
耗损失效 使用时间
第一节 磨损失效
磨损：由于表面的相对运动，从接触表面 逐渐失去物质的现象。
磨损失效： 模具在服役时，与成形坯料接 触，产生相对运动，造成磨损。当该磨损使 模具的尺寸发生变化，或改变了模具的表面 状态使之不能继续服役时。
磨损的分类：
1.磨粒磨损(particle wear) 2.粘着磨损(adhesive wear) 3.疲劳磨损(fatigue wear) 4.气蚀和冲蚀磨损(cavitation erosion and wash-out wear)
图3-9 压力对磨损量的影响
d.磨粒尺寸与工件厚度的比值
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入 越深，对模具的磨损越小。
磨粒 工件
( a) dm<t (b) dm=t (c) dm>t
图3-10 磨粒尺寸与工件厚度相对比值对磨损量的影响
提高耐磨粒磨损的措施 ： a.提高模具材料的硬度 b.进行表面耐磨处理 c.采用防护措施
图3-8 相对硬度对磨损量的影响
当Hm=Ho时，如II区，为磨损软化状态， 此时的磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>Ho 时，如III区， 为严重磨损状 态，此时磨损 量较大，曲线 趋平。
图3-8 相对硬度对磨着模具与工件表面压力的增加，磨粒压入 模具的深度增加，磨损越严重。但当压力达到 一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓。
模具失效及解决方法实例
模具失效及解决方法实例一、引言模具是工业生产中必不可少的工具，它能够成型出各种形状和尺寸的产品。
然而，模具在使用过程中会受到各种因素的影响，导致失效。
模具失效不仅会影响生产效率，增加生产成本，还会影响产品的质量。
因此，了解模具失效的原因和解决方法非常重要。
本文将介绍模具失效的类型、原因以及一些常见的解决方法实例。
二、模具失效类型1. 磨损：模具在使用过程中，其工作表面会与材料不断接触，导致工作表面磨损。
2. 腐蚀：模具受到化学或电化学作用，导致腐蚀损坏。
3. 塑性变形：材料在模具内塑性变形，导致模具变形。
4. 热疲劳：模具在工作过程中频繁冷热交替，导致热疲劳损坏。
5. 裂纹扩展：由于制造、使用过程中产生的裂纹在交变应力作用下扩展导致破坏。
三、模具失效原因1. 操作不当：如超负荷生产、材料硬度过高、材料中有杂质等都会导致模具过早磨损或腐蚀。
2. 维护不当：润滑不足、冷却系统不良等都会导致模具过热或腐蚀。
3. 材料问题：模具材料的选择不当，如硬度、耐腐蚀性、耐磨性等都会影响模具的使用寿命。
4. 制造问题：制造过程中的缺陷，如铸造缺陷、热处理不当等都会导致模具产生裂纹或塑性变形。
四、解决方法实例1. 磨损修复：对于磨损的模具，可以采用堆焊、喷涂等方法进行修复。
例如，对于磨损的凸轮表面，可以采用堆焊的方式进行修复，选择耐磨性好、焊前流动性好的合金堆焊焊条。
在修复过程中，需要注意控制热输入，避免热影响扩大。
同时，对于一些磨损严重的模具，还可以采用喷涂的方法进行修复，选择耐磨性好、耐腐蚀的涂层材料，如金属陶瓷、镍基涂层等。
2. 腐蚀防护：对于腐蚀的模具，可以采用镀层、表面处理等方法进行防护。
例如，对于受腐蚀的模具钢表面，可以采用镀铬或镀锌等防腐方法进行防护。
此外，还可以采用表面处理的方法提高模具表面的抗腐蚀性能，如采用氧化处理、磷化处理等。
3. 温度控制：对于塑性变形的模具，可以通过调整生产工艺、选择合适的材料等方法来降低模具工作时的温度。
常见模具失效形式及机理
磨损剥落
裂纹源扩展到表面或 与纵向裂纹相交
影响疲劳磨损的因素
●材质
●硬度
●表面粗糙度
提高粘着磨损的措施
●合理选择润滑剂 ●进行表面强化处理
四、气蚀磨损和冲蚀磨损
什么叫气蚀磨损？
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 成小麻点和凹坑的现象。
气蚀磨损机理
局部气压低于蒸汽压形成 气泡或液体中析出的气泡 形成泡沫海 绵状空穴
提高磨粒磨损的措施
●提高模具材料的硬度 ●进行表面耐磨处理 ●采用防护措施
二、粘着磨损
什么叫粘着磨损？
工具与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的节点 发生剪切断裂，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。
粘着磨损机理示意图
粘着磨损分类
磨 损 严 重 程 度
轻微粘着磨损（氧化磨损） 涂抹
二、热作模具的服役条件及失效形式
热作模具是指将金属坯料加热到再结晶温度以上进 行压力加工的模具。 锤锻模 压力机锻模 热挤压模 热冲裁模 压铸模 锤锻模在服役时不仅要承受冲击力和摩擦力的作用， 还要承受很大的压应力、拉应力和弯曲应力的作用， 同时受到交替的加热和冷却的作用。 热作模具 主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、 断裂失效、冷热疲劳、断裂失效等。
流到高 压区 气泡
破裂
产生高温和 极大冲击力
反复作用
局部金属脱离 表面或气化
扩展至表面 模具浅表层产生
疲劳裂纹
容易发生气蚀磨损的模具： 注塑模、压铸模
固体表面
什么叫冲蚀磨损？
液体和固体微小颗粒高速落到模具表面，反复冲击模具表面， 使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现象。
模具的失效形式
模具的失效形式模具性能的优劣，最直接的判断依据是其使用寿命的高低。
同时，模具的性能优劣，也必然反应在模具的失效形式和失效特点上。
为了分析各类模具对模具堆焊材料的性能要求，合理选择堆焊材料，应进行各类模具的失效分析，找出其失效规律。
1. 热作模具的失效形式热作模具的失效形式主要有断裂（包括整体开裂，局部断裂及机械疲劳裂纹等）、变形、热疲劳龟裂、热磨损、热熔损等５种。
一般热作模具以断裂失效时模具寿命较低，被视为模具的早期失效形式。
这种失效形式在技术上被视为不能允许的非正常失效形式，这主要是模具钢种选择不当或热处理工艺不合理造成的。
具有较长模具寿命的磨损失效、变形失效及热疲劳失效一般可视为模具的正常失效。
随着模具技术的不断发展，各类热作模具的失效形式不断由非正常失效形式向正常失效形式转化。
而模具堆焊技术人员的任务就是在研究各类模具的失效规律的基础上研究性能优良的堆焊材料，匹配相应的堆焊工艺，在减小模具的早期失效提高使用寿命的情况下，尽量提高模具堆焊效率。
模具的失效形式反映出材料的不同性能。
对于热作模具，则突出显示出模具对材料在高温条件下的性能要求。
断裂失效：出现的根本原因有二点：(1)模具的承载应力在整体范围或局部位置超过材料的高温断裂强度；(2)模具承受的瞬时冲击载荷超过材料的高温韧度指标。
堆塌失效：堆塌失效的原因是：(1)材料的低于模具的承载应力水平，塑变累积所致。
(2)材料的热稳定性不能适应长时间工作的高温条件。
热疲劳失效：热疲劳失效主要由材料的高温屈服强度决定，也与材料的高温冲击韧性和热稳定性有关。
即材料越难变形，韧性越高热疲劳抗力越好。
热磨损失效：对于大多数热作模具钢，提高材料的高温屈服强度、热稳定性及抗氧化能力均可提高热磨损抗力。
但是，不同材料的热磨损抗力更多地与材料的组织结构，尤其是材料内部碳化物的类型有关。
热熔损失效：热熔损失效与不同温度及应力下模具材料与铸液的化学亲和力有直接关系。
2. 冷作模具的失效形状冷作模具常见的失效形式有：刃口崩裂、刃口啃掉、刃口开裂；模具整体开裂，局部断裂；刃口磨损、塌陷；拉延筋面坎子与粘附；模口Ｒ的磨损；拐角处出现凹槽；托卸料板的变形与开裂等。
模具失效形式
模具失效形式
基本形式有：磨损、断裂、塑性变形。
模具的实际工作情况很复杂，多种损伤形式相互作用，磨损促进了塑性变形和断裂，塑像变形加重了磨损和断裂速度。
1、磨损
模具和被加工坯料之间互相摩擦，引起模具表面物质的损耗，使模具的几何形状发生变化而不能继续服役，即为磨损失效。
磨损失效表现为刃口钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟痕、剥落、粘模等。
影响因素：模具材料和被加工的坯料的化学成分及力学性能；
模具材料和坯料的表面状态（氧化膜、表面处理情况）；
冲压过程的压力、温度、速度、润滑。
模具的耐磨性取决于模具材料的硬度，尤其是碳化物等硬化相的性质、大小、分布和数量。
根据磨损机理可分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。
2、断裂
断裂主要是脆性断裂、疲劳断裂、韧性断裂、蠕变断裂、应力腐蚀断裂。
影响断裂的主要因素：模具的表面形状（突变凹槽、尖角等部位易产生应力集中，形成裂纹）、材料性能（冶金质量、材料的断裂韧性）。
3、塑性变形
当模具承受的负荷超过模具钢材的屈服强度时，模具会产生塑性变形，改变模具的几何形状和尺寸，不能修复再服役时即为塑性变形失效。
其失效形式主要有型腔型孔胀大、塌陷、弯曲、镦粗。
模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程：局部应力大于模具的屈服强度。
模具失效的原因及预防措施
模具生产过程中失效的原因及预防措施1 前言模具在生产应用过程中，经常发生各种不同情况的失效，浪费大量的人力、物力，影响了生产进度。
以下主要讲述模具的几种基本失效形式及失效的原因以及预防措施。
2 模具失效冷热模具在服役中失效的基本形式可分为：塑性变形；磨损；疲劳；断裂。
(1)塑性变形。
塑性变形即承受负荷大于屈服强度而产生的变形。
如凹模出现型腔塌陷、型孔扩大、棱角倒塌陷以及凸模出现镦粗、纵向弯曲等。
尤其热作模具，其工作表面与高温材料接触，使型腔表面温度往往超过热作模具钢的回火温度，型槽内壁由于软化而被压塌或压堆。
低淬透性的钢种用作冷镦模时，模具在淬火加热后，对内孔进行喷水冷却产生一个硬化层。
模具在使用时，如冷镦力过大，硬化层下面的基底抗压屈服强度不高，模具孔腔便被压塌。
模具钢的屈服强度一般随碳(c)的含量从某些合金元素的增多而升高，在硬度相同的情况下，不同化学成分的钢具有的抗压强度不同，当钢硬度为63HRC时，下列4种钢的抗屈服强度由高到低依次顺序为：W18Cr4V>Cr12>Cr6WV>5CrNiW。
(2)磨损失效。
磨损失效是指刃门钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟痕、剥落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金属)。
另外，凸模在工作中，由于润滑剂燃烧后转化为高压气体，对凸模表面进行剧烈冲刷，形成气蚀。
冷冲时，如果负荷不大，磨损类型主要为氧化，磨损也可为某种程度的咬合磨损，当刃口部分变钝或冲压负荷较大时，咬合磨损的情况会变得严重，而使磨损加快，模具钢的耐磨性不仅取决于其硬度，还决定于碳化物的性质、大小、分布和数量，在模具钢中，目前高速钢和高铬钢的耐磨性较高。
但在钢中存在有严重的碳化物偏析或大颗粒的碳化物情况下，这些碳化物易剥落，而引起磨粒磨损，使磨损加快。
较轻冷作模具钢(薄板冲裁、拉伸、弯曲等)的冲击，载荷不大，主要为静磨损。
在静磨损条件下，模具钢的含碳量多，耐磨性就大。
在冲击磨损条件下(如冷镦、冷挤、热锻等)，模具钢中过多的碳化物无助于提高耐磨性，反而因冲击磨粒磨损，而降低耐磨性。
模具的失效原因
模具的失效原因
模具的失效原因主要包括以下几个方面：
1. 疲劳失效：长时间的使用，模具会产生疲劳，导致材料的疲劳裂纹扩展，最终引起模具的失效。
2. 磨损失效：模具在使用过程中，由于摩擦和冲击力的作用，会导致模具表面的材料磨损，从而引起模具的失效。
3. 腐蚀失效：模具被腐蚀会导致表面材料的损耗，特别是在化学腐蚀环境中，如酸碱溶液中使用的模具容易发生腐蚀失效。
4. 热失效：模具在高温环境下使用，容易导致材料的氧化、脆化、脱硫等现象，从而引起模具的失效。
5. 断裂失效：由于模具在使用过程中所受到的冲击力过大，或者模具本身存在缺陷等因素，可能导致模具发生断裂失效。
6. 热胀冷缩失效：模具在长时间的热循环中，由于温度变化引起的热胀冷缩，会导致模具材料的破裂，从而引起失效。
7. 其他因素：如设计缺陷、加工不良、装卸失误等因素也会导致模具的失效。
常见模具失效形式及机理讲解57页PPT
6
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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吁
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我
若
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
谢谢！
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61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
模具的失效分析
模具的失效分析№1一, 目的1, 模具设计人员必须熟知如何保证模具设计正确,合理,提高模具寿命,降低成本.2, 生产中模具失效时,能分析原因,提出改进措施,也是工艺员应掌握的技能.二, 模具的工作条件1, 工装模具组成凹模 - 冷镦, 正挤, 反挤, 冲孔, 锥形凸模, 切边凹模, 切边凸模,孔类` 螺母用凹模等.套 - 推出销套, 衬套垫 - 带孔垫块轴类冲头–正挤, 反挤, 六方冲头, (螺母冲头), 推出销, 凸模销,光凸模(无孔)销, 轴, 杆.板,块类型 - 垫块,切断刀,送料滚,刀体,钳片,夹子,弹簧板,弹簧片螺旋弹簧–拉,压弹簧碟簧板簧2, 易损件 (服役期短,经常更换的件)冲头, 凹模重点分析易损件–冲头, 凹模.3, 模具工作条件①挤压冲头工作条件–以活塞销为例上冲头上冲头–向下运动, 下冲头–固定不动.挤压中,上冲头受力大于下冲头. 上冲头受力情况如下:A) 向下运动–反挤坯料,冲头受压应力. B)向上运动–脱离坯料,因摩擦力冲头受拉应力. C)可能因冲头偏心,产生弯曲应力.结论: 上冲头受力复杂,易导致失效. 上冲头最大名义压力可达2500 MPa.在尺寸过渡处,由于应力集中, 有时应力更大于此值.② 冷挤压凹模的工作条件 № 2 冷挤压过程中,凹模型腔表面受很大的压力,该压力使凹模产生巨大的切向拉应力.(以下插图)p 0材料力学厚壁筒受力分析理论公式拉应力压应力P 1R 21 - P 0 R 20R 2-R 21P 1 -P 0R 21R 20σt σr =()+R 2R 2-R 21()=R 2-R 21P1R 21- P 0 R 20-)(R 2-R 21R 2)(R 21R 20P 1 -P 0①②③④⑤⑥当采用整体模时,如下图P 0 =0 代入①,②式)(R 20 -R 21R 2+=σt R 21 R 20P 1R 20 -R 21P 1R 21=P 1R 21R 20 -R 21(1+R 20R 2)P 1 R 21 R 20R 2R 20 -R 21()-P 1R 21 R 2-R 21=σr =R 2-R 21P 1R 21 )R 2R 201-(当R=R 1 时,分别代入公式③,④得σtR1σrR1=)R 21R 201+(R 20 -R 21P 1R 21)R 21R 21-(R 2-R 21P 1R 21=P 1R 20 -R 21R 20 +R 21==-P 1所以实际应用中,整体式凹模 d外/ d内比值取4-6 符合上面计算结果.σtR0=P1(6R1)2 -R212R21=2 /35 P1=0.0571P1由公式⑦得当R0 = 6 R1时,=0.133P1=2 /15 P12R21(4R1)2 -R21P1=σtR0由公式⑦得3,整体模孔与外径的尺寸关系当R0 = 4 R1时,结论:1,σt切向应力不是均匀分布,靠近内表面处最大,靠近外表面处最小.2,凹模承载能力并非随壁厚的增加而按比例增加.如已知一整体模及 P1 ,R0 ,R1 , 则可求出模中某点应力状态,见下图σtR0σrR0=)R21R201+(R20 -R21P1R21)R20R201-(R20 -R21P1R21=P1R2-R212R21==0当R=R0时,分别代入公式③,④得⑧⑦三,模具失效的基本形式及原因模具失效形式–模具丧失服务能力的某种损伤形式.大多数模具出现损伤后,不会立即丧失服务能力,仅在其中一种损伤发展到足以妨碍模具正常工作或生产出废品时,此模具才停止服役.№ 3(二)模具塑性变形失效原因凸凹模磨损失效是一种正常失效,但有时发生早期磨损失效值得研究.1,模具磨损过程磨损量 mg C①初期磨损阶段 A新模具B刃口锋利(切边模,冲切模),模孔形状误差(不圆度等),与坯料接触面积小,局部压力大, A以及产生塑性变形,导致磨损速度加快.冲击次数 N②正常磨损阶段 B初期磨损阶段达到一定程度,刃口与工件接触单位压力减轻,不再产生塑性变形,进入摩擦磨损阶段. 在此过程中,由于反复冲击,而模具渐渐趋于疲劳.③过激磨损阶段 C刃口, 模孔呈现疲劳,模具急剧磨损,不能正常工作,甚至因冲击出现表面剥落,剥落硬粒子成为磨粒,加快了磨损速度.2,模具磨损失效原因–基本原因是磨擦№ 6(四) 模具疲劳失效原因1,特征: 在模具某些部位△在模具某些部位,经一定的服役期,萌生了细小的裂纹,并逐渐向纵深扩展.裂纹扩展到一定的尺寸后,严重的削弱模具的承载能力,而引起断裂.疲劳裂纹萌生于应力较大的部位,特别是应力集中的部位(尺寸过渡,缺口,刀痕,磨削裂纹等).△模具通常在高强度,低塑性状态下服役,在模具的微观疲劳断口处,很难观察到典型的疲劳条带,但是其宏观断口上,往往呈现出海滩状形貌.△高碳高合金钢模具,其疲劳断口往往出现粗糙的木纹状条纹.对宏观断口的形貌观察产生严重的干扰.2,疲劳裂纹分析根本原因是循环载荷.疲劳失效过程分两个阶段, ①疲劳裂纹的萌生②疲劳裂纹的扩展.1)疲劳裂纹的萌生①位置–经常在尺寸过渡处, 刀痕处,磨削沟痕处,磨削裂纹处.②萌生机理–见下图模具表面某些微区域内,可先发生滑移,滑移随载荷变化反复进行,到达某一程度后,材料滑移抗力下降,可能从滑移带中挤出金属,成为挤出锋,与此同时形成凹槽.当循环应力较大或晶界相对弱化时,疲劳裂纹可萌生于晶界.疲劳裂纹也可以萌生于粗大的第二相颗粒与基体的界面上.水介质(自来水,盐水等)显著加速疲劳裂纹的萌生和扩展,剧烈降低疲劳寿命.2)疲劳裂纹的扩展–分两个阶段A,扩展第一阶段 : 形成滑移带裂纹源后,沿着与拉伸应力轴成45°角的滑移面扩展.这种切变式扩展称为第一阶段扩展.对钢铁材料,第一阶段扩展为数百微米.如疲劳裂纹萌生于夹杂物,第一阶段扩展的深度仅为数个微米以后就转向垂直于拉应力轴的方向扩展.B,扩展第二阶段 : 疲劳裂纹沿垂直于拉力轴的方向扩展,在此阶段有多种机制,有拉伸,有压缩.3, 冷模具钢对疲劳裂纹萌生扩展的影响模具钢具有很高的屈服强度和很低的断裂韧性.高的屈服强度–有利于推迟疲劳裂纹的萌生.低的断裂韧性–加快疲劳裂纹的扩展,使疲劳裂纹扩展循环数剧烈缩短.№ 74,模具疲劳失效原因№ 8根本原因是循环载荷,凡促使表面拉应力增大的因素均增加疲劳裂纹的萌生.(五) 模具冷热疲劳失效1,失效形态在极冷,极热条件下服役的模具,锻压数千次或数百次之后,型腔表面出现许多细小裂纹,其形状有网状,放射状,平行状等,这些裂纹仅有数毫米深,不会向纵深扩展,冷热疲劳裂纹经常萌生于刀痕及磨损沟槽,外观呈现直线状.2,模具冷热疲劳失效原因锻压钢件的模具与坯料接触时,表面迅速升温到600℃-900℃而内层尚处于较低的温度,表面层受热而膨胀,但受内层的约束,因而在表面产生压应力,压应力的数值一般均大于模具材料在该状态下的屈服强度,因而引起塑性变形.锻件脱模后,由于向模具表面喷洒冷却剂,使表面急剧冷却而收缩,当表面收缩受到约束时,便产生拉应力,模具表面层中的循环热应力是引起冷热疲劳的根本原因.高温氧化,冷却水的电化学腐蚀以及坯料的摩擦作用,加速了冷热疲劳过程.因此,冷热疲劳过程是极其复杂的物理化学过程.(六) 模具的断裂失效模具在服役过程中,突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分使模具立即丧失服务能力,属于断裂失效.常见断裂失效形式有 : 崩牙,崩刃(冲头,搓丝板,滚丝轮等)劈裂,折断(冲头),胀裂等1,模具断裂(折断)失效过程可分一次性断裂和疲劳断裂两类①一次性断裂模具在冲压时突然断裂,称为一次性断裂.主要原因是严重超载或模具材料严重脆化(如过热,过烧,回火不足,严重的应力集中及严重的冶金缺陷等)②疲劳断裂模具在服役中，在应力最大或应力集中处，萌生微裂纹，在冲击力作用下，微裂纹慢慢扩展，模具有效承载面积逐渐缩小，直至外加应力超过模具材料的断裂强度，模具发生断裂或是随裂纹逐渐扩展裂纹尖端的应力强度因子不断增大，直至超过材料的断裂韧性值时，裂纹发生失稳性扩展，模具发生脆性断裂。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•（一）腐蚀磨损的机制（两个阶段） • • 第一阶段：在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生 化学或电化学反应，形成反应物； • 第二阶段：表面反应物在随后的摩擦过程中被磨掉。 • 反应物被磨掉后，新鲜表面暴露出来，重新与周围 介质发生化学或电化学反应，重复第一阶段。
• （二）粘着磨损的分类 •
•
根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（氧化磨
损）和严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶合）。图3-6。
•轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和 工件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着 面上，表面材料的转移十分轻微。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
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② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点
的断 裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较 大；而脆性材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片 状。
密排六方结构的金属材料粘着倾向小，面心 立方点阵的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属；
多相的金属比单相的金属粘着倾向小；
• 主要特征是磨损产物 多为片状或小颗粒。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• (一)粘着磨损的机理
•
模具与工件表面的实际接触面积只有名义上
的 0.01-0.1%，只有少数微观凸起处接触，压力很大，
引起塑性变形，加上表面因摩擦而温度升高，局部金
属软化或熔化，使表层的氧化膜破裂，使新鲜材料暴
度时发生。 摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动 •称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
① 表面压力
•
T1（接触压应力小于材
料硬度的1/3），磨损主要
是通过氧化碎屑的脱落而产
生的，属于轻微氧化磨损区；
• ③ 采用表面处理
•
采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避
免同类金属表面接触。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•四、疲劳磨损
• 疲劳磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，在 循环应力（机械应力与热应力）的作用下，使模具表层 金属材料疲劳脱落的现象。
•接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂纹、小坑 等，磨损产物为块状或饼状。
形貌、分布。特别是脆性、带棱角的非金属夹杂物。 ② 硬度：图3-8。一般情况下，材料抗疲劳磨损能力随
表面硬度的增加而增强，而表面硬度一旦越过一定 值，则情况相反。 ③ 表面粗糙度：表面粗糙度低，接触面积大，接触应 力小，提高抗疲劳磨损能力。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格
类型的金属)所组成的摩擦副粘着倾向大；互溶性小
的材料(异种金属或晶格结构不相近的金属)组成的摩
擦副粘着倾向小。
第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
• ③ 材料硬度
•
模具材料和工件材料的硬度相差越大，磨损
越小；反之，磨损越大。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•一、磨损分类
• 根据模具的成形坯料、使用状况，其磨损机理可以 分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨 损、腐蚀磨损。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
•
磨粒磨损的定义: 在
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• 四、疲劳磨损
• (一) 疲劳磨损的机理
•
在承受力和相对运动的情况下，模具表面及亚
表面不仅有多变的接触应力而且还有切应力，这些外力
反复作用一定周次后，模具表面就会产生局部塑性变形
和加工硬化。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•（一）气蚀磨损 • 定义：模具表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高 温，使模具表面形成微小的麻点和凹坑的现象叫气蚀磨 损。 •
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
对比值
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• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (三) 提高耐磨粒磨损的措施 ① 提高模具材料的硬度 ② 进行表面耐磨处理 ③ 采用防护措施
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•三、粘着磨损 • 粘着磨损的定义：工件与模具表面相对运动时，由 于表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表 面的材料转移到工件上或脱落的现象。
•
T1与T2之间为严重磨损
区，磨屑尺寸增大，加厚，
且多为金属屑；
•
当载荷继续增大超过T2
后，表面内摩擦增大而温度
很高，可能发生相变，并形
成白层，形成不易破碎的氧 化膜，因而耐磨。
•载荷对碳钢表面磨损量的影响
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
• 四、疲劳磨损
• (三) 提高耐疲劳磨损的措施
① 合理选择润滑剂
②
润滑剂可避免模具与工件表面直接接触，并均
化接触应力，缓冲冲击。润滑剂粘度越高越好，固体润
滑剂比液体润滑剂好。
③ ② 进行表面强化处理
④
采用喷丸、滚压等强化方法，使模具工作表面
金属受压缩产生塑性变形，并产生宏观压缩应力，有利
于提高抗疲劳磨损的能力。
第三章模具失效形式及 机理
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2020/12/7
第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•
模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也
不同。如：锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破
裂；塑料模具常常因表面光洁度不够而失效。
•
综合来讲，模具失效形式主要有三类：磨损、断裂、
塑性变形。
•垂直分力使硬质点压入材料表面；
•水平分力使硬质点与表面之间产 生相对位移，硬质点与材料相互作 用的结果，使被磨损表面产生犁皱 或切屑，形成磨损或在表面留下沟 槽。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (二) 影响磨粒磨损的因 素
① 磨粒大小与形状 ② 磨粒硬度和模具材料硬度 ③ 模具与工件表面压力 ④ 磨粒尺寸与工件厚度的相
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• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
• 腐蚀磨损常发生在高温或潮湿的环境中，尤其在有酸、 碱、盐等特殊条件下最易发生。 • 模具常见的腐蚀磨损形式有：氧化腐蚀磨损、特殊 介质腐蚀磨损。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•（二）氧化腐蚀磨损
• 在摩擦过程中，由于金属表层凸峰的塑性变形，促使 原有的氧化膜破裂，新的材料暴露后又与氧结合形成脆而 硬的氧化膜。由于氧化膜不断生成与剥落造成的磨损称为 氧化磨损。
• 模具服役时一般都会出现氧化磨损。
• 一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损 一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护 摩擦副的作用。
• 若材料具有较好的抗疲劳性和抗腐蚀性，又有较高的 强度和韧性，材料的抗气蚀磨损和冲蚀磨损性能就好。
• 工艺上，降低流体对模具表面的冲击速度，避免涡流， 消除产生气蚀的条件，可有效减少气蚀和冲蚀磨损。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•定义：在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化学或电 化学反应，再加上机械摩擦作用，引起表层材料脱落的现 象叫腐蚀磨损。（腐蚀+磨损）
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• 第三章 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•（三）提高抗气蚀磨损和冲蚀磨损的措施
• 气蚀磨损和冲蚀磨损都称为侵蚀磨损。它们都可以看 成疲劳磨损的派生形式。因为就本质上来说，都是由于机 械力造成的表面疲劳破坏，但液体的化学和电化学作用加 速了它们的破坏速度。在注塑模具和压铸模具中易出现。
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第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理
• (四) 提高耐粘着磨损性能的措施
• ① 合理选用模具材料
•
选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低
粘结的可能性。
• ② 合理选用润滑剂和添加剂
•
润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方
面可减小摩擦，成倍提高抗粘着磨损的能力。
工件和模具接触表面之间
存在外来硬质颗粒或者工
件表面的硬突出物，刮擦
模具表面，引起模具表面