常见模具失效形式及机理赏析

磨损剥落
裂纹源扩展到表面或 与纵向裂纹相交
某些组织不均匀处由于 应力集中产生裂纹源
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▪ 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：
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。
▪ 粘着磨损机理示意图
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▪ 粘着磨损分类
程磨 度损
严 重
轻微粘着磨损（氧化磨损）
严重粘着磨损
涂抹 擦伤
▪ 影响粘着磨损的因素
撕脱
●表面压力
咬死
●材料性质 ●材料硬度
▪ 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
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(五) 腐蚀磨损
▪ 什么叫腐蚀磨损？
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， 再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落的现象。
▪ 腐蚀磨损机理
模具表面与周围介质发生化学或电化学反应
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
韧性断裂 蠕变断裂
效 断裂失效 脆性断裂 应力腐蚀断裂
模具局部 疲劳断裂
断裂示意 图
表面磨损失效
表面损伤失效 表面腐蚀失效
接触疲劳失效
常见模具失效形式生产中使用的模具种类繁多，工作状态差 别很大，失效的形式及机理各不相同。
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蚀磨损。
小结
▪ 磨损是机械零件常见的一种失效形式，总是从零 件表面开始发生。各种磨损的过程和机理不同， 因此其预防措施也不同。
▪ 提高零件表面硬度，合理设计减小压应力，以及 提高表面光洁度等对降低磨损都有利。
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2 断裂失效
▪ 断裂失效
模具出现大裂纹或分离为两部分和属部分，丧失服 役能力时，称为断裂失效。
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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？
▪ 腐蚀磨损分类
氧化磨损：纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生 成单分子层的氧化膜，且膜的厚度逐渐增长，增长的 速度随时间以指数规律减小，当形成的氧化膜被磨掉 以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧化磨损是由氧 化和机械磨损两个作用相继进行的过程 。
特殊介质腐蚀磨损：在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质 发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐
▪ 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
流到高
压区 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 扩展至表面 模具浅表层产生
表面或气化
疲劳裂纹
容易发生气蚀磨损的模具：
注塑模、压铸模
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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。
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TITANIC:沉没与船体材料的质量直接有关
Titanic
近代船用钢板
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模具局部断裂示意图
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整体断裂
折断
劈裂
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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
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(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。
（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。
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(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。
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
常见模具失效形式及机理赏析
▪ 提高粘着磨损的措施 ●合理选择润滑剂
常见模具●失效进形式行及表机理面赏析强化处理
(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
找出失效原因，并提出防护措施
表面损伤失效 (磨损失效）
磨粒磨损 粘着磨损 疲劳磨损
其它磨损
常见模具失效形式及机理赏析
气蚀磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损
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。
常见模具失效形式及机理赏析
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(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
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(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。