冲压模具失效知识简介

三冲裁模的工作条件及失效形式
此外， 凸模退出板料时，需要有一定的卸料力 将板料从 凸模上 卸下，卸料力与作用在凸模 上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸 模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损， 这也是致使凸模崩刃的原因之一。 对于厚板冲裁模，由于凸 、凹模受到的作用力 增大，在过大应力的作用下，不仅会产生磨损， 而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当 冲裁 凸模较 细长时，还会引起弯曲变形或折 断，如图 11.1.2所示。
四拉深模的工作条件及失效形式
从显微观 察看，模具和坯料的表面都是凹凸不平的， 由于模具表面的硬度高于坯料，相互挤压摩擦时会将 坯料表面刮下的碎粒压入模具表面的凹坑。在拉 深过 程 中，坯料的塑性变形以及坯料和模具工作部件表面 的摩擦，会产生出热能。特别是在某些塑性变形严重 和摩擦剧烈的局部区域，所产生的热能造成了高温， 破坏了模具和坯料表面的氧化膜和润滑膜，使金属表 面裸露，促使材料分子之间相互吸引，并使模具表面 凹坑里的坯料碎屑熔化，和模具表面焊合，形成坚硬 的小瘤，即粘结瘤。这些坚硬的小瘤，会使 拉深件表 面粗糙度 变差，严重时将在产品的表面 刻划 出刻痕， 擦伤工件，并且加速模具的不均匀磨损，这种失效形 式又 称为粘模 。此时，需对模具进行修磨，除去粘附 的金属。 拉深模的 重要问题，就在于如何防止粘附的 金属小瘤。
三冲裁模的工作条件及失效形式
a ）局部塑变
b ） 摩擦磨损 c ） 疲劳损坏
（初期磨损阶段） （正常磨损阶段） （急剧磨损阶段）
图 11.1.1 冲裁时刃口的损伤过程
初期磨损阶段
模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压 力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷 磨损。其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。
正常磨损阶段
当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐 减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化，（见 图 11.1.1b ）。这时刃口和被加工坯料之间的摩擦磨 损成为主要磨损形式。磨损进展较缓慢，进入长期稳 定的正常磨损阶段，该阶段时间越长，说明其耐磨性 能越好。
三冲裁模的工作条件及失效形式
五影响冲压模具寿命的因素
（三）模具制造工艺的影响 1） 锻造工艺的影响 如果锻造工艺不合理，会降低 钢材的性能，造成锻造缺陷，形成导致模具早期失效 的隐患。常见的锻件表面缺陷有裂纹、折叠、凹坑等， 内部缺陷有组织偏析、流线分布不合理、疏松、过热、 过烧等。
2） 加工工艺的影响 切削加工时没有彻底去除材料 表面脱碳层，将会降低模具的表面硬度，加剧了模具 磨裂及淬裂 的倾向。切削的表面粗糙、尺寸连接处不 光滑，或留有尖角和加工刀痕，将萌生疲劳裂纹，造 成模具疲劳失效。磨削加工时进给量过大、冷却不足 则容易产生磨削裂纹和磨削烧伤，减低模具的疲劳强 度和断裂抗力。
五影响冲压模具寿命的因素
3）热处理工艺的影响 模具淬火加热时温度过高，容 易造成模具的过热、过烧，冲击韧度下降，导致早期 断裂。如果淬火温度过低，会降低模具的硬度、耐磨 性及疲劳抗力，容易造成模具的塑性变形、磨损失效。 淬火加热时不注意采取保护措施，会使模具表面氧化 和脱碳，脱碳将造成淬火 软点或软区 ，降低模具的耐 磨性、疲劳强度和抗咬合能力，影响其使用寿命。淬 火冷却速度过快或油温过低，模具容易产生淬火裂纹。 如果回火温度太低，而且不够充分，将无法消除淬火 过程中的残余应力使模具的韧性降低，容易发生早期 断裂。
三冲裁模的工作条件及失效形式
从磨损机理上分析，凸 、凹模的磨损主要是粘附磨损和磨粒磨损。 粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中，由于高 压产生了局部的相互粘着和咬合现象。当接触面相对滑动时，粘 附部分便发生剪切引起磨损。磨粒磨损是指模具工作时表面剥落 的碎屑嵌入工作部件表面，成为磨料，使其逐渐磨损的过程。冲 裁硬度较高的金属材料（如高碳钢、硅钢）时， 因材料的硬粒或 碳化物剥离而产生磨粒磨损。当冲压高韧性材料（如奥氏体不锈 钢）时，易产生粘附磨损。
四拉深模的工作条件及失效形式
在拉深工作中，出现拉深粘模的问题，与被拉 深坯料的化学成分、所使用的润滑剂及模具工 作部件的表面状况等因素有关。镍基合金、奥 氏体不锈钢、 坡莫合金 、精密合金等材料拉 深时极易 发生粘模 。为保证产品的质量， 拉 深模的工作部件表面不允许出现磨损痕迹，必 须具有较低数值的表面粗糙度和较高的耐磨性。
五影响冲压模具寿命的因素
3、模具结构形式的影响 模具的结构形式不合理将导致应力集中而断裂 失效。如图 11.1.4a 所示为正挤压空心工件的 整体凸模，挤压时极易 在心轴根部产生应力集 中而折断。改为图 11.1.4b 所示组合式，消除 了应力集中，可以防止模具的早期断裂失效。
a) 整体式 b) 组合式 图 11.1.4 挤压 凸模结构 形式
模具失效知识简介
一 概念介绍
1)模具的服役：模具经安装调试后，可以正常生产合 格的工件，这一过程称为模具的服役 。一般情况下， 我们总是希望模具能有足够长的服役期限，以满足生 产实际的需要。
2)模具的损伤 ：模具在制造过程中可能会产生某些缺 陷，或者在服役过程中逐渐出现了某些缺陷，如微裂 纹、轻度磨损、变形等等，在此状况下模具虽有隐患 但仍能继续工作，这种虽有缺陷但未丧失服役能力的 状态称为模具的损伤。
五影响冲压模具寿命的因素
2） 模具钢材冶金质量的影响 若钢中含有强 度低、塑性差的非金属夹杂物，则容易形成裂 纹源，引起模具早期断裂失效。
五影响冲压模具寿命的因素
（二）模具结构的影响 1、模具几何形状的影响 模具的几何形状对成形过程中坯料的流动和成 形力产生很大的影响，从而影响模具的寿命。 例凸凹模圆角的设计一定不要超出手册允许范 围。 2、模具间隙的影响 模具的凸凹模工作间隙不仅影响工件的质量， 还影响模具的寿命。冲裁模的间隙过小会加剧 凸凹模的磨损，降低模具的使用寿命。
四拉深模的工作条件及失效形式
拉深模的主要失效形式 由于拉深模具的工作部件没有刃口，受力面积大，工 作时无严重的冲击力，因此， 拉深模不易 出现塑性变 形和断裂失效。但是工作时存在着很大的摩擦，拉深 模具的主要失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘 附磨损为主，是拉 深过程 中常出现的问题和模具失效 的重要原因。粘附磨损的部位发生在 凸模、凹模的圆 角半径处，以及凹模和压边圈的端面，其中以凹模和 压边圈的端面粘附磨损最严重。模具与工件表面产生 粘附磨损后，脱落的材料碎屑会成为磨粒，从而伴生 出磨粒磨损。磨粒磨损将使模具表面更为粗糙，进而 又加重粘附磨损。
的交汇处，工作时刃口承受着剧烈的压应力和摩擦力作用。
三冲裁模的工作条件及失效形式
冲裁模的主要失效形式 模具刃口所受作用力的大小和板料的力学性能、厚度 等因素有关。考虑到板料厚度对模具冲裁负荷的影响， 通常可以将冲裁按板料的厚度分为薄板冲裁 (t ≤ 1.5mm) 和厚板冲裁 (t ＞ 1.5mm) 。我公司板料厚度为 0.8-2.5 既有薄板冲裁又有厚板冲裁 对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在 正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主 要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损，正常磨损 和急剧磨损三个阶段。对应于三个阶段，刃口的损伤 过程如图 11.1.1 所示：
一般情况下，凸模的磨损要快于凹模，这是因为凸模刃口处的 承力面积小于凹模，在同一冲裁力的作用下，凸模刃口处单位面 积承受的压应力要比凹模刃口处更大一些；同时，在每一次冲裁 过程中， 凸模都要切入并退出板料，前后经历两次摩擦，而凹模 和板料的分离部分仅发生一次摩擦。 而且，凹模的淬火硬度通常 高于凸模，这一切使得凸模的磨损要比凹模更快。
3)模具的失效 ：模具因某种原因损坏，或者模具损伤 积累至一定程度导致模具损坏，无法继续服役，称为 模具的失效。 在生产中，凡模具的主要工作部件损坏， 不能继续冲压出合格的工件时，即认为模具失效。
二 模具失效形式及分类
冲压模具的失效形式：一般为塑性变形、磨损、断裂 或开裂、金属疲劳及腐蚀 。
模具的失效按照发生时间的早晚，大致可分为两类： 正常失效和早期失效。 模具经过大量的生产使用，因摩擦而自然磨损或缓慢 地产生塑性变形及疲劳裂纹，达到正常使用寿命之后 失效是属于正常的现象，为正常失效。 模具未达到设计使用规定的期限，即产生崩刃 、碎裂、 折断等早期破坏；或因严重的局部磨损和塑性变形而 无法继续服役，为早期失效。对于早期失效的模具， 必须查找其产生的原因，努力采取补救的措施。
三冲裁模的工作条件及失效形式
冲裁模的工作条件
板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形 阶段和断裂分离阶段 在弹性变形阶段，当 凸模对板料施加压力时，由于 凸模和凹模之 间存在间隙，受力部位不在同一垂线上，板料会在弯矩 的作用下 产生翘曲，与凸模端面的中心部分脱离接触，。这时板料只和模 具的 凸 、凹模刃口部分相接触，压力集中于刃口附近。在冲裁 过程中，由于板料的弯曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狭 小区域。凸 、凹模刃口区域不仅位于最大端面压应力和最大侧面 压应力的交聚处，而且也处于最大端面摩擦力和最大侧面摩擦力
急剧磨损阶段 刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损， 表面出现了损坏剥落（见图 11.1.1c ）。此时进入了 急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具 已无法正常工作。模具使用时，必须控制在正常磨损 阶段以内，出现急剧磨损时，要立即刃磨修复。 随着刃口的磨损，工件的毛刺高度会不断增加，因此 实际生产中，可以通过观测毛刺高度的大小来推断模 具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量允许的毛刺极限 值时即进行刃磨。公司规定凸焊螺母孔毛刺高度＜ 0.2mm; 定位孔毛刺高度＜0.3mm；工艺孔＜0.5mm
四拉深模的工作条件及失效形式
拉深模的工作条件
P 4 和摩擦力 F 4 的作用。
四拉深模的工作条件及失效形式
图 11.1.3 拉深时模具的受力
四拉深模的工作条件及ຫໍສະໝຸດ 效形式在拉深开始阶段， 凸 模圆角半径处的板料被弯曲拉伸 并作相对运动，摩擦力 F 1 使 凸 模圆角半径受到磨损。 随着拉深的进一步进行，已变形板料紧贴凸模圆角半 径部位并开始产生应变硬化，相对运动大大减弱，摩 擦力变小。但是在整个拉深过程中，凹模圆角半径处、 凹模端面以及压边圈相应部位始终与板料作相对运动， 产生剧烈摩擦，压应力和摩擦力都很大，因此凹模与 压边圈的磨损现象始终存在。