塑料模具的工作条件与失效形式
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。
模具失效形式及表面热处理（精华）
冷作模具：冲裁模的失效形式有：不均匀磨损、凸模整体折断和凸凹模局部掉块。
拉伸模失效形式有磨粒磨损和黏着磨损。
冷镦模失效形式有模口胀大、棱角堆塌、腔壁胀裂。
冷挤模失效形式有塑性变形、磨损失效、凸模折断失效、疲劳断裂失效、纵向开裂失效。
热作模具：锤锻模失效形式有磨损失效、断裂失效、热疲劳开裂失效及塑性变形失效。
压力机锻模失效形式有脆性断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效以及模具型腔的表面腐蚀失效。
热挤压模失效形式有早起断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效、模具型腔表面的氧化失效和磨损沟痕等。
热冲裁模失效形式有热磨损失效、崩刀失效、卷刀失效和断裂失效。
压铸模的失效形式主要有热疲劳失效、热熔蚀失效、冲蚀和气蚀磨损、粘模失效。
塑料模具失效形式有磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效、断裂失效、疲劳失效及热疲劳失效。
冷作模具的表面热处理:1.冲裁模的工作部位的表面处理工艺有氮碳共渗，TD法渗钒渗铌，CVD法沉积TiN或TiC，镀硬铬，化学镀镍磷合金，电火花熔渗等。
2.冷挤模常采用氮化渗碳，沉积氮化物或碳化物等表面强化技术。
3.拉伸模采用渗氮，氮碳共渗，渗硼，渗钒，镀硬铬，气相沉积TiC以及盐浴涂覆碳化物、碳化物于模具表面，通过渗硫提高模具抗咬合的能力。
4.冷镦模需要对模具进行使之整体强韧化的热处理，再对之进行表面强化处理，其常见的表面处理方法有氮碳共渗，气相沉积，TiN 等超硬化合物层，硼-硫复合渗等。
热作模具的表面处理：1.锤锻模对模具型腔表面进行渗氮、渗硼、氮碳硼三元共渗等表面强化处理。
2.压力机锻模及热挤压模常用的表面处理有渗氮、硫碳氮三元共渗、硼氮共渗。
3.热冲裁，模在模具刃口处用电焊条堆焊或用等离子喷焊一层高耐磨、高热强的钴基合金。
4.渗氮和氮碳共渗能提高模具的耐磨性、抗熔蚀性，及防止铝合金的粘模现象；渗铬、渗铝可提高模具的抗氧化性，尤其对高温工作的压铸模有利；磷化、镀铬也可提高抗氧化性，降低摩擦系数，防止粘模。
塑料模具工业毕业设计
塑料模具工业毕业设计一、选题的目的意义随着塑料制品在工业及日常生活中得到越来越广泛的应用, 塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。
模具材料对于模具的加工和使用性能, 以及模具寿命有很大的影响,塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向发展, 对塑料模具钢的性能的要求越来越高, 塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。
因此, 探讨塑料模具的制造中的选用材料与热处理问题, 综合分析其工作条件、失效、性能, 合理选用材料与热处理以及提高它的使用寿命, 保证制件质量,降低制造成本显得非常重要,我选这一题目着重于塑料模具的选材原则与热处理方法,以及提高塑料模具寿命的表面处理技术的探讨。
二、主要研究内容1、塑料模具的分类及工作条件2、塑料模具失效因素分析。
3、塑料模具的热处理分析.4、典型的塑料失效原因分析及处理办法5、塑料模具的表面处理技术情况三、国内外研究现状塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的,在我国,起步较晚,但发展很快,特别是最近几年,无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展,取得了很大成绩。
这可以从下列几个方面来看：1、CAD/CAE/CAM技术的应用；2、电子信息工程技术的应用；3、气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟；4、热流道技术的应用更加广泛；5、精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高；6、模具效率、寿命不断提高；7、采用模具先进加工技术及设备我国塑料模具的质量、技术和制造能力。
近年来确实发展很快,有些已达到或接近国际水平,尤其是随着改革开放政策的不断深入,“三资”企业蓬勃发展,对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了非常大的作用。
然而,由于我国模具制造基础薄弱,各地发展极不平衡,因此体来看,与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比,差距还很大。
这主要表现在下列方面：1、塑料模具产品水平2、工艺装备水平3、开发能力及经济效益等方面4、管理及其他方面5、产需矛盾。
塑料模具的失效形式
塑料模具的失效形式
塑料模具的失效形式
塑料模具是塑料加工成型的模具，是由45钢、P20、718等塑料模具钢制备的。
分析塑料模具的失效，可以更好地指导模具钢的研发。
塑料模具的失效形式有：
1、型腔表面的磨损和腐蚀
1)塑料熔体以一定的'压力在模腔内流动，凝固的塑件从模具中脱出，会对模具成型表面造成摩擦，引起磨损。
2)塑料中增强树脂填料，会对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀。
3)同时塑料加工中含氯、氟等成分受热分解出腐蚀气体HCl、HF。
这些的交叉作用，会使型腔表面的镀层或防护层遭到破坏，产生磨损和腐蚀。
2、塑性变形失效
1)塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，特别是当小模具在大吨位设备上工作时，更容易产生超负荷塑性变形。
2)塑料模具的采用的材料的材料强度和韧性不足，变形抗力低。
3)塑料模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或工作温度高于回火温度发生相变软化。
这些会导致模具表面产生凹陷、皱纹、麻点、棱角堆塌等损坏。
3、塑料模具的断裂
1)塑料模具的形状复杂存在许多棱角、薄壁等部位，这些部位局部应力集中会产生断裂现象。
2)由温差产生的结构应力、热应力或因回火不足，使用温度下，残余奥氏体转变成马氏体，引起局部体积膨胀，在模具内部产生组织应力所致。
由于以上原因，国内模具寿命低仅为国外的1/3-1/5。
模具的材料研发者，应基于以上方面予以考虑，以开发出更好的碳素、合金、合工塑料模具钢。
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模具材料习题(答案)
《习题一》一、填空题1、模具是一种重要的加工工艺装备，它的使用对保证产品质量、提高经济效益有着重要的作用.模具加工具有材料利用率高、力学性能好、尺寸精度高、生产效率高.2、作为模具设计和制造者,既懂得模具设计和制造技术，又懂得材料成型加工及模具选材技术，才能制造出高质量、长寿命、高精度的模具。
3、根据工作条件及服役形式，模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料三大类。
4、模具主要应用在压力加工之中，与模具有关的工艺，主要分为普通模锻、挤压、拉拔、冲压、压铸、塑料成型等。
5、韧性不是单一的性能指标，而是强度和塑性的综合表现。
6、热处理工艺性主要包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向性、过热敏感性，淬火变形与开裂倾向等.二、判断题1。
无磁模具钢制的模具主要用于磁性材料的成形，以及无磁轴和其他在强磁场中不产生磁感应的结构零件的成形。
√2.抗冲击冷作模具钢成分接近合金调质钢，基体钢属于高强韧性冷作模具钢。
√3。
基体钢，一般是指其成分相当于高速钢正常淬火组织中基体成分相同的钢，与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物少，颗粒细小,分布均匀，强韧性好，同时还保持较高的耐磨性的热硬性，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。
√4.硬质合金是将一些高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（如C、TiC等)和粘结剂（Co、Ni等）混合后，加压成型,再经烧结而成的一种粉末冶金材料。
钨钴类硬质合金和钨钴钛类硬质合金。
冷冲模用硬质合金一般是钨钴类。
√5。
金属陶瓷硬质合金的共性是:具有高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，可以进行锻造及热处理。
主要用来制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块.×三、为下列模具选择合适的材料.光学镜片的注射模(D）热挤压滚动轴承环凸模（E）Φ40棒料下料剪刃（A）铜合金压铸模（B）塑钢门窗成型模（C)A、6W6MoCr4VB、3Cr2W8VC、0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）D、10Ni3MnCuAl（PMS）E、4Cr3Mo2NiVNbB（HD)四、问答题1、什么是钢结硬质合金？有何特点？答：钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化物(主要是碳化钛、碳化钨）做硬质相，用粉末冶金方法生产的复合材料。
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。
教学课件 《模具材料(第2版)》高为国
模具材料
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。典型的热作模具有锤锻模、压力机锻模、热挤压
模、热冲裁模、压铸模等。
1．锤锻模 ：在其服役时不仅要承受冲击力和摩擦力的作
用，还要受到很大的压应力、拉应力和弯曲应力的作用，同时
模具材料
一、模具的损伤与失效
模具在服役中产生腐蚀、过量塑性变形、表面损伤、开裂
与断裂、冷热疲劳、等损伤破坏后，将会失去原有功能，以致
不能正常服役，这些现象均称为失效。
模具在使用过程中，出现变形、微裂纹、腐蚀等现象，但
没有立即丧失服役能力的现象称为模具损伤。
模具的失效一般可以分为非正常失效（也称早期失效）和
影响磨粒磨损的因素：主要 有磨粒的形状和大小、磨粒硬度 与模具材料硬度的比值、模具与 工件的表面压力、工件厚度等。
减少模具磨损量的措施：提高模具材料的硬度，可以提高 抵抗磨粒嵌入的能力，有利于减少模具的磨损量；对模具进行 表面耐磨处理可以在保证模具具有一定韧性的条件下，提高其 耐磨损性能；在模具的使用过程中，及时清理模具和工件表面 上的磨粒，可以减少磨粒侵入的几率，有效地减少模具的磨损。
（二）模具失效分析的方法和步骤
1．现场调查与处理
2．模具材料、制造工艺和工作情况调查
3．模具的工作条件分析
4．模具失效的综合分析
5．提出防护措施
2021年3月3日星期三 ‹#›
模具材料
第二节 典型模具的服役条件及失效形式
一、冷作模具的服役条件及失效 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，典型的冷作模具主要有冷冲裁模、冷拉深模、冷 挤压模、冷镦模等。 1．冷冲裁模
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。
模具材料及表面处理试题与标准答案
模具材料及表面处理试题与标准答案一、填空题（每空1分，共20分）1.根据工艺特点，冷作模具分为、、和四类。
2.热作模具可以分成、、、和五类。
3.模具钢可以细分为模具钢、模具钢、模具钢。
4.冷作模具材料必须具有适合的工艺性能。
主要纸盒括、、、和等。
5.高淬透性冷作模具钢中，采用最少的就是和两种。
6.评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是下的屈服点?s或屈服强度?0.2；评价热作模具材料塑性变形抗力的指标则应为屈服点或屈服强度。
二、选择题（每题2分后，共20分后）1.用于冷作模具的碳素工具钢主要有t7a、t8a、t10a和t12a等，其中（）应用最为普遍。
a、t7ab、t8ac、t10ad、t12a2.拉深模常用的失灵形式就是（）。
a、断裂b、粘附c、磨损d、过量变形3.3cr2w8v钢是制造（）的典型钢种。
a、冲裁模b、冷挤压模c、压铸模d、塑料模4.适合生产建议低耐磨性的大型、繁杂和高精度的塑料模的材料就是（）。
a、t10ab、crwmnc、9sicrd、sm3cr2ni1mo5.以下各项表面加强技术中属机械加强的就是（）。
a、高频加热淬火b、渗碳c、镀金属d、喷丸6.一般情况下哪一类模具的工作温度最高（）。
a、热挤压模b、热锻模c、压铸模d、塑料模7．当塑料中加工云母粉、石英粉、玻璃纤维等各种无机物作填充剂时，要特别注意模具型腔的（）问题。
a、脱落b、附着c、磨损d、锈蚀8．对聚氯乙烯或氟塑料及阻燃abs塑料制品的模具，应特别注意模具型腔的1（）问题。
a、脱落b、附着c、磨损d、锈蚀9．热作模具钢的成分与合金调质钢相近，通常碳的质量分数（）。
a、大于0.5%b、大于0.8%c、0.5%~0.8%d、大于0.8%10．属高耐磨微变形冷作模具钢的就是（）。
a、t8ab、9mn2vc、cr12d、9sicr三、判断题（每题2分共20分后）1．（）钢的基本组织中，铁素体耐磨性最差，下贝氏体耐磨性较不好，马氏体耐磨性最出色。
模具材料与表面处理课程知识要点
模具材料与表面处理课程知识要点1.经改锻后的模具毛柸必须进行球化退火，以便于切削加工，并为淬火作好准备。
2.模具常用的表面处理方法有：化学热处理和表面覆盖技术。
3.热锻模锻后模块内存在较大的内应力和组织不均匀性，必须进行退火。
4.热固性塑料模压制各种胶木粉制件时，在原材料中加入一定量的粉末填充剂，并使模具磨损严重。
5.含氟和氯的塑料在成型过程中会放出腐蚀性气体，使模具产生锈蚀，加重磨损而损坏，故要求模具材料具有良好的耐蚀性。
6.根据渗碳介质的物理状态，渗碳方法可分为固体渗透、液体渗透、气体渗透、离子渗碳、直空渗碳等。
7.PMS钢是一种新型的镍铜铝系时效硬化型塑料模具钢，引起镜面加工性能好，也被称为镜面塑料模具钢。
8.碳氮共渗是在一定温度下，向工件表层同事渗入碳和氮，并以渗碳为主的化学热处理工艺。
9.模具的硬度是最重要的技术指标。
10.当钢柸锻后出现粗大或严重网状碳化物时，应先进行球化退火后再进行正火。
这样的说法是不对的。
11.模具主要依靠其表面进行工作。
因此，模具的失效80%以上为表面损伤，如磨损，疲劳，腐蚀等。
12.适当提高淬火温度，可以增加韧性。
这样的说法是不对的。
13.基体钢不仅可用于冷作模具钢，也可用于热作模具钢。
14.热挤压模选材时，主要应根据被挤压金属材料及挤压温度来决定。
15.所谓预硬钢就是供应时已进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度。
16.含碳量是影响冷作模具钢性能的决定性因素。
17.热固性塑料模压制各种胶木粉制件时，在原材料中加入一定量的粉末填充剂，并在热状态下成形，所以热负荷和机械负荷都较大，而填充剂使模具磨损也严重。
18.钢的硬度和热硬性主要取决于钢的化学成分、热处理工艺以及钢的表面处理工艺。
19.为使塑料模成形件或其它摩擦件有高硬度、高耐磨性和高韧性。
在工作时不致断裂，所以要选择渗碳钢制造，并进行渗碳淬火和低温回火作最终热处理。
20.塑料模镀铬是一种应用最少的表面处理方法。
模具失效的形式
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 坑旳现象叫冲蚀磨损。
当小液滴速度尤其高，高于100m/s 时，产生旳冲击 应力会超出材料旳屈服强度，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）提升抗气蚀磨损和冲蚀磨损旳措施
载荷对碳钢表面磨ห้องสมุดไป่ตู้量旳影响
模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损旳原因
② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料形成旳粘着结 点旳破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一定旳深度处， 磨屑较大。而脆性材料粘结点旳破坏主要是剥落，损伤深 度较浅，同步磨屑轻易脱落，不堆积在表面上。
密排六方构造旳金属材料粘着倾向小，面心立方点阵 旳金属粘着倾向明显不小于其他点阵旳金属；
模具失效形式及机理
一、磨损分类
根据模具旳成形坯料、使用情况，其磨损机 理能够分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
磨粒磨损旳定义: 在工件 和模具接触表面之间存在 外来硬质颗粒或者工件表 面旳硬突出物，刮擦模具 表面，引起模具表面材料 脱落旳现象叫磨粒磨损。
举例，断裂失效过程 总之，失效发展过程是： 模具损伤 → 损伤积累 → 模具失效旳过程。
模具寿命
模具正常失效前，生产出旳合格产品旳数目，叫 模具正常寿命，简称模具寿命。
模具首次修复前生产出旳合格产品旳数目，叫首 次寿命。
模具一次修复后到下一次修复前所生产出旳合格 产品旳数目，叫修模寿命。
模具寿命是首次寿命与各次修复寿命旳总和。
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。
塑料模具钢的选择及热处理
4、预硬型塑料模具钢 预硬型模具钢是为了解决大型模具的淬火问题 而出现的。可用来制造各种尺寸的模具，尤其 是复杂的塑料模具。
材料的供货状态为热处理状态，即材料已具备 必要的使用性能。
可进行表面处理，提高材料的某些性能，特别 是耐磨性和耐腐蚀性。
材料在相应加工之后不需再进行热处理，因此 避免了变形问题。省掉了所有与热处理变形有 关的后续加工，保证了模具的制造精度。
精度高、超镜面，用于大型、复杂的模具。
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6、耐蚀塑料模具型钢
在加工的过程中，有些塑料可能会分解出有腐 蚀性的物质，比如盐酸、醋酸等。在通常情况 下，可以将模具进行电镀处理，使表面覆上一 层保护层，比如铬层、镍层等。但是这样的覆 层只有当覆层均匀、且模具上没有尖锐的棱边 时才能长期起作用。覆层不均匀、且模具上有 尖锐的棱边将导致覆层中出现内应力，在承受 负荷的过程中覆层脱落。此外在狭窄的凸起部 位，由于受到弯曲应力的作用，因此很容易脱 落。
马氏体时效钢可以进行表面处理，比如渗N处 理，但处理温度不允许超过480-500℃。 值得注意的是这种材料在硬度比较高（5358HRC）时仍然具有很高的韧性。
此外这类材料可以在不用预热的情况下与同类 材料良好焊接。
主要有18Ni类。
如果用来制造生产磨损较严重塑料（比如有添 加剂）的模具，建议将材料进行表面渗N处理。
渗碳钢经过必要的处理后，表面具有较高的硬 度并且耐磨性很好，同时芯部具有良好的韧性。 由于表面具有较高的硬度，因此材料的抛光性 能很好。
为了达到表面硬度较高的目的，需要经过渗碳 处理以提高材料表层的含C量。在通常情况下， 渗碳层的厚度在0,6-1mm之间，淬火后表面硬 度可以达到58-62HRC。由于处理方式比较复 杂，因此会产生一定的变形，也就是说，在渗 碳处理之后，必须采取一些后续加工措施。
塑料模具工作条件、失效形式和性能要求
• 三、对塑料模具材料的性能要求 • 根据上述各类塑料模的工作条件和失效形式， 塑料模具材料应有下列性能要求。 • 1．使用性能要求 • 1)足够的强度和硬度，以使模具能承受工作 时的负荷而不致变形。通常塑料模的硬度在 • 38～55HRC范围内。形状简单抛光性能要求高 的，工作硬度可取高些；反之，硬度可取低 • 些。 • 2)良好的耐磨性和耐腐蚀性，以使模具型腔 的抛光表面粗糙度和尺寸精度能保持长期使用 而不改变。
• 3)足够的韧性，这是保证模具在使用过程中不 会过早开裂的重要性能指标。 • 4)较好的耐热性能和尺寸稳定性。要求模具材 料有较低的膨胀系数和稳定的组织。塑料 模具 材料中钢的膨胀系数较小，镀青铜次之，铝合 金和锌合金的膨胀系数则较大。 • 5)良好的导热性，以使塑料制件尽快地在模具 中冷却成型。
• 2)机械加工性能:塑料模具型腔的几何形状大多比较 复杂，型腔表面质量要求高，难加 工部位相当多;因 此，模具材料应具有优良的切削加工性和磨削加工 性能。对较高硬度的预 硬化塑料模具钢，为了改善 切削加工性能，通常向钢中加入S、Pb 、Ca 、Se等 元素，从而得 到易切削预硬化钢。 • 3)焊接性能:塑料模型腔在加工中受到损伤时，或在 使用中被磨损需要修复时，常采用 焊补的方法〈局 部堆焊) ，因此模具材料要有较好的焊接性能。 • 4)热处理工艺性能:热处理工艺应简单，材料有足够 的淬透性和淬硬性，变形开裂倾向 小，工艺质量稳 定。
二、塑料模常见的失效形式 • 1．磨损及腐蚀 • (1)磨损 热固性塑料中一般是含有一定量固体填 充剂，在加热后的塑料中成为‘‘硬质点”，冲入 模具型腔后，与模具型腔表面摩擦较大，致使型腔 表面拉毛，粗糙度变大；并且一旦出现这种现象， 会使塑料与型腔之间加大摩擦，使被压制的塑料件 表面粗糙度不合格而报废。因此，一经发现模具型 腔表面有拉毛现象，应及时卸下抛光。而经过多次 抛光后型腔扩大，对尺寸要求严格的塑料件即为超 差，模具因此而报废。因此，当在塑料中加云母粉、 石英粉、玻璃纤维等各种无机物作填充剂时，要特 别注意模具型腔的磨损问题。 • (2)腐蚀 不少塑料中含有氯、氟等元素，加热至 熔融状态后会分解出腐蚀性气体，腐蚀模具型腔表 面，这就加大了其表面粗糙度，也加剧了模具型腔 的磨损，导致失效。
第4章塑料模具钢及其热处理(1)
硬度＜160HBS，适于冷挤压成形。
正火工艺：870～900℃ × 3～4ｈ后空冷
硬度≤229HBS，切削加工性良好。
气体渗碳：900～920℃ × 6～7ｈ
渗碳层：～ｍｍ
淬火工艺：渗碳后预冷至800～850℃直接油淬或空冷
表层硬度：56～62HRC
心部硬度：250～380HBS，变形微小。
3. 实际应用： 冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具
塑料的种类、批量的大小、质量的高低、 （4）模具(mújù)的结构
模具(mújù)的大小、形状、模具(mújù)工件的工 作性质等。 （5）模具(mújù)的制造工艺 （6）现有的设备及技术水平
第七页，共78页。
4.2.1 几种(jǐ zhǒnɡ)典型塑料模具材料
渗碳型塑料模具用钢 淬硬型塑料模具用钢 预硬型塑料模具用钢 时效(shíxiào)硬化性塑料模具用钢 耐蚀型塑料模具用钢 调质及其他塑料模具材料
塑料模具用钢及适应(shìyìng)的
工作条件
钢的类型 牌号
适应的工作条件
渗碳钢
12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、 20Cr2Ni4A
生产批量较大，承受较大动载 荷，受磨损较重的模具
调质钢
10、20 45、55
生产批量较小，精度要求不高， 尺寸不大的模具
3Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、 大型、复杂、生产批量较大的 45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、 塑料注射或挤压成型模 4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si、35SiMn2MoVA
C
Mn Si
≤0.08 ＜0.3 ＜
0.2
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主要用于热塑性塑料模注射成形和挤出成形。热塑性塑料主要
有聚酰胺、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。这些塑料在一定
︼ 化熔融再次成形。
压力下在模内成形冷却后可保持已成形的形状，如果再次加热又可软
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问题讨论三：塑料模的失效形式有哪些？
名称 热固性 塑料模
工作条件 受热温度200~2500C， 受力大，易磨损，易侵蚀， 受到周期性脱模的冲击和 碰撞 受热、受压、受磨损， 但不严重，部分制品含氯 和氟及析出腐蚀性气体， 易腐蚀型腔表面
挤出模
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吹塑模 彩印模 搪塑模 热压印模
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（1是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成形模具，塑料注射 成形模具对应的加工设备是塑料注射成形机，塑料首先在注射机底加热料筒内 受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系 统进入模具型腔，塑料冷却硬化成形，脱模得到制品。
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成表格3-1。
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图3-1 透明斜面板制品图
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图3-1 透明斜面板注射模 9． 1．推杆 2、3．锁扣 4、18．螺钉 5．定位块 6．浇口套 7．定模 8．定模座板 导套 10．导柱 11．定模镶件 12．动模镶件 13．动模 14．支撑板 15、16．推板 17．支撑柱 19．模座板
图所示为某一企业生产的塑料瓶盖，其材料为酚醛塑料（PF），俗称
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（2）塑料压塑模具成型特点
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塑料压塑模具包括压缩成形和压注成形两种结构模具类型。它们是主要
用来成形热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成形机。压缩成形 方法是根据塑料特性，将模具加热至成形温度（一般在 103℃－180℃），然 后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热、高压 作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。
特点 一般含大量固体填 充剂，多以粉末状直 接加入热压成形，热 机械负荷和磨损较大 通常不含有固体填 料，以软化状态注入 型腔。含玻璃纤维填 料对型腔磨损较大
热塑性 塑料模
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问题讨论四：分析热固性塑料模与热塑性塑性塑料模工作条件。
磨损失效
局部塑性变形失效
断裂失效
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（一）透明斜面板的热塑性塑料模具工作条件与失效分析 透明斜面板采用PC塑料，成型温度在270~320℃范围，如果温度 超过340℃时，PC将会出现分解，对模具型腔表面产生腐蚀。因为材 料流动性差，需要很高的注射压力：130～180MPa（1300～ 1800bar），因此模具在高温下工作，并要承受压力。
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的塑料中成为“硬质点”，冲入模具型腔后，与模具型腔表面摩擦较 大，致使型腔表面拉毛，粗糙度变大；并且一旦出现这种现象，会使
塑料与型腔之间加大摩擦，使被压制的手柄表面粗糙度不合格而报废。
图3-6所示塑料件为一带轮，材料为ABS，大批量生产，尺寸
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精度要求较高。请分析如图3-7所示的带轮注射模工作条件与失效
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热作模具钢在淬火时有哪些注意事项？
如何选择热作模钢淬火所使用的设备？
热作模具钢在淬火加热时有什么讲究？
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热作模具淬火后为什么要进行预冷？预冷后采用什么冷却介质冷却？
热作模具回火要注意什么事项？
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1．如图3-1所示为某企业生产的透明斜面板零件图，塑料件 要求表面质量非常高，不能有波浪纹、气泡， 银丝、熔接痕和推 杆痕迹，要求透明度非常高，且要求尺寸精度高， 不能有错位、 飞边， 零件材料为PC，流动性差，选择如图所示的透明斜面板 的热塑性塑料模具材料与表面处理方法，模具寿命为30万件，完
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电木粉，模具寿命为20万件
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塑料瓶盖压缩模 1-螺钉 2-凹模 3-凸模固定板 4-凸模 5-销钉 6-导柱 7-上模板
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1．塑料模具的分类与工作条件。
2．塑料模的失效形式。
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问题讨论一：根据塑料成型方法，塑料模具有哪些种类？各有 什么特点？
压注模 压缩模 注射模
真空成型模
塑料成型方法 及其模具
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（3）塑料挤出模具成型特点
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塑料挤出模具是用来成形生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫 挤出成形机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆 层、异型材等的加工。
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问题讨论二：根据成型的塑料来分，模具可分为哪几种？各有 何特点？
（1）热固性塑料模
（2）热塑性塑料模
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（1）热固性塑料模的成型特点 主要用于压缩、传递和注射成形制品零件，包括压缩模、传 递模、注射模三种类型。注射模用于热固性塑料件成形较少。常 用的热固性塑料有酚醛塑料（即胶水）、氨基聚酯、环氧树酯、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯（PDAP）、有机硅塑料、硅酮塑料等。 （2）热塑性塑料模成型特点
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由于PC中含有氯、氟等元素，加热至熔融状态后会分解出氯化氢
等腐蚀性气体，腐蚀模具型腔表面，这就加大了其表面粗糙度，也加剧 了模具型腔的磨损，最终导致失效。
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（二）手柄的热固性塑料模具工作条件与失效形式分析 手柄采用PF(电木粉)塑料，成型温度在120～130℃范围，电木 粉中填料成分较多，黏度大，所需的注射压力较高，通常在100170MPa间。因此模具也是在高温下工作，并要承受一定的压力。 由于电木粉中一般含有一定量的固体填充剂，在加热软化、熔融
分析。
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图3-6 带轮零件图
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图3-7 带轮注射模 1—支架 2—螺钉 3—销钉 4—支承板 5—型芯固定板 6—动模套 7—左凹模（左滑 块） 8— 右凹模（右滑块）9—定距销 10—凸模 11—销钉 12—定模板 13—销钉 14—螺钉 15—定模座板 16—型芯 17—螺钉 18—定位圈 19—带头导柱 20—推 杆 21—型芯 22—拉料杆 23—推杆固定板 24—推板 25—螺钉