第三章模具失效形式及机理
失效原因及预防措施
模具失效及预防措施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。 1 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。 研究表明，在冲击磨粒磨损条件下，模具钢含碳量以O.6％为上限，冷镦模在冲击载荷条件下工作，如模具钢中碳化物过多，容易固冲击磨损而山现表面剥落。这些剥落的硬粒子将成为磨粒，加快磨损速度。热作模具的型腔表面，由于高温软化而使耐磨性降低，此外，氧化铁皮也起到磨料的作用，同时还有高温氧化腐蚀作用。 (3)疲劳失效。 疲劳失效的特征：模具某些部位经过一定的服役期，萌
模具的失效及使用寿命
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
材料脱落的现象叫磨粒磨
损。
•主要特征是模具表面有明显的划痕或犁沟，磨损物为 条状或切屑状。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (一) 磨粒磨损的机理（图3-1、图3-2）
•磨料磨损时，作用在质点上的力分为垂直分力和水平 分力。 •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。
• 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。
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。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
模具寿命与材料
第一章
一、模具成形工艺
（一）普通模锻
普通模锻是将金属加热或不加热，在冲击力或压力作用下，使金属的几何形状发生变化，得到一定要求的锻件。
普通模锻包括镦锻和热锻。
1）镦锻：是材料局部镦粗成一定的形状的加工工艺。可分为冷镦，温镦和热镦。
2）热锻：利用锻锤或螺旋压力机或热模锻压力机使金属变形的加工方法。可以分为模锻和胎膜锻。模锻是金属材料在锻模的模膛中受力变形，获得与模膛形状相符的锻件。目前有高速模锻，粉末模锻。
（二）挤压
挤压是将金属材料放在挤压模型腔内，一端施加强大压力，材料处于三向受力状态下变形，而从一端的模孔中流出，获得不同的形状的型材和管材或零件。
（三）拉拔
拉拔：在拉拔时，材料两向受压，一向受拉，通过模具的模孔或型腔而成形，获得所需形状尺寸的型材，毛坯或零件。分为拉丝和拔管。
1）拉丝：材料在拉力作用下通过小于坯料断面的模孔，产生使断面积减小，长度增加的变形，从而获得不同规格的线材或其他型材。
2）拔管：管坯材料受拉通过模孔和芯棒之间的环形缝隙变形，使管的直径减小、管壁变薄的加工工艺。
四）冲压
冲压是利用冲模使材料发生分离或变形，从而获得零件的加工方法。冲压主要分为分离，成形两类基本工艺方法。
1）分离使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺，可分冲孔、落料、切边、修整等方法。2）成形使坯料发生塑性变形而不分离的工艺拉伸、弯曲、膨胀、翻边和校平等
五）压铸
压铸是压力加工和铸造相结合的工艺，熔融金属以高速压射充填到金属型压铸模型腔内，在压力下凝固而成铸件。
（六）塑料成型
塑料成型是在压力作用下，将粉末状或粘流装的塑料在模具中成形，获得所需形状尺寸的塑料制品。有模压成型、挤压成型，注射成型等。
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
黄诗君
1
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。
2
第三章 模具失效形式及机理
第一节 磨损失效
磨损的概念：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐 失去物质的现象称为磨损。
19
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。
20
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
11
第三章 模具失效形式及机理
（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。
12
第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类
涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时 发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。
模具失效的原因分析
第一节模具失效的原因分析
塑料模具的失效形式主要体现在以下几个方面：选材、钢料品质、模具设计、模具加工质量、热处理、模具表面处理、模具使用等。
1)表面磨损、局部崩裂、变形及断裂；模具的耐磨性，随着模具硬度的提高而增加，但在硬度相同的情况下，韧性愈好耐磨性愈高，所以，模具硬度越高，冲击性能会下降，会促使磨损裂纹的形成和扩展，从而加速磨损的进程。要提高耐磨性，必须注意硬度和韧性的良好配合。
2)由于塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高，再加上不少塑料中含有氯氟元素，其产生的腐蚀性气体的腐蚀，会加剧模具的磨损失效，所以，因表面磨损造成的模具失效比例大；
3)因未调整好低压保护，胶件的压模造成模具表面凹陷的情况也时有发生；
4)小型模具在大吨位机台上超载使用时，容易产生表面凹陷、皱纹、堆塌等，特别是在棱角处易产生塑性变形；
5)由于塑料制品成型模具形状复杂，存在许多棱角、薄壁等部位，在这些部位会产生应力集中，而发生断裂。
6)模具材质选择不当。具体见《模具选材原则》。
7)模具工件热处理工艺不良。
从模具失效分析得知，70％的模具失效是由于热处理不当与选材不当造成的。
二、模具失效改善途经：采用正确的钢料热处理工艺与钢料表面处理工艺
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
热处理加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢和炉内气氛等工艺参数的选择不当，都会造成淬火开裂或早期失效。
众所周知，磨损、粘结均发生在表面，疲劳、断裂也往往从表面开始，因此，对模具表面的加工质量要求非常高。但实际上由于加工痕迹的存在，热处理时表面氧化脱碳也在所难免。因此，模具的表面性能反而比基体差。采用热处理新技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。
第三章 模具失效形式及机理
c.胶合
(a) 涂抹
b.擦伤 当粘结点的强度高于两金属材料的强度时， 剪切发生在较软金属表层较下的部分，有时剪 切也发生在硬金属的浅表层内。
(b) 擦伤
c.胶合 当粘结点强度比两金属硬度高得多且粘结点 面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个金属 表层较深的地方。
(c) 胶合
粘着磨损影响因素：
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
机理：
图3-20
提高抗气蚀和冲蚀磨损的措施 ：
a.合理选择材料(抗疲劳性、抗腐蚀性、强
度及韧性高)
b.降低流体对模具表面的冲击速度,避免涡流
5.腐蚀磨损
定义：模具表面与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 层材料脱落的现象叫腐蚀磨损。(在高温或潮 湿的环境中，在酸、碱、盐条件下易发生)
图3-5 模腔表面凸台微孔缺陷
图3-6 微孔附近拉伤及夹 图3-7 微孔边缘损失形貌 杂物形貌
影响因素：
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。
模具的失效分析
模具的无效剖析№ 1
一 , 目的
1, 2, 模具设计人员一定熟知怎样保证模具设计正确
生产中模具无效时,能剖析原由 ,提出改良举措
,合理 ,提升模具寿命 ,降低成本
,也是工艺员应掌握的技术.
.
二 , 孔类 ` 轴类模具的工作条件
1, 工装模具构成
凹模 -冷镦,正挤,反挤,冲孔,
螺母用凹模等 .
套-推出销套,衬套
垫 -带孔垫块
冲头–正挤, 反挤, 六方冲头
光凸模 (无孔 )
锥形凸模 ,
, ( 螺母冲头
切边凹模 ,
), 推出销,
切边凸模
凸模销 ,
, 销, 轴, 杆.
板 ,块种类 -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 ,常常改换的件 )
冲头, 凹模
要点剖析易损件–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
凹模
工件
下冲头
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.上冲头受力状况以下:
A)向下运动–反挤坯料 ,冲头受压应力 . B) 向上运动–离开坯料 ,因摩擦力冲头受拉应力 .
C)可能因冲头偏爱 ,产生曲折应力 .
结论 : 上冲头受力复杂,易致使无效 .上冲头最大名义压力可达2500 MPa.
在尺寸过渡处,因为应力集中, 有时应力更大于此值.
② 冷挤压凹模的工作条件
冷挤压过程中 ,凹模型腔表面受很大的压力 应力 .
№ 2
,该压力使凹模产生巨大的切向拉
(以下插图 )
p 0
p 1
σt σr
R
资料力学厚壁筒受力剖析理论公式
拉应力
P 1R 12 - P 0 R 02
R 12 R 02 ( P 1 -P 0 )
模具寿命概述
1 模具寿命概述
模具的使用寿命是指模具在使用过程中的耐用程度，模具寿命与模具类型和结构有关,一般同一模具成形的冲压件越多，则标志模具的寿命越长。提高冲模寿命是一个综合性问题，除了正确选用模具材料以外，还应在模具结构设计、工作条件、模具材料性能的影响、模具制造过程的影响、冲裁间隙的影响、模具使用时的润滑条件及所用冲压设备的精度等方面综合予以改进和提高。模具寿命的高低在一定程度上反映一个地区、一个国家的机械制造工业水平.
2 冲压模特点
冲压加工突出的特点是生产率很高，产品质量稳定，但是其前提是模具寿命必须提高。当生产批量较大时，模具寿命问题往往显得十分突出。
2.1冲压模具寿命的评定,即模具正常寿命.
正常失效：正常磨损,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。
不正常失效：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。这些往往表现在设计不合理；模具材料锻造或热处理不当，从而是模具产生裂纹。模具调整不当，送料不到位等操作；模具质量差;那么在冲压模具寿命的评定方面，我们只考虑正常磨损情况及预防措施。
2.2从提高刃口磨损提高模具寿命
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。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。
模具寿命
维护与保养
维护与保养
（1）目的：使设备能保持最佳的性能状态和延长使用寿命，确保生产的正常进行。 （2）适用范围：适用模具的维修和保养。 （3）定时检查、维护：需由模具维修、上下模人员进行定时保养和检查。 （4）加工过后的模具使用电解工超声波清洗法清洗效果更好。清洗的同时起到防锈的作用 1．每日的例行检查和维护： 1.1运行中的模具是否处于正常状态 a．是否有低压锁模保护；b．活动部位如导柱、顶杆、行位是否磨损，润滑是否良好。要求至少12小时要加 一次油，特殊结构要增加加油次数。c．模具的固定模板的螺丝和锁模夹是否松动； 1.2生产正常状况:检查产品的缺陷是否与模具有关； 1.3下机时要对模具进行全面检查并进行防锈处理:抹干型腔、型芯、顶出机构和行位等部位水份并喷洒模具 防锈剂或涂抹黄油。 1.
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。
影响因素
影响因素
（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。
模具寿命影响因素
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。
1模具正常寿命
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。
模具寿命与模具类形和结构有关，它是一定时期内模具材料性能、模具设计与制造水平.模具热处理水平以及使用及维护水平的综合反映。模具寿命的高低在一定程度上反映一个地区、一个国家的冶金工业、机械制造工业水平。
2模具失效形式及机理
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。
常见模具失效形式及机理
磨粒磨损
表面损伤失效 (磨损失效）
粘着磨损 疲劳磨损
其它磨损
气蚀磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
2021/9/25
4
1、表面损伤失效
由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失 去物质的现象称为磨损。
当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模 具表面状态使其不能继续服役时，称为磨损 失效。
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表面或气化
疲劳裂纹
容易发生气蚀磨损的模具：
注塑模、压铸模
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固体表面 15
▪ 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。
▪ 冲蚀磨损机理
●强烈撞击造成局部材料断裂 ●速度不高的反复撞击产生疲劳裂纹，形成麻点和凹坑
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一 冷作模具的服役条件及失效形式
▪ 冷作模具是指在常温下对材料进行压力加工或其他 加工所使用的模具。
冷作模具
冷冲裁模 冷拉深模 冷挤压模 冷镦模
▪ 冷作模具都是在常温下对工件材料施力，使其产生 分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的成品或半
成品件。
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40
1.冷冲裁模
塞积理论
(001)
c
σ (101) σ
影响模具失效的基本因素
当刃口间隙由板料厚度的5%加大到15％时，模 具的一次刃磨寿命显著增加。但当间隙过大时，板 料的弯曲变形增大，凸、凹模端面与板料的接触面 积减小，冲裁力集中作用于刃口处，易使刃口塑变 钝化。刃口变钝又导致冲裁力增大，如此相互影响， 同样降低模具的刃磨寿命。
一般说来，为获得高质量冲裁断面的最佳间隙 值与为保证模具较高寿命的最佳间隙值往往并不一 致，设计时应全面考虑具体要求作出最优选择。
第一节 模具结构设计对失效的影响
在保证模具使用要求的前提下，采用适当措施， 合理设计模具结构，以减轻模具危险部位的实际工 作应力或受热程度，可显著地提高模具的承载能力 和使用寿命。反之，则易造成模具的早期失效。
一、冷作模具结构设计防护措施
冷作模具中的冷冲裁模载荷较轻、精度较高， 防止早期失效的结构设计防护措施主要是优选工 作间隙、保证结构刚度。冷挤压模和冷镦锻模等 承受较重的静载荷或冲击载荷，它们的结构设计 除了保证结构刚度外，应特别注意采取减轻工作 载荷和减少应力集中的防护措施，使模具各部分 受力尽量均匀，避免局部应力过大而发生早期失 效。
为了减载，还应注意其它工艺环节。如选用的 被挤压材料，其变形抗力应尽可能低，所含杂质应 尽可能少；坯料的切割加工应保证端面干整、不带 斜度，避免对凸模造成偏载；坯料直径应比凹模孔 径小0.15~0.20mm，以防止挤压力急剧上升使凹模 胀裂；但间隙也不能过大（如反挤压时不应大于 0.20mm），以保证同轴度，避免凸模偏载。
模具的失效形式与修复
崩刃
、
疲劳磨损 磨损失效 气蚀磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 脆性断 裂失效 断裂失效 疲劳断 裂失效 塑性 断裂失效
应 力腐蚀 断裂失效 过量 弹性 变形失效 变形失效 过量 塑性变形失效 局 部塌 陷 、 型 腔涨 大 、 型腔 塌 陷 、 型 Ｌ 扩 蠕变超 限失效 大、 棱角凸模纵 向弯曲
一百度文库
应符合一定要求。
表 ２ 模 具 失 效 形 式 及 特 征
失效形式 分类 特 征
磨、 耐热、 耐蚀等特殊性 能的熔覆 层 ， 使模具达 到使 用要求。据统计， 用于修复旧零件的合金量 占堆焊合 金 总量 的 ７ ２ ． ２％Ｉ 。 模具堆焊修复技术主要有火焰堆焊 、 电弧堆焊 、
一
ｎ
１．１
Ｓ＝
Ｓ Ｌ ｓ １ ＋５ ２＋ …
尖锐转角引起残余拉应力 ， 缩短模具寿命。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ０ — ０ ５ 作者简 介 ： 郑 滢滢（ １ ９ ７ ５ —） ， 女， 浙 江温州人 ， 高级工程师 ， 主要从事模具教学 、 设计 、 科研方面工作 。
时效机理 ， 并提 出其修复途径 ， 阐述各种修复途径 的 异 同， 对 提高模具使用寿命 ， 降低各行各业 的生产成 本， 提高产品的市场竞争力 ， 具有十分重要 的意义 。
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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
材料脱落的现象叫磨粒磨
损。
•主要特征是模具表面有明显的划痕或犁沟，磨损物为 条状或切屑状。
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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
• (一) 磨粒磨损的机理（图3-1、图3-2） •磨料磨损时，作用在质点上的力 分为垂直分力和水平分力。
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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
•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
• 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
点剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属 表面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表 面。如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢 表面也残留少量的小坑；
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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）粘着磨损的分类 • •胶合（咬死）：粘结点强度远远高于模具和工件的强
•
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
成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂
纹扩展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。
•
模具疲劳磨损有机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。
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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
• 四、疲劳磨损
• （二) 影响疲劳磨损的因素 ① 材质：钢材的冶金质量，如：夹杂物类型、大小、
• （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
•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。
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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
•（二）冲蚀磨损 • 定义：液体或固体微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 坑的现象叫冲蚀磨损。 • 当小液滴速度特别高，高于100m/s 时，产生的冲 击应力会超过材料的屈服强度，造成局部材料断裂。
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第三章Hale Waihona Puke Baidu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。
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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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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；
露，造成工件与模具材料纯金属接触，分子间互相吸
引、渗透、粘着，使这些突起处联接起来。随着相对
运动的进行和接触部分的温度急剧下降，突起处相当
于进行了一次局部淬火，使粘着部分材料强度增加，
形成淬火裂纹，最后造成撕裂和剥落。图3-5为粘着
磨损过程。
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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）粘着磨损的分类 • •涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时
发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。
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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）粘着磨损的分类 • •擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接
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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
• 第一节 磨损失效
•
磨损的概念：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐
失去物质的现象称为磨损。
•
模具的磨损：坯料与模具之间接触，成型过程中产生
相对运动，造成磨损。
•
磨损的结果:(1)模具尺寸发生变化；(2)模具表面状
态发生变化，如粗糙度增加、产生划痕等。
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；
•（一）气蚀磨损 • 产生机理：模具与液体表面接触作相对运动时，在 液体与模具接触处的局部压力比液体蒸发压力低的情况 下，形成气泡，同时溶解在液体中的气体也可能析出形 成气泡，如果这些气泡流到高压区，当承受压力超过气 泡内压力时，气泡就会破裂，在瞬间产生极大的冲击力 和高温，作用于模具表面上。气泡的形成和压溃的反复 作用，使零件表面疲劳破坏，产生麻点，随后扩展成海 绵状空穴，这种磨损称为气蚀磨损。
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。
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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
•（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。
• 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。
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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 • 氧化磨损的速度与氧化膜的性质有关：
•（1）氧化膜的密度和金属相近：氧化膜能牢固覆盖在金属 表面，磨损小；
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。
•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
• 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
•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。
• 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
•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）
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
•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。
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
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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
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•腐蚀磨损，它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻 点，但麻点比较光滑。磨损物为薄的碎片或粉末。典型工 件如汽缸与活塞、船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。
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• 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。