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 20

R 20 -R 2

1P 1 -P 0R 21 R 2

0σt σr =

()+

R 2R 20

-R 2

1()=R 20 -R 2

1

P

1R 21 - P 0 R 20

-)(R 20

-R 2

1R 2)(R 21 R 2

0P 1 -P 0①

②

③

④

⑤

⑥

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 2

1R 20 -R 21(1+

R 20R 2

)

P 1 R 21 R 2

R 2

R 20 -R 21

(

)

-

P 1R 21 R 20 -R 21

=σr =R 20 -R 21

P 1R 21 )R 2

R 2

01-(当R=R 1 时,分别代入公式③,④得

σtR1σrR1=

)R 21

R 20

1+(R 20 -R 21P 1R 21)R 21

R 2

1-

(R 20 -R 21

P 1R 21=P 1

R 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=P

1(6R

1

)2 -R21

2R21

=2 /35 P1=0.0571P

1

由公式⑦得

当R0 = 6 R1时,

=0.133P1

=2 /15 P1

2R21

(4R1)2 -R21

P1

=

σ

tR0

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

σtR0

σrR0

=)

R21

R20

1+

(

R20 -R21

P1R21

)

R20

R20

1-

(

R20 -R21

P1R21

=P

1R2

-R21

2R21

==0

当R=R0时,分别代入公式③,④得

⑧

⑦

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

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 C

①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N

②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.