常见模具失效形式及机理
模具失效的三种形式
模具失效的三种形式，铝压铸，重力铸造
1. 热疲劳龟裂损坏失效
模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与
其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。
为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。
另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。
同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。
因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。
2. 碎裂失效
碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型
面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。
而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。
为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。
另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
3. 溶蚀失效
熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、A l、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。
当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。
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。
塑料模具失效机理及熔覆再制造技术研究
塑料模具失效机理及熔覆再制造技术研究引言在现代制造业中，塑料模具被广泛应用于各种加工工艺中，如注塑、吹塑、挤塑等。
然而，随着使用时间的增加，塑料模具会逐渐失效，导致生产效率下降。
为了延长模具的使用寿命并降低制造成本，研究塑料模具失效机理及熔覆再制造技术显得尤为重要。
塑料模具失效机理塑料模具失效是一个复杂的过程，常见的失效机理包括磨损、疲劳、腐蚀和热疲劳等。
磨损塑料材料的注塑过程中，塑料颗粒在高温和高压的作用下流动并填充模具腔体，这会导致摩擦和磨损。
长期使用会使模具表面磨损严重，甚至出现裂纹和断裂现象。
疲劳模具在使用过程中会承受多次的加载和卸载过程，这会引起应力的集中和累积。
当应力集中超过材料极限时，模具会发生裂纹和疲劳断裂。
腐蚀某些塑料材料具有腐蚀性，当这些材料与模具表面接触时，会导致化学反应并破坏模具表面结构，引起失效。
热疲劳塑料模具在高温和高压环境下工作，长期热循环会导致模具材料内部的应力变化，从而产生裂纹和失效。
熔覆再制造技术为了解决塑料模具失效问题，研究人员提出了熔覆再制造技术。
该技术通过将新材料熔覆在老化和损坏的模具表面，修复和改善模具的性能，延长使用寿命。
熔覆工艺熔覆再制造技术主要包括清洗、表面处理、熔覆和热处理等步骤。
1.清洗：将老化和损坏的模具进行清洗，去除表面的污垢和氧化物。
2.表面处理：采用特殊的喷涂或电镀方法，在模具表面形成一层粘接层，提高新材料的粘附性。
3.熔覆：使用燃气火焰、等离子喷涂或激光熔覆等技术，将新材料熔化并喷涂在模具表面，形成一层保护层。
4.热处理：经过熔覆后的模具进行热处理，使其达到适当的硬度和耐磨性。
熔覆再制造技术的优势熔覆再制造技术具有以下优势：•延长模具的使用寿命：熔覆再制造技术可以修复和改善老化和损坏的模具，延长其使用寿命，减少更换模具的次数。
•降低制造成本：与重新制造新模具相比，熔覆再制造技术具有较低的成本，可以节约生产经费。
•提高生产效率：通过修复和改善模具，熔覆再制造技术可以提高生产效率，减少生产停机时间。
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。
常见注塑模具失效
常见注塑模具失效一．设计失效1.模具尺寸不符合输入机台要求2.机构设计出错3.顶出系统设计失效4.排气系统设计失效5.模具水路设计失效6.模具浇注系统设计失效7.零件分割不符合加工原则8.放错失效9.滑块反锁设计失效10.嵌件模具让位失效11.标准件使用不合理12.热流道选用不合理13.零件数量出错二．加工失效1.尺寸超差2.外观异常3.表面处理不符合技术要求4.材料及热处理不符合设计要求三．采购失效1.尺寸超差2.外观异常3.表面处理不符合技术要求4.材料及热处理不符合设计要求5.标准件不符合设计要求四．检验失效1.免检及漏检2.检测结果出错3.零件状态标识出错4.检测设备不合理5.检测设备异常或未按期检定或校准五．零件保管失效1.零件损坏2.零件丢失3.零件生锈六．装配失效1.零件倒角让位不到位2.零件未退磁处理3.机构配合不顺畅4.私自零件加工5.零件装错或漏装6.零件损坏或丢失7.零件配合不符合要求8.零件标识未作9.嵌件未实配10.热流道装配异常11.模具水路未试验12.模具辅助装置装配错误七．试模失效1.材料不符合要求2.机台出错3.机台不具备试模具条件4.工艺参数不合理或未参考模流分析结果5.未按试模单要求试模6.模具水路连接出错7.模具漏水8.模具温度设置不合理9.零件损坏10.嵌件装配出错11.模具辅助装置异常12.模具顶出异常13.产品粘模14.流道粘模具15.产品缺胶16.产品飞边17.产品变形18.产品尺寸不稳定19.缩水严重20.银丝21.产品分层脱皮22.熔接痕23.气泡24.表面流纹25.表面波纹26.表面浮纤27.产品发白28.产品顶变形29.产品杂色30.产品污染31.产品裂纹32.产品发脆33.产品颜色不均34.浇口粘模35.透明度不符36.产品内部异物37.产品拉伤八．检测失效1.未按测量作业指导书操作2.检测结果录入出错3.检测工装异常4.未选用正确的检测量具5.量具异常6.量具未按规定进行检定或校准7.检测时剖切不合理九．模具更改失效1.尺寸优化失效2.尺寸优化不完全3.优化方案不合理4.零件更改不完全5.3D模型不可再生6.2D图纸异常7.零件数量下发错误上一页下一页。
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。
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。
常见模具失效形式及机理
▪ 主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、冷热疲劳断裂失效 等。
1、锤锻模（锤锻模的工作条件）
（1）模具的受力
①冲击力 ②压力 ③内应力
（2）模具的受热
①锻前预热 ②与坯料接触的热 ③变形热和摩擦热
（3）模具的冷却 为减轻锤锻模热负荷，在工作间歇，对模具进行冷却。 由于加热冷却作用，易于产生热疲劳。 （4）型腔表面摩擦
利用探伤手段测得裂纹尺寸后，利用公式根据材料性能，可求出 相应的临界应力
c K1C ac
▪ 估计模具剩余寿命
Ny
ac a0 (da/dN)
▪ 指导修模工艺
(四) 影响断裂失效的主要因素
▪ 模具表面形状
▪ 模具材料
3 模具的过量变形失效
1.过量弹性变形失效 模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过模具匹配 所允许的数值，使得成型的工件尺寸或成型精度不能 满足要求而不能服役的现象。
流到高
局部气压低于蒸汽压形成气 压区 气泡
泡或液体中析出的气泡
破裂
产生高温和 反复作用 极大冲击力
形成泡沫海 绵状空穴
局部金属脱离表 扩展至表面 模具浅表层产生疲
面或气化
劳裂纹
容易发生气蚀磨损的模具：
注塑模、压铸模
固体表面
▪ 什么叫冲蚀磨损？
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。
▪ 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
(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。
第二章 模具失效分析(模具材料)
something
1
第二章 模具失效分析
失效的概念
2
失效：指产品丧失规定的功能，包括规定功能的完全丧失， 也包括规定功能的降低。
按经济观点失效的分类 目的：明确失效造成损失的法律责任和经济责任
① 误用失效：产品未按规定条件使用而发生的失效。 ② 本质失效：产品因本身固有的弱点而发生的失效。 ③ 早期失效：产品因设计、制造或检验方面的缺陷等而发生的失效
正确判断模具的失效形式：主要依据失效模具的形貌特征、应 力状态、材料强度和环境因素等进行分析判断，并找出模具失 效的原因及主要影响因素。
提出防止模具失效的具体措施，主要从以下几个方面考虑： ① 合理选择模具材料 ② 合理设计模具结构 ③ 保证加工和装配质量 ④ 严格控制模具质量 ⑤ 模具表面强化处理 ⑥ 合理使用、维护和保养模具
2
3 s
F—与材料表面垂直的法向载荷 Θ—凸出部分的圆锥面与软材料
平面间的夹角 r—凸出部分圆锥面与软材料的
接触面的半径 l —摩擦副相对滑动的距离
若软材料的屈服强度σs与硬度Hk成正比，即 Hk s ，则磨损量为
V Fl tan Hk
↑Hk，↓F →↓V
2.1.1.1 磨粒磨损
22
4、影响模具磨粒磨损的主要因素 影响磨粒磨损的因素十分复杂 (1) 磨粒尺寸与几何形状
摩擦是过程；磨损是摩擦的结果，是一种材料损耗现象。
磨损失效：模具工作过程中与工件表面接触构成摩擦副，产生相 对运动而造成磨损，磨损失效是指当磨损使模具尺寸发生变化或 改变模具表面状态致使模具不能正常工作的现象。
磨损不是一个简单的力学过程，而是力学、物理和化学过程的综 合。根据磨损破坏机理，磨损可分为磨粒磨损（各类磨损造成的 经济损失中，所占比例高达50%）、粘着磨损（所占比例约15%）、 腐蚀磨损（包括冲蚀磨损、气蚀磨损，所占比例约13%）、疲劳磨 损、微动磨损等。
模具失效的基础知识课件
第一节 模具失效的形式和机理
一、模具失效的分类： • 模具失效包括正常失效和非正常失效。
Fe2O3、Cu2O等氧化膜的熔点低，疏松， 阻力小；
在钢中加入Al、 Cr、Si等元素，因其与 氧的亲和力比Fe大，故可优先形成氧化物， 从而阻Fe的氧化。
二、电化学腐蚀
产生条件
• 不同金属或同一金属的不同部分存在 电极电位差；
• 相互接触； • 有电介质溶液。
电化学腐蚀的过程
• 阳极：失去电子发生氧化反应 （被腐蚀）
1.定义：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 称为疲劳磨损或麻点磨损。
2.疲劳磨损的特点
产生在金属表面和亚表面内，裂纹扩展的方 向平行于表面，或与表面成10°～30°角 度。
3.影响疲劳磨损的因素： ①材料的冶金质量 冶金质量↑，抗疲劳性↑ ②材料的硬度 硬度↑（小于HRC62）。抗疲劳能力提高。 ③表面的粗糙度
材料的强度随温度的升高而降低 高温下材料的强度随时间的延长而降低 高温下材料的变形量随时间的延长而增加
二、蠕变和蠕变曲线
蠕变
蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长 而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超 过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长， 它在应力小于弹性极限时也能出现。
2.塑性变形失效
由于发生塑性变形改变了几何形状或尺寸， 而不能通过修复继续服役的现象。
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。
常见模具失效形式及机理共57页
常见模具失效形式及机理
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我Hale Waihona Puke 若浮烟。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
模具失效形式及机理
11
第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时 涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时 介于 发生。 发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内， 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。 金属表面上。
12
第三章 模具失效形式及机理
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第三章 模具失效形式及机理
（二）粘着磨损的分类 胶合（咬死） 粘结点强度远远高于模具和工件的强度 胶合（咬死）：粘结点强度远远高于模具和工件的强度 远远高于 时发生。 摩擦副之间粘着面积较大， 时发生。 摩擦副之间粘着面积较大，不能作相对运动 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。
（二）粘着磨损的分类 擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。 擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接点 高于模具和工件的强度时发生 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内， 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属表 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面。 如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内， 如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢表面 也残留少量的小坑； 也残留少量的小坑；
模具材料及失效分析
张艳梅
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第三章 模具失效形式及机理
模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。 模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。 锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破裂； 如：锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破裂；塑 料模具常常因表面光洁度不够而失效。 料模具常常因表面光洁度不够而失效。 综合来讲，模具失效形式主要有三类：磨损、断裂、 综合来讲，模具失效形式主要有三类：磨损、断裂、塑 性变形。 性变形。
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。
模具的失效分析
模具的失效分析№1一, 目的1, 模具设计人员必须熟知如何保证模具设计正确,合理,提高模具寿命,降低成本.2, 生产中模具失效时,能分析原因,提出改进措施,也是工艺员应掌握的技能.二, 模具的工作条件1, 工装模具组成凹模 - 冷镦, 正挤, 反挤, 冲孔, 锥形凸模, 切边凹模, 切边凸模,孔类` 螺母用凹模等.套 - 推出销套, 衬套垫 - 带孔垫块轴类冲头–正挤, 反挤, 六方冲头, (螺母冲头), 推出销, 凸模销,光凸模(无孔)销, 轴, 杆.板,块类型 - 垫块,切断刀,送料滚,刀体,钳片,夹子,弹簧板,弹簧片螺旋弹簧–拉,压弹簧碟簧板簧2, 易损件 (服役期短,经常更换的件)冲头, 凹模重点分析易损件–冲头, 凹模.3, 模具工作条件①挤压冲头工作条件–以活塞销为例上冲头上冲头–向下运动, 下冲头–固定不动.挤压中,上冲头受力大于下冲头. 上冲头受力情况如下:A) 向下运动–反挤坯料,冲头受压应力. B)向上运动–脱离坯料,因摩擦力冲头受拉应力. C)可能因冲头偏心,产生弯曲应力.结论: 上冲头受力复杂,易导致失效. 上冲头最大名义压力可达2500 MPa.在尺寸过渡处,由于应力集中, 有时应力更大于此值.② 冷挤压凹模的工作条件 № 2 冷挤压过程中,凹模型腔表面受很大的压力,该压力使凹模产生巨大的切向拉应力.(以下插图)p 0材料力学厚壁筒受力分析理论公式拉应力压应力P 1R 21 - P 0 R 20R 2-R 21P 1 -P 0R 21R 20σt σr =()+R 2R 2-R 21()=R 2-R 21P1R 21- P 0 R 20-)(R 2-R 21R 2)(R 21R 20P 1 -P 0①②③④⑤⑥当采用整体模时,如下图P 0 =0 代入①,②式)(R 20 -R 21R 2+=σt R 21 R 20P 1R 20 -R 21P 1R 21=P 1R 21R 20 -R 21(1+R 20R 2)P 1 R 21 R 20R 2R 20 -R 21()-P 1R 21 R 2-R 21=σr =R 2-R 21P 1R 21 )R 2R 201-(当R=R 1 时,分别代入公式③,④得σtR1σrR1=)R 21R 201+(R 20 -R 21P 1R 21)R 21R 21-(R 2-R 21P 1R 21=P 1R 20 -R 21R 20 +R 21==-P 1所以实际应用中,整体式凹模 d外/ d内比值取4-6 符合上面计算结果.σtR0=P1(6R1)2 -R212R21=2 /35 P1=0.0571P1由公式⑦得当R0 = 6 R1时,=0.133P1=2 /15 P12R21(4R1)2 -R21P1=σtR0由公式⑦得3,整体模孔与外径的尺寸关系当R0 = 4 R1时,结论:1,σt切向应力不是均匀分布,靠近内表面处最大,靠近外表面处最小.2,凹模承载能力并非随壁厚的增加而按比例增加.如已知一整体模及 P1 ,R0 ,R1 , 则可求出模中某点应力状态,见下图σtR0σrR0=)R21R201+(R20 -R21P1R21)R20R201-(R20 -R21P1R21=P1R2-R212R21==0当R=R0时,分别代入公式③,④得⑧⑦三,模具失效的基本形式及原因模具失效形式–模具丧失服务能力的某种损伤形式.大多数模具出现损伤后,不会立即丧失服务能力,仅在其中一种损伤发展到足以妨碍模具正常工作或生产出废品时,此模具才停止服役.№ 3(二)模具塑性变形失效原因凸凹模磨损失效是一种正常失效,但有时发生早期磨损失效值得研究.1,模具磨损过程磨损量 mg C①初期磨损阶段 A新模具B刃口锋利(切边模,冲切模),模孔形状误差(不圆度等),与坯料接触面积小,局部压力大, A以及产生塑性变形,导致磨损速度加快.冲击次数 N②正常磨损阶段 B初期磨损阶段达到一定程度,刃口与工件接触单位压力减轻,不再产生塑性变形,进入摩擦磨损阶段. 在此过程中,由于反复冲击,而模具渐渐趋于疲劳.③过激磨损阶段 C刃口, 模孔呈现疲劳,模具急剧磨损,不能正常工作,甚至因冲击出现表面剥落,剥落硬粒子成为磨粒,加快了磨损速度.2,模具磨损失效原因–基本原因是磨擦№ 6(四) 模具疲劳失效原因1,特征: 在模具某些部位△在模具某些部位,经一定的服役期,萌生了细小的裂纹,并逐渐向纵深扩展.裂纹扩展到一定的尺寸后,严重的削弱模具的承载能力,而引起断裂.疲劳裂纹萌生于应力较大的部位,特别是应力集中的部位(尺寸过渡,缺口,刀痕,磨削裂纹等).△模具通常在高强度,低塑性状态下服役,在模具的微观疲劳断口处,很难观察到典型的疲劳条带,但是其宏观断口上,往往呈现出海滩状形貌.△高碳高合金钢模具,其疲劳断口往往出现粗糙的木纹状条纹.对宏观断口的形貌观察产生严重的干扰.2,疲劳裂纹分析根本原因是循环载荷.疲劳失效过程分两个阶段, ①疲劳裂纹的萌生②疲劳裂纹的扩展.1)疲劳裂纹的萌生①位置–经常在尺寸过渡处, 刀痕处,磨削沟痕处,磨削裂纹处.②萌生机理–见下图模具表面某些微区域内,可先发生滑移,滑移随载荷变化反复进行,到达某一程度后,材料滑移抗力下降,可能从滑移带中挤出金属,成为挤出锋,与此同时形成凹槽.当循环应力较大或晶界相对弱化时,疲劳裂纹可萌生于晶界.疲劳裂纹也可以萌生于粗大的第二相颗粒与基体的界面上.水介质(自来水,盐水等)显著加速疲劳裂纹的萌生和扩展,剧烈降低疲劳寿命.2)疲劳裂纹的扩展–分两个阶段A,扩展第一阶段 : 形成滑移带裂纹源后,沿着与拉伸应力轴成45°角的滑移面扩展.这种切变式扩展称为第一阶段扩展.对钢铁材料,第一阶段扩展为数百微米.如疲劳裂纹萌生于夹杂物,第一阶段扩展的深度仅为数个微米以后就转向垂直于拉应力轴的方向扩展.B,扩展第二阶段 : 疲劳裂纹沿垂直于拉力轴的方向扩展,在此阶段有多种机制,有拉伸,有压缩.3, 冷模具钢对疲劳裂纹萌生扩展的影响模具钢具有很高的屈服强度和很低的断裂韧性.高的屈服强度–有利于推迟疲劳裂纹的萌生.低的断裂韧性–加快疲劳裂纹的扩展,使疲劳裂纹扩展循环数剧烈缩短.№ 74,模具疲劳失效原因№ 8根本原因是循环载荷,凡促使表面拉应力增大的因素均增加疲劳裂纹的萌生.(五) 模具冷热疲劳失效1,失效形态在极冷,极热条件下服役的模具,锻压数千次或数百次之后,型腔表面出现许多细小裂纹,其形状有网状,放射状,平行状等,这些裂纹仅有数毫米深,不会向纵深扩展,冷热疲劳裂纹经常萌生于刀痕及磨损沟槽,外观呈现直线状.2,模具冷热疲劳失效原因锻压钢件的模具与坯料接触时,表面迅速升温到600℃-900℃而内层尚处于较低的温度,表面层受热而膨胀,但受内层的约束,因而在表面产生压应力,压应力的数值一般均大于模具材料在该状态下的屈服强度,因而引起塑性变形.锻件脱模后,由于向模具表面喷洒冷却剂,使表面急剧冷却而收缩,当表面收缩受到约束时,便产生拉应力,模具表面层中的循环热应力是引起冷热疲劳的根本原因.高温氧化,冷却水的电化学腐蚀以及坯料的摩擦作用,加速了冷热疲劳过程.因此,冷热疲劳过程是极其复杂的物理化学过程.(六) 模具的断裂失效模具在服役过程中,突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分使模具立即丧失服务能力,属于断裂失效.常见断裂失效形式有 : 崩牙,崩刃(冲头,搓丝板,滚丝轮等)劈裂,折断(冲头),胀裂等1,模具断裂(折断)失效过程可分一次性断裂和疲劳断裂两类①一次性断裂模具在冲压时突然断裂,称为一次性断裂.主要原因是严重超载或模具材料严重脆化(如过热,过烧,回火不足,严重的应力集中及严重的冶金缺陷等)②疲劳断裂模具在服役中，在应力最大或应力集中处，萌生微裂纹，在冲击力作用下，微裂纹慢慢扩展，模具有效承载面积逐渐缩小，直至外加应力超过模具材料的断裂强度，模具发生断裂或是随裂纹逐渐扩展裂纹尖端的应力强度因子不断增大，直至超过材料的断裂韧性值时，裂纹发生失稳性扩展，模具发生脆性断裂。
模具失效的原因及预防措施
模具生产过程中失效的原因及预防措施1 前言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。
2 模具失效冷热模具在服役中失效的基本形式可分为：塑性变形；磨损；疲劳；断裂。
(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。
但在钢中存在有严重的碳化物偏析或大颗粒的碳化物情况下，这些碳化物易剥落，而引起磨粒磨损，使磨损加快。
较轻冷作模具钢(薄板冲裁、拉伸、弯曲等)的冲击，载荷不大，主要为静磨损。
在静磨损条件下，模具钢的含碳量多，耐磨性就大。
在冲击磨损条件下(如冷镦、冷挤、热锻等)，模具钢中过多的碳化物无助于提高耐磨性，反而因冲击磨粒磨损，而降低耐磨性。
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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 热作模具 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。失效形式比冷作模具复杂。 主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、冷热疲劳断 裂失效等。
3.冷镦模
冷镦模是在冲击力作用下，凸模使金属棒料在凹模 型腔内镦粗成型的冷作模具，主要用来加工各种形 状的螺钉、铆钉、螺栓和螺母等的毛坯。
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
模具的塑性变形
凹模模口胀大
冲头弯曲
冲头镦粗
凹模的塌陷
塑性变形失效机理
模具某部位所受的应力超过了当时温度下模具材料的屈服 强度，会以滑移、孪晶、晶界滑移等方式产生塑性变形， 造成模具失效。
产生塑性变形的主导因素：
●室温下，机械负荷和模具的室温强度 ●高温下，模具的工作温度和材料的高温强度
(二) 多种失效形式的交互作用
●沿夹杂物和第二相萌生微裂纹
在无外加机械应力的条件下，由于外部温度的涨落使零件内部产生循环应 变，由此导致的裂纹和断裂叫做热疲劳失效。在热疲劳条件下，有两种方 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。
2、沿晶断裂
裂纹沿晶界面扩展而造成金属材料的脆断。 材料本身的沉淀相 或杂质元素偏聚 环境介质或高温的 促进作用
晶界 弱化
沿晶裂纹
●晶界沿沉淀相造成的沿晶断裂 ●杂质元素偏聚造成的沿晶断裂
(二) 疲劳断裂
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。
疲劳裂纹的萌生
●表面不均匀变形萌生裂纹 ●沿晶界萌生裂纹
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
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 产品缺陷失效 失效 误用失效 受累性失效
按失效的形式及失效机理分类
过量弹性变形失效 过量变形失效 过量塑性变形失效,模具的塑性变形 蠕变超限 失 效 韧性断裂 蠕变断裂
(四) 气蚀磨损和冲蚀磨损
什么叫气蚀磨损？
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 成小麻点和凹坑的现象。
气蚀磨损机理
局部气压低于蒸汽压形成 气泡或液体中析出的气泡 形成泡沫海 绵状空穴
流到高 压区 气泡
破裂
产生高温和 极大冲击力
反复作用
局部金属脱离 表面或气化
扩塑模、压铸模
固体表面
什么叫冲蚀磨损？
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。
冲蚀磨损机理
●强烈撞击造成局部材料断裂 ●速度不高的反复撞击产生疲劳裂纹，形成麻点和凹坑
(五) 腐蚀磨损
什么叫腐蚀磨损？
晶体结构
晶体点阵（晶格）
点缺陷
线缺陷（位错）
从原子点看位错运动
从线角度看位错运动
(一) 一次性断裂
1、穿晶断裂
因拉力作用而引起的解理断裂（沿特定晶面的断裂）。
穿晶断裂原理
●位错塞积理论
σ
●位错反应理论
σ σ c σ
(001)
σ 塞积理论
(101)
σ
体心立方晶体中位错反应示意图
注意：高温下解理裂纹不易形成； 低温下易形成解理裂纹。
粘着磨损机理示意图
粘着磨损分类
磨 损 严 重 程 度
轻微粘着磨损（氧化磨损） 涂抹
严重粘着磨损 擦伤 撕脱 咬死
影响粘着磨损的因素
●表面压力
●材料性质 ●材料硬度
提高粘着磨损的措施 ●合理选择润滑剂
●进行表面强化处理
(三) 疲劳磨损
什么叫疲劳磨损？
两接触面相对运动时，在循环（交变）应力（机械应力与热应 力）的作用下，使表层金属脱落的现象。
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
●裂纹扩展第二阶段
疲劳裂纹扩展速率
da C (K ) m dN
A：经一个加载-卸载循环后裂纹向前扩展长度 C、m：材料常数 N：应力循环次数 ΔK：应力强度因子振幅
(三) 断裂力学在模具失效分析中的作用
●磨损对断裂及塑性变形的促进作用
●塑性变形对磨损和断裂的促进作用
一
冷作模具的服役条件及失效形式
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。 冷冲裁模 冷拉深模 冷挤压模 冷镦模 冷作模具都是在常温下对工件材料施力，使其产生 分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的成品或半 成品件。
冷作模具
1.冷冲裁模
冷冲模具工作对象是金属或非金属板材依靠冷冲模 具的刃口完成冷冲压加工中的分离工序。 冷冲模具的主要工作部位凸模（冲头）和凹模的刃 口，靠它们对板料施加压力，使其产生弹性变形、 塑性变形和分离过程。 凸模（冲头）承受压力同时还要承受冲击力、剪切 力和弯曲力的作用。凹模的刃口端面和侧面承受挤 压和摩擦力的作用。 冷冲模具的最常见的失效形式是模具刃口的磨损， 厚板冲裁模还会塑性变形、断裂或崩刃。
疲劳磨损机理
表面或亚表面经外力反 复作用一定周期 表面产生局部的塑性 变形和加工硬化 某些组织不均匀处由于 应力集中产生裂纹源
磨损剥落
裂纹源扩展到表面或 与纵向裂纹相交
影响疲劳磨损的因素
●材质
●硬度
●表面粗糙度 在无外加机械应力的条件下，由于外部温度的涨落使零件内部产 生循环应变，由此导致的裂纹和断裂叫做热疲劳失效。在热疲劳条 件下，有两种方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束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束，反之亦然。
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（凹模） 。
油轮断裂和北极星导 弹发动机壳体爆炸与材 料中存在缺陷有关。
裂纹扩展的基本形式
1943年美国T-2油轮发生断裂
北 极 星 导 弹
断裂的分类及其特征
晶体结构的几个基本概念 空间点阵: (Lattice)
为了便于研究晶体中原子分子或离子的排列情况,近 似的将晶体看成无错排的理想晶体,忽视其物质性抽 象排列于空间的无数集合点,这些点代表原子(分子或 离子)的中心,也可是彼此等同的原子群或分子群的中 心,各点的周围环境相同,这些点的空间排列称为空间 点阵,简称点阵
估计模具承载能力
利用探伤手段测得裂纹尺寸后，利用公式根据材料性能， 可求出相应的临界应力
c K1C ac
估计模具剩余寿命
ac a0 Ny (da / dN )
指导修模工艺
(四) 影响断裂失效的主要因素
模具表面形状 模具材料
3 模具的过量变形失效
1.过量弹性变形失效
1、表面损伤失效
由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失 去物质的现象称为磨损。 当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模 具表面状态使其不能继续服役时，称为磨损 失效。
(一) 磨粒磨损
什么叫磨粒磨损？
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，引起模具表面脱落的现象。
磨粒磨损机理示意图
(一) 磨粒磨损 磨料磨损形成机理 磨料磨损与其他磨损形式在形成机制方面有 显著的不同，发生磨料磨损时，材料首先受磨料 切削，并发生塑变和疲劳现象，形成切削，最终 从表面除去。
(一) 磨粒磨损
（1）高应力凿削磨损：所谓高应力是指磨料在 与工件接触时产生的应力已经超过了磨料本身的 破断强度。在此情况下，磨粒接触处集中的压应 力，使金属表面受到切削并产生塑性变形和疲劳 以及硬质相的开裂而造成材料磨损。 （2）低应力划伤磨损：是指磨料本身的强度超 过磨料与工件之间的接触应力，在磨损过程中磨 料不发生破碎的情况。磨料一般沿工件表面平移， 金属表面被划伤，但由于正向压力较低，划痕较 浅。
TITANIC:沉没与船体材料的质量直接有关
Titanic
近代船用钢板
模具局部断裂示意图
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整体断裂
折断
劈裂
断裂韧性 工程上有时会出现材料在远低于σb的情况下发生断裂的 现象。如1943年1月美国一艘T-2油船停泊在装货码头时 断成两半，计算的甲板应力为7kg/mm2，远低于σb（3040kg/mm2）。1958,美国北极星导弹固体燃料发动机壳体 在实验时发生爆炸，经过研究，发现破坏的原因是材料中 存在0.1-1mm的裂纹并扩展所致。 断裂力学认为，材料中存在缺陷是绝对的，常见的缺陷 是裂纹。在应力的作用下，这些裂纹将发生扩展，一旦扩 展失稳，便会发生低应力脆性断裂。材料抵抗内部裂纹失 稳扩展的能力称为断裂韧性。