模具失效分析复习题文档

1.模具的分类：（一）按模具所加工材料的再结晶温度分：冷变形模具，热变形模具，温变形模具；（二）按模具加工坯料的工作温度分：冷作模具，热作模具，温作模具；（三）按模具成形的材料分：金属成形用模具，非金属成形用模具。

（四）按模具用途分：冲压模具，锻造模具，挤压模具，压铸模具，拉拔模具，塑料模具，陶瓷模具，橡胶模具，玻璃模具等。

2.模具服役：模具安装调试好后，正常生产合格产品的过程。

模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态。

模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役。

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。

3.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。

磨粒磨损: 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。

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，使模具表面的材料转移到工件上或脱落的现象。

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）。

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。

4.磨粒磨损的机理：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。

影响磨粒磨损的因素：磨粒大小与形状；磨粒硬度和模具材料硬度；模具与工件表面压力；磨粒尺寸与工件厚度的相对比值。

提高耐磨粒磨损的措施：提高模具材料的硬度；进行表面耐磨处理；采用防护措施。

5.粘着磨损的机理：实际接触面积是表观面积的0.01~0.1%，表面压力大，瞬时温度高，润滑油膜、吸附膜或其他膜都将发生破裂，使接触峰顶产生粘着，随后，在滑动中粘着点又被破坏，就形成粘着——破坏——再粘着的交替过程。

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；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。

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。

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。

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。

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。

6.疲劳磨损：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。

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。

影响疲劳磨损的因素：材质：钢材的冶金质量，如：夹杂物类型、大小、形貌、分布。

特别是脆性、带棱角的非金属夹杂物。

硬度：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。

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。

提高耐疲劳磨损的措施：合理选择润滑剂：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。

进行表面强化处理：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。

7.断裂分类：1）按断裂性质分：塑性断裂、脆性断裂；根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小分。

一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。

（2）按断裂路径分：沿晶断裂、穿晶断裂、混晶断裂；（3）按断裂机理分：一次性断裂、疲劳断裂；模具材料多为中、高强度钢，断裂性质多为脆性断裂。

影响断裂失效的主要因素：（一）模具表面形状：增大圆角半径，减少突变，避免尖角，减小应力集中。

（二）模具材料：减少夹杂物，提高冶金质量，提高材料强度。

控制断裂的三个主要因素：1）裂纹尺寸和形状；2)作用应力；3)材料的断裂韧性。

裂纹尺寸越大，作用应力越高，发生断裂的可能性就越大；材料的断裂韧性越高，抵抗断裂破坏的能力越强，发生断裂的可能性就越小。

8.锻造工序一般可分为：基本工序、辅助工序和修整工序三类。

(1)基本工序指能够较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，也是锻造过程中主要变形工序。

如镦粗、拨长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、剁切、错移、扭转等。

(2)辅助工序指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。

(3)修整工序指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图要求的工序。

如鼓形滚圆、端面平整等。

一般是在某一基本工序完成后进行。

9.模具表面的加工方法包括车削、铣削、磨削、抛光等。

磨削的原理是把复杂的成型表面分解为若干段简单的直平面或圆弧直曲面，然后按照一定的顺序，沿着轮廓方向逐点或逐段磨削，使之达到规定的加工要求。

10.残余应力大小与以下几个因素有关: (1) 磨削深度；(2) 砂轮硬度、锋利度；（3）回火工艺；（4）模块材料的导热性。

11.模具热处理：1) 氧化、脱碳；2) 过热、过烧；3）硬度不足；4）软点；5）黑色断口；6）脆性；7）麻点；8）裂纹；9）变形。

11.模具材料分类：按模具类别分：冷作模具、热作模具、塑料模具。

按材料类别分：钢铁材料、非铁材料、塑料等。

模具材料的性能要求：（一）使用性能：硬度和耐磨性、强度和韧性、抗热性能（热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳性、抗粘着性）；（二）工艺性能：热加工工艺性能、冷加工工艺性能、热处理工艺性能。

模具选材的具体考虑因素：（一）模具工作条件：承受载荷、速度（冲击）、工作温度、腐蚀；（二）模具的失效因素：磨损、腐蚀、断裂、塑性变形。

（三）模具所加工的产品：产品批量大小、产品质量要求、产品材质；（四）模具结构：模具大小、模具形状、模具的不同组件（不同部位）、模具制造工艺、模具设计。

12.冷作模具的种类很多，包括冲裁模、冷挤压模、冷镦模、拉伸模等。

各类冷作模具的特点：(一) 冲裁模：冲裁模主要用于各种板料的冲切成形，按其功能不同可分为落料模、冲孔模、切边模等。

1.工作条件：冲裁模的工作部位是刃口。

冲裁时，刃口部受到弯曲和剪切力的作用，还要受到冲击。

同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。

2. 失效形式：冲裁模的正常失效形式主要是磨损，刃口由锋利变圆钝。

有时会因热处理不当等造成崩刃和凸模折断等非正常失效。

3．性能要求：依据上述分析，冲裁模的主要性能要求是高的硬度和耐磨性，足够的抗压、抗弯强度和适当的韧性。

(二) 拉拔模及成形模：主要包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模。

利用这些模具可使板材或棒材延伸并压制成一定形状的产品。

1．工作条件：模具工作时受载较轻，但模具表面受到强烈的摩擦。

凹模主要受到径向张力的作用，凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。

2．失效形式：成形模具的主要失效形式是磨损，而拉拔模除了严重磨损外，在温度和压力作用下，还会产生“粘附”（咬合）。

3．性能要求：对拉拔模的主要性能要求是高的耐磨性、硬度及良好的抗咬合性。

对成形模的耐磨性、硬度要求稍低，但要求较高的韧性。

（三）、冷镦模：冷镦模是在冲击作用下使金属棒料在模具型腔内冷变形成形的模具。

主要用于紧固件、滚动轴承、滚子链条、汽车零件的成形。

1．工作条件：冷镦模具工作条件差，受到强烈冲击，室温下，材料变形抗力大。

凸模承受巨大冲击压应力，且冲击频率很高。

凹模的型腔表面和凸模的工作表面还受到剧烈的冲击性摩擦。

2．失效形式：冷镦模的主要失效形式是：凸模镦粗、局部变形或折断；凹模开裂，模口胀大等。

3．性能要求：凸模、凹模均要求有足够的硬度、强度和韧性。

一般凸模要求硬度为60-62HRC，凹模要求硬度为58-60HRC。

（四）、冷挤压模：冷挤压是使金属在强大的近于静挤压力的产生塑性变形而形成制品或零件。

1. 工作条件：金属的冷挤压成形，受到强烈的三向压应力的作用，变形抗力大。

模具不仅受到强大的挤压力作用，而且还受到坯料塑变流动的剧烈摩擦，冷挤压时产生较大的温升。

2. 失效形式：冷挤压凸模的失效形式主要是断裂、塑性变形及磨损；凹模的主要失效形式是胀裂及磨损。

3．性能要求：冷挤压模必须具有高的强韧性，良好的耐磨性。

一般凸模要求硬度为60-64HRC，凹模要求硬度为58-62HRC。

由于冷挤压时产生较大的温升，所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。

冷作模具钢的性能要求：冷作模具正常的失效形式是磨损。

常会因变形(包括弯曲、镦粗、塌陷、模孔胀大等)、崩刃、开裂而出现早期失效。

冷作模具用钢应该具有高强度、高硬度、高耐磨性和足够的韧性。

一般凸模要求硬度为50-60HRC 。

冷作模具钢的成分特点：冷作模具钢通常以高碳为主，以满足高强度、高硬度、高耐磨性要求，为了提高淬透性和耐磨性，适当添加一些碳化物形成元素Cr、Mo 、W、V 等。

13.冷作模具用钢按化学成分分类，可以分为碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬和高碳中铬钢及高速钢。

碳素工具钢：常用钢种有T7A、T8A、T10A、T12A等.主要优点：（1）成本低：价格便宜，来源方便。

（2）加工性能好：与其他冷作模具钢相比，锻造工艺性较好，易退火软化，便于加工制成模具。

（3）热处理后有较高的硬度和一定的耐磨性。

主要缺点：(1)淬透性低：模具截面尺寸大于15 mm ，水冷也不能淬透。