模具寿命与失效3
模具寿命
模具寿命: 模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数。
模具失效形式归纳起来主要有三种:磨损、断裂、塑性变形磨损:由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象。
模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动，造成磨损。
磨损失效:当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。
按磨损机理可分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损磨粒磨损:外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象。
工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨损也叫磨粒磨损。
磨粒硬度Hm与模具材料的硬度H0之间的相对值对磨损影响：当Hm < H0时，I区，模具产生轻微磨损，磨损率小，曲线上升平缓。
当Hm = H0时，Ⅱ区，为磨损软化状态，磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>H0时，Ⅲ区，为严重磨损状态，磨损量较大，曲线趋平。
影响磨粒磨损的因素：1．磨粒的大小和形状2．磨粒硬度Hm与模具材料硬度H03．模具与工件表面压力4．磨粒尺寸与工件厚度的相对比值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．采用防护措施对模具表面进行耐磨处理的具体方法有:1 、表面淬火(感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火)2 、渗碳3 、渗氮4 、氰化(碳氮共渗)粘着磨损：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，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。
粘着磨损分类：1、轻微粘着磨损：当粘结点的强度低于模具与工件的强度时2、严重粘着磨损：当粘结点的强度高于模具与工件其中之一的材料强度时（涂抹、擦伤、胶合）磨损程度排序: 轻微粘着磨损＜涂抹＜擦伤＜胶合涂抹；粘结点的剪切发生在较软金属表面层上部,当粘结点强度高于较软金属的强度时擦伤：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胶合：当粘结点强度比两金属强度高得多且粘结点面积较大时影响粘着磨损的因素：1.表面压力2.材料性质3.材料硬度提高耐粘着磨损性能的措施：1.合理选用模具材料2、合理选用润滑剂和添加剂3、采用表面处理疲劳磨损:两接触表面相互运动时，在循环应力(机械应力与热应力)的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。
模具的失效及使用寿命
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模具的失效及使用寿命
• 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。
• （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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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理源自区，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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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
•
② 材料性质
•
脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料形成的粘
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
• ③ 材料硬度
•
模具材料硬度越大，磨损越小；反之，磨损
越大。
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模具的失效及使用寿命
河南科技大学模具寿命与失效
第一章绪论1、模具的分类：a、模具所加工材料的再结晶温度：冷变形模具、温变形模具、热变形模具；b、模具加工坯料的工作温度：热、温、冷作模具；c、模具成型的材料：金属成型用模具“非金属成型用模具；d、模具的用途：锻造模具、冲压模具、挤压模具、拉拔模具、压铸模具、塑料模具、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具、其他模具等。
第二章模具寿命与工业生产的关系1、模具正常寿命：模具正常失效前生产出的合格产品数目，简称模具寿命S。
第三章模具失效的基础知识1、模具失效的分类：磨损失效、塑性变形失效、断裂失效。
2、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。
可分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损等。
磨损失效：当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态，使不能继续服役。
3、磨粒磨损a、形成和特征：工件（模具）表面有硬质点存在，变形材料在模腔内流动，造成对磨具表面的磨损。
b、机理：磨粒与工件、模具接触，在成形力作用下，磨粒压入工件和模具，工件在模具内运动带动磨粒在模具表面产生划痕。
c、影响因素：1）磨粒尺寸和几何形状：磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。
2）磨粒硬度；3）模具与工件表面压力；4）工件厚度。
d、提高模具耐磨粒磨损措施：1）选用耐磨性能好的材料：T7、T8、T10；2）合理的热处理工艺；3）进行表面强化；4）使用润滑清理。
4、粘着磨损a、形成过程：模具与工件实际接触面积小，在外力作用下，局部接触部位材料产生屈服，进一步粘着到模具或工件上。
b、特征：有材料的转移。
c、理论分析：1）模具表面凸凹不平，实际接触面积有0.01~0.1％，接触应力大；2）金属流动时产生大量的热，局部出现熔化；3）高温下，金属与模具间的润滑层破坏；4）新材料暴露，加剧与模具材料分子间吸附；5）变形结束后，表层温度急剧下降，出现淬火裂纹。
d、影响因素：1）压力；2）材料性质：模具材料（按强度理论可分为脆性断裂和韧性断裂）、工件材料；3）润滑剂；4）表面处理。
《模具失效分析》第二、三章
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。
铝合金铸件模具一般为4-8万次，个别可超过10万次， 国外可达8-15万次以上；
常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进 模。具有转子冲片落料、旋转72°再叠片，定子冲片落料、回 转90°再叠片、(以消除料厚误差)等功能。这两项模具精度达 2μm，步距精度2-3μm，双回转精度1′，寿命达到1亿次以上， 制造周期5-6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3，已达 到国际先进水平，完全可以替代进口。
五、腐蚀磨损
什么叫腐蚀磨损？
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， 再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落的现象。
腐蚀磨损机理
模具表面与周围介质发生化学或电化学反应 氧化磨损
腐蚀磨损分类
特殊介质腐蚀磨损
六、磨损的交互作用
3.2、断裂失效
断裂失效
模具出现大裂纹或分离为两部分和属部分，丧失服 役能力时，称为断裂失效
形状的产品。
在室温条件下工作，塑性变形大，工作环境差，凸 模承受巨大的冲击力和摩擦力；凹模承受胀力和摩 擦力的作用。
最常见的失效形式是磨损失效和疲劳断裂失效。
4.冷挤压模
依靠模具使金属坯料在强大而均匀的近似静挤压 力的作用下，产生塑性变形流动而形成产品 在进行冷挤压加工时，模具承受强大的挤压力（如 正挤压钢材时，挤压力约为2000～2500MPa），同 时产生很大的摩擦力，由于摩擦和变形，模具的局 部表面温度可达400℃以上。此外由于金属坯料不平 整，凸模和凹模之间的间隙不均匀和中心线不一致， 还会使的偏载或横向弯曲载荷。 主要的失效形式是磨损失效、 塑性变形失效、凸模折断失 效、疲劳断裂失效及纵向开 裂失效，有时还会产生胀裂 失效。
模具寿命[3}
《模具寿命》名词解释1.模具:是压力加工或其他成形工艺中，使材料变形成产品的成形工艺装备。
2.模具寿命:模具因为磨损或其他形式失效，终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数。
3.模具正常寿命：模具正常失效前，生产出的合格产品的数目。
4.模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态。
5.模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役。
6.模具的早期失效：是指模具未达到一定的工业技术水平下公认的寿命就不能服役。
7.模具的正常失效：是指模具经大量的生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀的磨损或疲劳断裂而不能继续服役。
8.塑性变形失效：模具在使用过程中，发生了塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而不能修复再服役时，称塑性变形失效。
9.磨粒磨损:外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象。
10.粘着磨损: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，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。
11.疲劳磨损：两接触表面相互运动时，在循环应力的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。
12.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。
13.冲蚀磨损：液体和固体微小颗粒高速落到模具表面，反复冲级模具表面，使模具表面局部材料损失，形成麻点和坑点的现象。
14.腐蚀磨损:在磨擦的过程中，模具表面与周围介质发生化学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落的现象。
15.磨损失效: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。
16.沿晶断裂：裂纹沿晶界面扩展而造成金属材料的脆断。
17.疲劳断裂：模具在循环载荷的作用下服役一段时间后所引起的断裂。
18.脆性断裂：是指断裂时不发生或发生较小的宏观塑性变形的断裂。
19.一次性断裂：是指在承受很大变形力或在冲击载荷的作用下，裂纹产生并迅速扩展造成的裂纹。
压铸模具失效形式以及如何提高寿命
压铸模具失效形式以及如何提高寿命压铸模具是压铸生产中最重要的零部件之一，它承担着压铸工艺中的成型和冷却功能，是压铸产品质量和产量的关键因素之一。
然而，由于压铸模具在工作过程中受到高温高压的影响，加之工作频次高，很容易出现失效现象。
本文将探讨常见的压铸模具失效形式以及如何提高其寿命。
一、压铸模具失效形式1. 疲劳失效。
由于模具在压铸生产中的高频使用，反复受力反复工作，易产生疲劳失效。
疲劳失效分为低应力疲劳和高应力疲劳，低应力疲劳主要表现为模具表面开裂、裂纹扩展；高应力疲劳主要表现为模具出现断裂现象。
2. 磨损失效。
在模具定向移动过程中，会磨损模具表面，削减模具尺寸精度，造成松动和失效。
磨损失效分为粘着磨损、磨粒磨损、抛光磨损等。
3. 腐蚀失效。
模具在高温高压下与铝合金反应，会导致腐蚀失效。
大量的铝合金氧化物和废气产生，这些氧化物会在模具表面附着、腐蚀，严重影响模具的使用寿命。
4. 热疲劳失效。
在模具与铝合金摩擦过程中，会产生大量的热量，造成热膨胀和收缩，导致热疲劳失效。
热疲劳失效不可逆，一旦发生，模具寿命会大幅缩短。
二、提高压铸模具寿命的方法1. 优化模具设计。
在模具设计阶段，可以采用耐热合金、表面渗碳处理等技术和材料，以提高模具的耐热性、耐腐蚀性和耐磨损性。
2. 加强模具维护。
定期对模具进行清洁和润滑，对磨损严重的模具进行翻新和更新，是提高压铸模具寿命的必要手段。
维护模具还可以准确的检测模具工作情况，及时调整和修复模具。
3. 优化压铸工艺。
优化压铸工艺，可以减少模具的应力和疲劳程度。
通过优化压铸工艺可以选择合适的铝合金材料和合理的工艺参数，具有重要的提高模具使用寿命和生产效率的作用。
4. 加强模具管理。
科学的模具管理，可以提高压铸模具的使用效率和寿命。
包括模具存储、模具抽检、模具保养四个方面。
结论：压铸模具是压铸产品质量的关键环节，模具失效会影响生产效率和生产成本，甚至还会产生质量问题。
因此，提高压铸模具的寿命是非常重要的。
模具寿命与失效复习资料
一、模具的定义及其意义1、模具的定义模具是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备，是机械制造工业成型毛坯或零件的一种手段，用以限定生产对象的形状和尺寸。
它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。
2、模具的生产意义：⑴用模具成型产品的工艺应用非常广泛。
⑵模具成型制件可实现少、无切削加工。
⑶模具成型具有优质、高产、低能耗和低成本等特点。
⑷模具成型可以缩短产品的生产周期以及提高产品的生产率及利润。
二、模具生产的发展趋势⑴发展精密、高效、长寿命模具。
⑵发展精密、高效、数控自动化加工设备，提高模具制造水平。
⑶发展各种简易模具加工技术。
⑷完善、改进现有模具钢性能，开发新型模具钢种。
⑸发展专业化生产。
⑹模具标准件的使用，缩短制造周期，提高质量及降低成本。
三、模具失效分析(一) 模具失效分析的定义及其意义1.失效分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多学科交叉分析，找到失效的原因和解决的措施，达到提高模具寿命的目的。
提高模具的寿命其实就是延缓模具的失效。
2.失效学是研究机械设备的失效诊断、失效预测和失效预防的理论、技术和方法及其工程应用的一门学科。
防止类似失效在模具设计寿命范围内再发生的目的3.失效总是从模具对服役条件最不适应的环节开始，而且失效模具的残骸上必然会保留有失效过程的信息。
（二）模具失效分析的发生条件引起模具失效的因素有内因和外因，内因即材料方面，包括材料品质及加工工艺方面的各种因素；外因即环境方面，包括受载条件、时间、温度及环境介质等多个因素。
任何模具的失效都是在材料的强度、韧性与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的；四、模具的分类及模具成型工艺的分类1.成型工艺分类：普通模锻挤压拉拔冲压压铸塑料成型2.模具分类：1、按模具所加工的材料的在结晶温度分：⑴冷变形模具⑵热变形模具⑶温变形模具2、按模具加料的工作温度分：(1) 冷作模具: 冷（冲、镦、挤）模拉深模、弯曲模、拉丝模、滚丝模(2) 热作模具: 热锻模、压铸模、非金属成型模(3) 温作模具: 温（锻、镦、挤）模、温热旋压模3、按模具成型的材料分：⑴金属成型用模具⑵非金属成型用模具4、按模具的用途分：锻造模具冲压模具拉拔模具压铸模具塑料模具橡胶模具陶瓷模具玻璃模具其他模具五、模具失效的影响因素模具失效的影响因素包括：模具结构、模具工作条件、模具材料、模具制造。
关于模具使用寿命及失效问题分析
关于模具使用寿命及失效问题分析摘要：在现代工业社会中，冷冲压模具生产方式是一种倍受青睐的现代工业品的加工方式，它的使用寿命直接影响着现代工业生产的效能与效率，它已是现代工业生产中的关键一环，因而它的使用寿命的提高也成为众多企业和专家学者研究课题。
关键词：模具使用寿命；失效问题；措施模具被人们称为工业之父，由于现代工业的自动化程度越来越高，模具的使用范围也越广泛，可在我国的较多中小企业中，其寿命还很低，仅相当于国外同行业的1/3到1/5。
模具的寿命低，不但会降低产品质量，更会产生浪费模具材料、增加加工工时等严重的后果，使产品的成本居高不下并严重影响生产效率。
1模具结构丧失功能的原因分析模具制品主要应用于工业生产，但时常会出现各类异常操作，进而导致模具结构定型功能的丧失，由此白白消耗大批的劳动工时，制约了生产效率的提升。
在此重点阐释模具制品失效的常见原因及常见的失效类型。
模具制品有多种失效模式，其中冷热型模具在使用过程造成功能丧失的几种主要表现是：在实际使用过程中模具结构产生塑性形变；模具工件内腔的摩擦损耗；模具材质疲劳；模具结构开裂。
1.1模具结构产生塑性形变模具结构所产生的塑性形变就是指其所承受的负载大小超出了依照其本身结构特点所设定的屈服强度指标并由此引发的模具结构形态改变，比如模具发生胎腔内陷、孔眼增大、棱角边缘坍落以及凸型模转变成镦粗型结构、竖向发生弯曲情况等。
特别是热加工型模具制品，它的有效工作表观层和高温型材料相接触产生摩擦及挤压过程，导致胎腔表观层温度一般都远远超出热加工模具钢材质的回火状态温度，胎腔内表面因为受热变软而被挤陷或挤成堆状。
冷镦型模具主要采用具有弱淬透性能的钢材，模具工件经过淬火预热之后，通过里孔实施喷水降温作业从而形成硬型保护层。
在模具工件使用过程中，倘若其受到的冷镦应力太强，其硬型表层下部的内壁耐压屈服性能不强，此时模具体内腔即被压坍。
模具工质的本身屈服能力通常随着碳元素的组分浓度随着某类合金成分的增大而上升，在硬度性能一样的状态下，不同组分含量的钢材质具备的抗压能力不一样，当钢体硬度指标为64HRC时，下面4类钢质的耐屈服能力从小到大的排列顺序是：5CrNiW＜Cr6WV＜Cr12＜W18Cr4V。
模具失效的基本概念及失效主要形式
模具失效的基本概念及失效主要形式模具失效的基本概念：众所周知，模具在服役时，在其不同部位，承受着不同的作用力。
一个副模具在服役过程中，可能同时或先后出现多种损伤形式。
大多数模具出现损伤后不会立即丧失服役能力，仅在其中之一种损伤发展到足以妨碍模具的正常工作或是生产出废品时，此模具才停止服役。
因此，所谓失效形式，就是使模具丧失服役能力的某些损伤形式。
冷、热模具在服役中失效的基本形式有五种：塑性变形、磨损、疲劳、冷热疲劳、断裂及开裂。
东莞弘超研究表明，模具在工作过程中有可能同时出现多种损坏形式，各种损伤之间又相互渗透、相互促进、各自发展，而当某种损坏的发展导致模具失去正常功能，则模具失效。
其中除冷热疲劳主要出现在热作模具外，其他四种失效形式，在冷作或热作模具上，均可能出现。
失效分析的目的：失效分析是指分析失效原因，研究和采取补救措施和预防措施的技术与管理活动，再反馈于生产，因而是质量管理的一个重要环节（下图为压铸模具热龟裂的表现图）。
失效分析的目的是寻找材料及其构件失效的原因，从而避免和防止类似事故的发生，并提出预防或延迟失效的措施。
失效分析工作在材料的正确选择和使用，新材料、新工艺、新技术的发展，产品设、制造技术的改进，材料及零件质量检查、验收标准的制定、改进设备的操作与维护，促进设备监控技术的发展等方面均起重要作用。
金属材料失效分析涉及的学科和技术种类极为广泛。
学科包括金属材料、金属学、冶金学、金属工艺学、金属焊接、材料力学、断裂力学、金属物理、摩擦学、金属的腐蚀与保护等。
试验分析技术包括金相、化学成分、力学性能、电子显微断口、X射线相结构等。
失效形式一：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。
东莞市弘超模具科技有限公司根据实践总结，图例解读模具的塑性变形概念和原理。
例如：凹模在服役中出现的型腔、型孔胀大，棱角倒塌以及冲头在服役中出现冲头镦粗、纵向弯曲等，尤其是热模具，模具的工作面与高温的坯料接触，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，使型槽尺寸变样，失去其尺寸和形状的精度而失效。
模具寿命与失效
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疲劳断裂的特征
断裂失效
疲劳断口特征分为： 疲劳扩展区(光亮区)：
是裂纹自裂纹源向纵深 逐渐发展形成的，具有 光亮的“贝纹”状痕迹。
最后断裂区(粗糙区)：是裂纹发展到一定程度失 稳快速扩展的结果。
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五、多种失效形式的交互作用
1）磨损对断裂的促进作用 磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨
*冷冲裁模的受力过程
在板料弹性变形阶段 冲头端面的中央部位
与板料脱离接触，压 力集中于刃口附近的 狭小范围内，使刃口 上的单位面积压力增 大。
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冷冲裁模
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冷冲裁模的受力过程
在板料塑性变形和剪 裂阶段
凸模切入板料，板料 挤入凹模内孔，使模 具刃口的端面和侧面 产生挤压和摩擦。
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疲劳磨损的形成过程
疲劳磨损
在某些组织不均匀处，由于应力集中， 形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂 物走向发展。
当裂纹扩展到表面或与纵向裂纹相交时， 形成磨损剥落。
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疲劳磨损的种 类
模具疲劳磨损的外载有机械载荷 和热载荷。因此疲劳磨损可分为：
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其他形式磨损
气蚀磨损的形成过程
在这种气泡的形成和破裂的反复作用下， 模具浅表面将萌生疲劳裂纹，最后扩展 至表面，局部金属脱离表面或气化，形 成泡沫海绵状空穴。
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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 叫冲蚀磨损。
模具的失效及使用寿命
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模具失效形式及机理
七、磨损的交互作用 模具表面的磨损往往多种形式并存，并相互促进。 如；模具表面发生粘着磨损后，形成的磨粒会引发磨
粒磨损；而磨粒磨损造成模具表面更加粗糙，又会促进粘 着磨损；
模具表面疲劳磨损后，形成的磨粒同样会引发磨粒磨 损；而磨粒磨损造成模具表面更加粗糙，也会促进粘着磨 损、疲劳磨损。
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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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。
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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。
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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
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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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） 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。
模具寿命与失效3
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模具寿命与失效3
•冷镦模
n 当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出 模机构将零件从凹模中顶出。
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模具寿命与失效3
•冷镦模
n 在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达 60～120次／min，冲击力大，金属坯料 受到强烈地镦击，同时，模具也同样受 到短周期冲击载荷的作用。
使用前先要进行预热。（目的？）
b.与坯料接触的热：在工作中与炽热坯料 接触• 进一步被加热。
c.变形热和摩擦热：坯料变形以及与型腔 表面摩擦所产生的热量有一部分被模具 吸收。
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模具寿命与失效3
（2）模具的受热
•锤锻模
n 在锻造钢件时，坯料温度通常在1000℃ 以上，模具型腔表面的温度一般可达到 500～600℃，其中窄小、凸起等部位吸 热较• 多，温度可高达750℃。
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模具寿命与失效3
•(一)锤锻模
1．锤锻模的工作条件
锤锻模上模与锤头 固定，下模与工作 台的模座固定，工
•
作时上模随锤头向 下运动，与下模合 模的过程中成型模 锻件。
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模具寿命与失效3
1．锤锻模的工作条件
在工作过程中 的机械负荷主 要是冲击力和 摩擦• 力，热负 荷主要是交替 受加热和冷却。
在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积 的压力很大。 设冲头工作部分的直径为d，板料厚度 为t，则比值d/t越小，冲头受力越大， 其寿命就越低。
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模具寿命与失效3
•冷冲裁模
模具寿命与失效
④工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件的深度越深，对模具的磨损量减小。
7、影响粘着磨损的因素：①材料性质，相同金属或互溶性大的材料组成的摩擦副，粘着效应较强，易产生粘着磨损。性质不同的金属或互溶性较小的材料组成的摩擦副，不易产生粘着磨损。②材料硬度，，模具材料的工件材料硬度相差越大，则磨损越小。两者硬度越接近则磨损越严重。③模具与工件表面压力。④滑动摩擦速度
6、影响磨粒磨损的因素：①磨粒的几何形状对磨损率也有较大的影响。当默默里的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出较小时，磨损率较小。
②要减小磨粒磨损量，金属的硬度Hm应比磨粒的硬度Ha高。（要求满足Hm≈1.3Ha）
③模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入金属表面的深度越深，则磨损量越大。但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使磨损量的增加减缓。
44、耐磨性与哪些因素有关
答：耐磨性不仅与材料的强度、韧性及硬度有关，还与钢中碳化物的数量、大小及分布有关。一般来说，强度或硬度及韧性越高，碳化物越细小、分布越均匀，材料的耐磨性越好。
45、论述减轻粘着磨损的主要措施
答：1.尽量选择互溶性少、粘着倾向小的材料配对；选择强度高、不易塑性变形的材料。
29、模具表面的应力集中部位，加工和使用过程中所造成的表面损伤，材料本身的冶金缺陷等，都易成为疲劳断裂的裂纹源。尤其表面存在较大拉应力时，疲劳裂纹多萌生于表面应力集中处。
模具寿命的概念
、模具寿命的概念原理模具寿命是指在保证制件品质的前提下, 模具所能达到的生产次数（冲压次数、成型次数）。
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。
模具使用寿命：模具已经生产的次数。
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工作。
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工作。
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。
2.模具失效形式及原理模具种类繁多，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. 磨损失效模具在工作时，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。
磨损失效可分以下几种：a. 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。
b. 气蚀磨损和冲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。
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。
c. 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。
在模具与工件（或坯料）相对运动中，磨损往往是以多种形式并存，并相互影响。
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工作能力时，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。
模具寿命
1模具寿命：模具因为磨损或其它形式失效、终止不可修复而报废之前所加工产品的件数。
2模具服役：模具安装调试后，正常生产合格产品的过程。
3模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化微裂纹腐蚀等现象，没有散失服役能力状态4模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时。
5早期失效：模具未达到一定工业技术水平公认的使用寿命就不能服役时，称早期失效。
6正常失效：模具大量生产使用，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7修模寿命：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。
8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。
9磨损失效：当模具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态，使其不能继续服役。
10 按照磨损机理分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。
11 磨粒磨损：工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面材料脱落的现象。
12 采用模具成形工件时，模具的硬度要比工件高。
13 工件厚度:工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件深度越深，对模具的磨损量越小。
14粘着磨损：工件与模具表面相对运动时，由于表面凸凹不平，某些接触点局部应力超过了材料的屈服强度发生粘合，粘合的结点发生剪切断裂而拽开，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。
15 影响粘着磨损的因素：材料性质、材料硬度、模具与工件表面压力、滑动摩擦速度。
16 影响疲劳磨损的因素：材料的冶金质量、材料的硬度、表面粗糙度。
17 断裂失效：模具在工作中出现较大裂纹或部分分离而散失正常服役能力的现象。
18 冷拉伸膜失效形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。
19 影响模具寿命的因素主要包括：模具结构设计、模具工作条件、模具材料、模具的热加工和冷加工、模具使用状况等因素。
20 采用组合式模具可避免应力集中和裂纹的产生。
21 模具的工作间隙：凸凹模工作间隙的大小决定了模具的生产质量和使用寿命。
冲裁模凸凹模的刃口间隙是工作间隙，也叫冲裁间隙。
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冷镦模
当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出 模机构将零件从凹模中顶出。
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冷镦模
在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达 60～120次／min，冲击力大，金属坯料 受到强烈地镦击，同时，模具也同样受 到短周期冲击载荷的作用。
由于是在室温条件下工作的，塑性变形 抗力大，工作环境差，凸模承受巨大的 冲击压力和摩擦力，凹模承受冲胀力和 摩擦力，产生强烈地摩擦。
与冲裁模不同的是拉 深模刃口圆钝不锋利， 凸、凹模之间的工作 间隙较大。
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冷拉深模
2.冷拉深模的失效形式
拉深模在工作时，冲击力很小，单位面 积的压力也不大，主要是模具型腔表面 承受板材变形的剧烈摩擦。
这种模具的失效形式主要是粘着磨损和 磨粒磨损。
磨损部位：凹模、压边圈端面、凸模、 凹模圆角半径处等。
分析思路： ➢ 1）根据受力特征判断可能产生失效的形式； ➢ 2）根据刃口磨损部位或损伤程度分析原因； ➢ 3）根据刃口变形特征判断磨损阶段 在急剧磨损阶段之前及时对刃口进行修磨，
可提高使用寿命。
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（二）冷拉深模
1.冷拉深模的工作条件
拉深模的主要工作零 件也是凸模刃口和凹 模刃口。
冷冲裁模
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冷冲裁模的受力过程
在板料塑性变形和剪 裂阶段
凸模切入板料，板料 挤入凹模内孔，使模 具刃口的端面和侧面 产生挤压和摩擦。
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冷冲裁模
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*冷冲裁模的受力性质
模具在工作过程中刃 口受到的力主要有：
正压力、侧压力、摩 擦力和弯曲力等。
模具刃口受力的大小 与板料的厚度和硬度 有关。
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（三）冷镦模
冷镦模是在冲击力的作用下，凸模使金属 棒料在凹模型腔内镦粗成形的冷作模具。
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冷镦模
冷镦模主要用来加工各种形状的螺钉、铆 钉、螺栓和螺母等的毛坯。
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冷镦模
模具的上模是由凸模和模柄通过螺钉紧固 而构成。下模是由凹模及凹模固定套和凹 模固定板组成。
模具寿命与失效
授课人：曾珊琪
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第三章 模具失效的基础知识
第二节 模具的工作条件与失效形式 不同种类的模具，由于其工作条件
不同，它们在服役中发生失效的形 式和特点也各不相同。 下面将分别介绍各种模具的工作条 件和失效形式。
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一、冷作模具的工作条件与失效形式
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冷冲裁模
失效形式与板厚的关系
薄板冲裁模受力较小，其失效的主要形 式是磨损。
厚板冲裁模受力较大，其失效形式除了 磨损外,还可能发生局部断裂(崩刃)。
当比值d/t较小时，还会引起冲头的宏 观塑性变形或折断。
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冷冲裁模
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4．模具刃口的损伤过程
这时刃口的磨损主要由 坯料的摩擦引起，磨损 速度变缓，即进入稳定 磨损阶段。
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3）急剧磨损阶段
模具服役相当长的时间 后，刃口因经受多次冲 裁而趋于疲劳，局部表 面开始剥落，即进入急 剧磨损阶段。
这时，会因冲裁件不合 格导致模具失效。
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在冲压力作用下，凸 模引入凹模时，对板 料施加一定压力，通 过锋利的刃口使板料 产生弹性变形、塑性变形，直至被剪裂。
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4Leabharlann *冷冲裁模的受力过程在板料弹性变形阶段 冲头端面的中央部位
与板料脱离接触，压 力集中于刃口附近的 狭小范围内，使刃口 上的单位面积压力增 大。
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冷冲裁模
2．模具寿命与受力大小、板料厚度的关系 冲头受到的压力通常大于凹模，尤其是
在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积 的压力很大。 设冲头工作部分的直径为d，板料厚度 为t，则比值d/t越小，冲头受力越大， 其寿命就越低。
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冷冲裁模
冲头寿命与直径、板料厚度的关系
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冷冲裁模
3．冷冲裁模的失效形式
模具刃口在压力和摩擦力的作用 下，最常见的失效形式是磨损和 崩刃。
磨损的部位：刃口磨损、侧面磨 损、端面磨损。
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❖失效形式与板厚的关系
冷冲裁模
冲裁不同板料厚度的模具负荷的大小不 同，失效形式也有所不同。
冲裁模可分为： 薄板冲裁模(t≤1．5mm) 厚板冲裁模(t＞1．5mm)。
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拉深模损伤的过程
冷拉深模
在冷拉深过程中，模具工作表面的某些 局部负荷较重，承受挤压力较大,摩擦热 积累较多，使温度升高
在温度和压力的共同作用下，模腔局部 表面易与坯料发生咬合，使小块坯料粘 附在模腔表面形成很硬的“小瘤”
坚硬的“小瘤”使拉深件表面产生划痕 或擦伤,即发生了粘着磨损。
冷镦模最常见的失效形式
冷镦模
还可能产生凸模的塑性变形和折断； 凹模的模口胀大、棱角堆塌、腔壁胀裂
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冷镦模最常见的失效形式
冷镦模
磨损失效和疲劳断裂失效 磨损失效可能有磨粒磨损、表面损伤、冲
击磨损等多种形式；
凸模在冲击力的作用下，表面会产生剥落 而出现麻坑；
由磨损所造成的表面损伤、麻坑、擦伤痕 等，均可能成为疲劳裂纹源，导致模具的 疲劳断裂。
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冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、 冷挤压模、冷镦模等。
相同点：都是常温下对被加工材料施加压 力，使其产生分离或变形，获得零件。
不同点：技术要求不同，具有不同的工作 条件，因此失效形式各有不同之处。
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（一）冷冲裁模
1．冷冲裁模的工作条件
主要工作部位：
凸模刃口和凹模刃口
冷冲裁模
模具在服役中的磨损过程，可分为初期 磨损、稳定磨损和急剧磨损三个阶段。
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1）初期磨损阶段
刃口锋利，与板料接 触面积小，单位面积 压力大，易造成刃口 局部塑性变形，
所以初期磨损阶段的 磨损速度较大。
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2）稳定磨损阶段
刃口磨损至一定程度， 单位面积压力减轻，刃 口表面产生塑变强化， 不再继续塑性变形，