模具失效的主要原因有以下三点
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。
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 ）。
合成闸瓦模具失效的原因与对策
图 ４ 模具结构俯视
通 过对 模 具 工 作状 态 的综合 分 析 ， 腔 尺 寸 发 模 生 变化 的主要 原 因为 ： 模具 腔体 在高压 、 温变 化载 高 荷 的不 断 冲击下 ， 固外框 夹板 的螺杆 被拉 长 、 纹 紧 螺
与螺 母 的 接 触 面 发 生 形 变 。为 减 少 这 些 变 形 的 产
６ ０
甘
肃
科
技
第２ ８卷
杆、 螺母进 行 整 体调 制 消除 预应 力 ， 达 到足 够 的 使其 抗拉 升 、 变形 强 度 。为 增 加螺 母 与 螺 纹 之 间 的锁 抗
最后 在腹 膜表 面镀 硬铬 提高 光 洁度 。工艺 方 面 为防
“ 型 ， 结 构 减 少 了合 成 闸 瓦在 型 腔 内 的 位 移 凹” 此
服极 限 ， 使衬 板磨 耗 加剧 。 会 ４ 为减 少模 具异 常磨 耗 ， ） 确保 合 成 闸 瓦 顺 利脱
模， 在合成闸瓦生产过程 中都使用脱模剂 。脱模剂 若选 配 不 当 ， 温塑 性 成 型 时就 会 严 重 影 响 润 滑膜 高 的形 成 和性 能 ， 润 滑剂 过早 挥 发 ， 使 摩擦 界 面 变为 干
摩擦 ， 一 步加剧 了衬板 磨损 。 进
１２ 延 缓模 具拉伤 与磨 损 的解 决办 法 ．
１ ２ １ 优 化 模 具 结 构 ．．
量， 降低了摩擦副对衬板 的损伤 ； 当模具衬板出现严 重 拉伤 、 磨损 时 ， 利 用 模 具便 于拆 卸 ， 损 件 更 换 可 易 性 强 的特点 对该 模 具快 速分解 ， 换受 损衬 板 ， 样 更 这
行 比对 ， 果表 明选 用 ４ Ｃ 性 价 比较 较 高 。在工 艺 结 ０ｒ
模具失效概述
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。
③ 采用表面处理 通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮 化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化 物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减 磨作用也减小粘着磨损。
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。
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
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损 (一) 磨粒磨损的机理
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
对比值
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
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。
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。
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）
模具失效总结
1.1模具的相关定义、模具寿命的基本概念模具：其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。
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加工的产品的件数。
制件报废：模具生产出的制品出现形状、尺寸及表面质量不符合其技术要求的现象而不能使用。
模具服役：模具安装调试后，正常生产合格产品的过程。
模具损伤：模具在使用过程中，出席那尺寸变化或微裂纹、腐蚀等现象，但没有立即丧失服役能力的状态。
模具失效：模具收到损坏，不能通过修复而继续服役。
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。
正常失效：模具经大量的生产使用，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。
模具正常寿命：模具正常失效前生产出的合格产品的数目。
1.2模具失效形式基本概念模具失效：在特定负荷作用下，具有特定形状的模具材料的失效磨粒磨损: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，引起模具表面材料脱落。
粘着磨损:工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，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。
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。
气蚀磨损:当模具表面与液体接触作相对运动时，接触处形成气泡，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。
冲蚀磨损:液体和固体微小颗粒高速落下，反复冲击到模具表面，局部材料流失，在金属表面形成麻点和凹坑。
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，再加上摩擦力的机械作用，引起表层材料脱落。
断裂失效：模具在工作过程中出现较大裂纹或部分分离而丧失正常服役能力的现象。
韧性断裂：断裂前产生明显的宏观塑性变形，端口截面尺寸减少，有颈缩现象。
脆性断裂：断裂前变形量很小，没有明显的塑性变形量，端口尺寸无明显变化，不产生颈缩。
模具常见的失效原因与模具材料的选用
裂抗 力 、 疲 劳 强度 及 热疲 劳抗 力 。
而造 成模 具 尺寸 的变 化 。 （ ５ ） 受 热处 理 影 响小 。为 了提 高硬 度 和 耐磨性 ，
一
般对模具要进行热处理 ，但这种处理应使其尺寸 其 是 加 工表 面 的质 量 ， 会 显 著 影 响磨 具 的耐 磨性 、 断 变 化误 差 在合 理 范 围 内。因此 ， 最 好 采用 能切 削加 工
要： 对模 具失效的形式及 原 因进行 了介绍 ， 并提 出了模 具材料对模具 寿命 及失效 的重要 影响 ， 介 绍 了选择模具材料
的方法 ， 对延缓模具 产品 的失效有 一定的参 考价值 。
关键词 ： 模 具失效； 失效原 因； 材料 选择 中图分类号 ： Ｔ Ｇ７ ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５） ０ ２ — ０ １ ０ ４ — ０ ２
的预 硬化 钢 。
（ ６ ） 抛 光性 能好 。 塑 件通 常要 求具 有 良好 的光 泽
分为非正常失效和正常失效 。非正常失效是指模具 裂纹通常在应力集 中处最先 出现 ，疲劳扩展 区是裂 未 达 到 一 定 的 工 业 水 平 下 公 认 的 寿 命 时 就 不 能 服 纹 自裂 纹 源 向纵 深 逐渐 发 展 形 成 的 ，最 后 断裂 区是 役 。正常 失效 是指 模 具经 大批 量 生产使 用 ， 因缓慢 塑 裂纹 发 展 到一 定 程 度失 稳 快 速 扩展 的结 果 。模 具 材 性 变 形 或 较 均 匀 地 磨 损 或 疲 劳 断 裂 而 不 能 继 续 服 料 的基 本性 能包 括 使用 性 能 和 工艺 性 能 。提 高模 具 役 。模 具种 类 繁 多 ， 工 作状 态 差 别很 大 ， 损坏 部 位 也 的使 用 性 能 可 以从 强 度 、 硬度 、 耐磨性 、 耐 蚀 性 及 耐
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。
模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。
基体的强韧化在于提高基体的强度和韧度，减少断裂和变形。
表面强化的主要目的的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。
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。
锤锻模具失效分析
结语与建议
锤锻模具失效分析
模具材料符合4Cr2MoVN i钢的成分要求。模具型腔堆焊 层内的焊接缺陷对模具的早期断裂起了促进作用。组织 粗大，晶粒粗大，模具韧性不足是导致模具断裂的主要 原因。
在生产过程中应严格控制模具的热处理工艺。淬火加热 规范决定了奥氏体的实际晶粒度，从而对马氏体的形态 及回火后的性能有显著影响，因而要控制淬火加热温度， 细化晶粒以提高模具的强度和韧性。另外在修补模具时， 为保证堆焊层的硬度及较高的耐冷热疲劳性能，应选用 与模具材料相近的堆焊焊条，焊后应进行热处理以消除 焊接应力，防止产生裂纹。
宏观分析
锤锻模具失效分析
在取试样前，进行洛氏硬度测量。5CrMnMo钢 锻模硬度为HRC38。HM1钢锻模硬度为HRC54。 对HM1模具断一面进行宏观断口观察，断面上 明显可见间距较大的疲劳条纹，仔细观察可见 疲劳源位于型槽底部拐角处。5CrMnMo模具存 在严重的热疲劳裂纹，最深为0.9mm。两种钢 材的模具都有较深的底角裂纹，尤以HM1为甚， 深达7.5 mm，裂纹前端细而尖，以沿晶方式扩 展。5CrMnMo的底角裂纹深2mm，裂纹前端粗 而纯。粗而纯的裂纹前端，说明裂纹扩展需要 较大的塑性变形功，即裂纹扩展抗力较高。
影响因素：锻件、锻模、模锻工艺、设备
4、提高措施
锤锻模具失效分析
1、合理选择模具材料 2、合理选择模具硬度 3、进行表面强化 4、正确使用与维护
锤锻模具失效分析
二、案例分析
4Cr2MoVNi钢汽车前桥锤 锻模失效分析
连接臂热锻模失效分析
半轴伞齿轮精锻模失效分析
锤锻模起重孔裂纹分析
锤锻模具失效分析
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锤锻模具失效分析
案例二 连接臂热锻模失效分析
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。
模具失效的原因及预防措施
模具失效的原因及预防措施摘要：叙述了模具失效的几种基本形式，分析了其原因和防范措施。
关键词：模具失效塑性变形磨损疲劳断裂前言：模具是机械，电子，轻工,国防等行业生产的重要工艺装备。
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。
一、模具失效模具的失效是指模具丧失了正常工作的能力，其生产出来的产品已成为废品。
模具的基本失效形式主要有断裂及开裂、磨损、疲劳及冷热疲劳、变形、腐蚀。
模具在工作过程中可能同时出现多种损坏形式，各种损伤之间又互相渗透、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时，则模具失效。
从目前的实际情况来看，导致模具失效的原因主要有以下五种：塑性变形失效；磨损失效；疲劳失效；断裂失效；综合因素影响下的失效。
（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。
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。
冲压模具的几种失效形式
冲压模具的几种失效形式冲压模具是一种重要的工业制造工具，用于将金属材料进行冲压加工，制造出形状各异的零件和产品。
然而，在使用过程中，冲压模具也会出现一些失效的情况，影响其使用寿命和性能。
下面将介绍冲压模具的几种失效形式。
1.磨损失效：冲压模具在长期使用过程中，由于与金属材料间的摩擦和剪切作用，会导致表面的磨损。
磨损主要分为焊接磨损、因磨造粒子的挤压破坏和疲劳磨损等形式。
焊接磨损是指当冲压模具表面的微观凹陷与工件材料在接触时，由于高温和高压力的作用，两者之间产生金属结合现象，导致微小的表面局部泄漏。
而因磨造粒子的挤压破坏和疲劳磨损是由于金属材料不断受到冲击载荷作用，产生局部变形，进而导致表面的表面磨损。
2.疲劳失效：冲压模具在工作过程中会受到周期性的冲击载荷和应力作用，长期以往会导致模具的疲劳失效。
疲劳失效主要体现在冲压模具的裂纹扩展和断裂。
裂纹扩展是由于应力集中引起的，当模具受到重复应力作用时，裂纹会逐渐扩展，最终导致断裂。
3.变形失效：冲压模具在使用过程中，可能会由于应力过大或应力不均匀而发生变形。
主要表现为形状失真、尺寸变化、几何偏差等。
变形失效会造成冲压零件加工精度下降，进而影响产品的质量和使用寿命。
4.组织失效：冲压模具通常由高硬度的工具钢制成，经过多次冷却和加热工艺。
长期使用后，会因为孔隙、夹杂物的存在，使得模具材料的物理和化学性质发生变化，进而导致组织失效。
组织失效主要表现为晶粒长大、晶界透明化、应力应变的聚焦和软化等现象。
这些变化会导致模具材料的硬度和强度下降，从而影响模具的功能和寿命。
5.腐蚀失效：如果冲压模具在没有得到很好的防护措施的情况下长期暴露在潮湿环境中，模具材料可能被化学物质腐蚀。
腐蚀失效主要表现为表面的腐蚀、结构的疏松、氧化和变色等。
综上所述，冲压模具的失效形式主要包括磨损失效、疲劳失效、变形失效、组织失效和腐蚀失效等。
为了延长冲压模具的使用寿命和提高工作效率，需要采取合理的冷却和润滑措施，定期进行维护保养，以及选择适当的工具钢和热处理方式。
模具失效案例分析与实践考核试卷
C.模具表面有划痕或损伤
D.模具涂层损坏
15.以下哪些方法可以用于模具的表面处理？（）
A.镀铬
B.镀镍
C.阳极氧化
D.喷涂
16.以下哪些因素会影响模具的冷却效果？（）
A.冷却系统的设计
B.冷却介质的类型
C.模具材料的热导率
D.模具的使用温度
17.以下哪些是模具疲劳失效的主要影响因素？（）
模具失效案例分析与实践考核试卷
考生姓名：__________答题日期：_______年__月__日得分：_________判卷人：_________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.模具失效的主要原因不包括以下哪一项？（）
A.材料缺陷
A.断裂失效通常是由于材料内部的缺陷引起的
B.疲劳断裂通常发生在模具的应力集中部位
C.突发性断裂通常伴随有明显的塑性变形
D.碳化物偏析会降低模具的抗断裂能力
8.以下哪种方法不适用于模具磨损的修复？（）
A.焊接修补
B.电镀修补
C.粘接修补
D.激光切割修补
9.在模具的热处理过程中，以下哪种现象可能导致模具失效？（）
1.模具的磨损失效通常是由于模具与工件之间的相对运动导致的。（）
2.任何模具在制造和使用过程中都不会出现残余应力。（）
3.模具的材料选择对模具的使用寿命和失效模式有重要影响。（）
4.模具的热处理过程只能改变其硬度，不会影响其韧性。（）
5.模具的疲劳失效是一种突发性失效，不会提前出现征兆。（）
6.在模具设计中，应力集中的存在可以增加模具的疲劳寿命。（）
7. ABC
压铸模具常见失效
1 压铸模具常见失效形式下面结合工厂实际情况分析了压铸模具的失效形式和失效机理。
1.1热裂热裂是模具最常见的失效形式，如图1所示。
热裂纹通常形成于模具型腔表面或内部热应力集中处，当裂纹形成后，应力重新分布，裂纹发展到一定长度时，由于塑性应变而产生应力松弛使裂纹停止扩展。
随着循环次数的增加，裂纹尖端附近出现一些小孔洞并逐渐形成微裂纹，与开始形成的主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接而导致模具失效。
1.2整体脆断整体脆断是由于偶然的机械过载或热过载导致模具灾难性断裂。
材料的塑韧性是与此现象相对应的最重要的力学性能。
材料中有严重缺陷或操作不当,会引起整体脆断，如图2所示。
1.3侵蚀或冲刷这是由于机械和化学腐蚀综合作用的结果,熔融铝合金高速射入型腔,造成型腔表面的机械磨蚀。
同时,金属铝与模具材料生成脆性的铁铝化合物,成为热裂纹新的萌生源。
此外,铝充填到裂纹之中与裂纹壁产生机械作用,并与热应力叠加,加剧裂纹尖端的拉应力,从而加快了裂纹的扩展。
提高材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗腐蚀能力。
2 压铸模具常见失效分析方法为了延长模具的使用寿命,节约成本,提高生产效率,就必须研究模具的失效形式和导致模具失效的原因以及模具失效的内部机理。
由于压铸模具失效的原因比较复杂,要从模具的设计、材料选择、工作状态等很多方面来进行分析。
图3为压铸模具常见失效分析图。
图 3 压铸模具常见失效分析方法2.1裂纹的表面形状及裂纹扩展形貌分析失效模具型腔表面主要是冲蚀坑，大小比较均匀，冒口所对部位有明显的冲蚀坑外，表面明显具有一定方向的划痕，划痕上分布有大小不等的铝合金块状物。
由于正对浇口部位直接受金属液的冲刷，该部位具有明显的冲刷犁沟，同时可观察到划痕间有裂纹。
裂纹从裂纹源出发，并向西周扩展。
裂纹内有大量的夹杂物，裂纹边缘有二次裂纹。
由于模具使用时间短，一般部位表面主要是冲蚀坑和焊合，而浇口所对部位主要为液态金属冲刷形成的犁沟和热疲劳裂纹。
常见模具失效形式及机理
1、磨损失效 2、断裂失效 3、塑性变形失效及多种失效形式的交互作用
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失效的分类
▪ 研究失效的目的不同，常用的分类方法有两种：按 经济法观点分类和按失效的形式及失效机理分类
1. 按经济法观点分类 正常损耗失效
失效
产品缺陷失效 误用失效 受累性失效
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式可使零件产生循环应变：
（1） 受热循环的零件因相邻零件的约数而不能自由的膨胀或收缩。
（2） 零件在壁厚或长度方向因快速加热或冷却而产生温度差，高温区的
膨胀受低温区的约数，反之亦然。
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▪ 疲劳裂纹扩展
●裂纹扩展第一阶段
滑移面的取向与拉应力轴呈45º角，扩展深度一般为几微米 到100微米
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▪ 影响磨粒磨损的因素
●磨粒的大小和形状
●磨粒硬度Hm与模具材料硬度H0 ●模具与工件表面压力
●磨粒尺寸与工件厚度的相对比值
▪ 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
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(二) 粘着磨损（咬合磨损）
▪ 什么叫粘着磨损？
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。
c K1C ac
▪ 估计模具剩余寿命
Ny
ac a0 (da/ dN)
▪ 指导修模工艺
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(四) 影响断裂失效的主要因素
▪ 模具表面形状 ▪ 模具材料
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3 模具的过量变形失效
模具提前失效的几个主要原因
模具提前失效的几个主要原因
1）模具主要工作零件的材料的问题，选材不当。
材料性能不良，不耐磨；模具钢未经精炼，具有大量的冶炼缺陷；凸凹模，锻坯改锻工艺不完善，遗存有热处理隐患。
2）模具结构设计问题，冲模结构不合理。
细长凸模没有设计加固装置，出料口不畅出现堆集，卸料力过大使凸模承受交变载荷加剧等。
3)制模工艺不完善，主要表现在凸、凹模锻坯内在质量差，热处理技术及工艺有问题，造成凸、凹模淬不透，有软点及硬度不均。
有时产生微裂纹、甚至开裂，研磨抛光不到位，表面粗糙度值过大。
4)无润滑或有润滑但效果不佳
冷冲压模具主要用于金属和非金属材料的冷态成形。
热作模具主要用于高温条件下的金属成形，模具是在高温下承受交变应力和冲击力，工作成形温度往往较高，模具还要经受高温氧化及烧损，在强烈的水冷条件下经受冷热变化引起的热冲击作用。
热作模具作为金属热加工的成形工具，被广泛应用于各类压铸模、挤压模、热压模和锻模中。
它的工作特点是：在一定的负荷下，使炽热的固体金属材料产生一定的塑料变形，或者使高温的液体金属压铸成形，或者使热的非金属注塑成形。
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模具失效的主要原因有以下三点
锌合金的浇注温度很低，压铸模的失效形式主要是侵蚀和磨损；铝合金、铜合金压铸模的失效形式主要是热疲劳，微信公众号：hcsteel 但侵蚀，也不能忽视。
铝合金压铸模，特别是大型压铸模有时出现开裂。
压铸模的型腔表面，除受到高压高速熔融合金的冲刷外，还吸，收熔融合金在凝固过程中释放的热量，使表面层的温度剧烈上升，与其内部产生很大的温差，表面层产生压应力。
当开模后，型腔表面与空气接触，受到压缩空气和涂料的激冷而产生拉应力。
于是，型腔表面层受到交变应力作用，超过模具材料的疲劳极限时，产生塑性变形，在晶界处产生裂纹，这种失效称为热疲劳失效。
另外，熔融合金中含有氢、氧等活性气体，使模具表面被氢化、氧化。
又由于摩擦和液压冲击产生的热冲蚀磨损，加剧了热应力状态，从而产生黏附。
推出铸件时，模具受到机械载荷的作用，都会导致模具的失效。
总之，模具失效的主要原因有以下三点：
①热交变应力引起的热疲劳。
②熔融合金对模具材料的化学—物理作用。
③压铸件脱模时，模具产生的局部应力。
影响压铸模使用寿命的主要原因有：模具的工作和设备条件，使用过程中的维护和保养，压铸件的材质、壁厚、尺寸和形状的影响，以及模具的材质、模具设计与制造工艺和质量等。
提高模具的使用寿命，
应从以下几个方面加以考虑：
①采用先进合理的毛坯锻造工艺，使碳化物分布均匀，形成合理的金属流线，提高耐磨性和各向同性以及抗胶合能力。
②严格控制机加工质量，特别是模具工作零件的磨削加工对模具使用寿命的影响最大，主要表现在磨削时工件表面出现的磨削应力和磨削裂纹、磨削热降低了零件的耐疲劳（热疲劳和冷疲劳）能力及耐蚀能力。
③采用合理的热处理工艺，保证成形零件具有较高的热强度和回火稳定性，以获得较高的热疲劳抗力和耐磨性。
④采用表面强化工艺可以阻止热裂纹的扩展，提高模具成形零件表面的强度、耐磨性和耐蚀性。
⑤模具的装配应严格按照装配工艺进行，以达到模具图样要求。