冲压模具失效形式

冲压模具失效形式

a ）局部塑变

b ）摩擦磨损

c ）疲劳损坏

（初期磨损时期）（正常磨损时期）（急剧磨损时期）

图 11.1.1 冲裁时刃口的损害过程

（1）初期磨损时期

模具刃口与板料相碰时接触面积专门小，刃口的单位压力专门大，造成了刃口端面的塑性变形，一样称为塌陷磨损。其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。

（2）正常磨损时期

起初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐步减轻，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要紧磨损形式。磨损进展较缓慢，进入长期稳固的正常磨损时期，该时期时刻越长，讲明其耐磨性能越好。。

（3）急剧磨损时期

刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面显现了损坏剥落（见图 11.1.1c ）。现在进入了急剧磨损时期，磨损加剧，刃口出现疲劳破坏，模具已无法正常工作。模具使用时，必须操纵在正常磨损时期以内，显现急剧磨损时，要赶忙刃磨修复。

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，能够通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量承诺的毛刺极限值时即进行刃磨。

从磨损机理上分析，凸、凹模的磨损要紧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，使其逐步磨损的过程。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。

一样情形下，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担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。

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，是唯独的拉应力，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缘故之一。

关于厚板冲裁模，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。

a) 崩刃 b) 弯曲 c) 折断

图 11.1.2 凸模断裂和塑性变形

二. 拉深模的工作条件及失效形式

1. 拉深模的工作条件

拉深模具要紧用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态如图11-5 所示。拉深时凸模下压板料毛坯，拉深力通过凸模底部和凸模圆角部位传导给毛坯，板料毛坯的外缘部分通过凹模端面与压边圈之间被拉入凸模与凹模之间的间隙。在拉深力P 动、压边力P 压以及毛坯与模具工作部件相对运动产生的动摩擦力的作用下，凸模圆角半径处受到压力P 1 和摩擦力F 1 ；凹模圆角半径处受到压力P 2 及摩擦力F 2 ；凹模端面部位半受到了压力P 3 和摩擦力F 3 ；压边圈与板料相接触的部位受到了压力P 4 和摩擦力F 4 的作用。

图 11.1.3 拉深时模具的受力

在拉深开始时期，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。然而在整个拉深过程中，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，压应力和摩擦力都专门大，因此凹模与压边圈的磨损现象始终存在。

2. 拉深模的要紧失效形式

由于拉深模具的工作部件没有刃口，受力面积大，工作时无严峻的冲击力，因此，拉深模不易显现塑性变形和断裂失效。然而工作时存在着专门大的摩擦，拉深模具的要紧失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主，是拉深过程中常显现的咨询题和模具失效的重要缘故。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峻。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。

从显微观观看，模具和坯料的表面差不多上凹凸不平的，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。专门是在某些塑性变形严峻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，严峻时将在产品的表面刻划出刻痕，擦伤工件，同时加速模具的不平均磨损，这种失效形式又称为粘模。现在，需对模具进行修磨，除去粘附的金属。拉深模的重要咨询题，就在于如何防止粘附的金属小瘤。

在拉深工作中，显现拉深粘模的咨询题，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、周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承诺显现磨损痕迹，必须具有较低数值的表面粗糙度和较高的耐磨性。

三. 冷挤压模的工作条件及失效形式

1.冷挤压模的工作条件

冷挤压模具工作时，将大截面的坯料挤压为小截面的工件，坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性流淌，由于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力高达 1960MPa 以上，使模具承担强大的挤压反作用力和摩擦力。摩擦功和变形功转化成热能，使模具表面升温达300℃左右（局部可达300℃以上）。此外，每一次挤压过程差不多上在专门短的瞬时完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又下降，确实是讲模具还承受着冷热交变温度和多次冲击负载的作用。如此严酷的工作条件，使得冷挤压模具的使用寿命比其它模具要低。

2. 冷挤压模的要紧失效形式

冷挤压模具的凸、凹模由于受力状况有所不同，因此失效形式有所差异，一样凸模易于折断，凹模易于胀裂。冷挤压凸模的失效形式要紧有折断、磨损、镦粗、疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的失效形式要紧有胀裂和磨损。

冷挤压模具的磨损要紧是磨粒磨损和粘附磨损，磨损要紧发生在凸模的工作端部和凹模内壁。模具表面温度的升高可能会使模具材料的表层软化，从而加速磨缺失效的过程。

冷挤压时，凸模可能在弯曲应力或应力集中的作用下折断，或因脱模时的拉应力拉断。凸模肩部由于承担专门高的压应力和摩擦力，易产生麻点和磨损，成为导致凸模折断的疲劳源。若凸模选材或热处理不当，在压应力和弯曲应力的作用下，将产生纵向弯曲或镦粗，镦粗一样发生在距工作端部 1/3~1/2 凸模工作长度处。一旦发觉凸模镦粗，应赶忙重磨。假如凸模因抗压强度不够发生镦粗，在工作部位表面会产生拉应力，引起表面纵裂。若连续挤压，裂纹将扩展并连接起来，造成掉块（凹模表面成片剥落）。

若凹模抗拉强度不够，挤压时在切向拉应力的作用下，会产生胀裂（纵向开裂），凹模型腔变化的部位会发生横向开裂。假如采纳预应力组合凹模，长期工作中内层凹模型腔内壁会因拉、压交变循环的切向应力作用导致疲劳开裂。

任何模具，其失效形式并非一成不变。模具在服役过程中，在不同的部位，会承担不同形式的作用力，可能导致显现多种损害形式并存的现象。

由于模具材料的性能、模具的结构、制造工艺、压力加工设备的特性和加工操作方法的不同，各种损害形式的进展速度有专门大的差异，多种损害形式的相互促进会加速模具的失效。因此，同样的模具可能会导致完全不同的失效形式和服役寿命。

对模具进行失效分析，不仅要查明其失效形式、失效缘故及阻碍因素，还应当了解其它可能导致损害的缘故及阻碍因素，把握全面的情形。在克服某一种失效形式时，还要防止其它损害的进展，以确保和延长模具的服役期限。