模具寿命与失效3.ppt

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1、模具寿命与失效授课人：曾珊琪授课人：曾珊琪2021/9/251第二节第二节 模具的工作条件与失效形式模具的工作条件与失效形式n n不不同同种种类类的的模模具具，由由于于其其工工作作条条件件不不同同，它它们们在在服服役役中中发发生生失失效效的的形形式和特点也各不相同。式和特点也各不相同。n n下下面面将将分分别别介介绍绍各各种种模模具具的的工工作作条条件和失效形式。件和失效形式。第三章 模具失效的基础知识2021/9/252一、冷作模具的工作条件与失效形式一、冷作模具的工作条件与失效形式n n冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷挤压模、冷镦模等。冷挤压模

2、、冷镦模等。相同点：都是相同点：都是常温常温下对被加工下对被加工材料材料施加施加压压力力，使其产生，使其产生分离分离或或变形变形，获得，获得零件零件。不同点：不同点：技术要求技术要求不同，具有不同的不同，具有不同的工作工作条件条件，因此，因此失效形式失效形式各有各有不同不同之处。之处。2021/9/2531冷冲裁模的工作条件 n n主要工作部位：主要工作部位：凸模刃口和凹模刃口凸模刃口和凹模刃口n n在在冲压力冲压力作用下，凸作用下，凸模引入凹模时，对板模引入凹模时，对板料施加一定料施加一定压力压力，通，通过锋利的过锋利的刃口刃口使板料使板料 产生弹性变形、塑性变形，直至被剪裂。产生弹性变形、

3、塑性变形，直至被剪裂。（一）冷冲裁模2021/9/254*冷冲裁模的受力过程n n在板料在板料弹性变形弹性变形阶段阶段冲头端面的中央部位冲头端面的中央部位与板料脱离接触，与板料脱离接触，压压力集中于刃口力集中于刃口附近的附近的狭小范围内，使刃口狭小范围内，使刃口上的单位面积压力增上的单位面积压力增大。大。冷冲裁模2021/9/255冷冲裁模的受力过程n n在板料在板料塑性变形塑性变形和和剪剪裂裂阶段阶段凸模切入板料，板料凸模切入板料，板料挤入凹模内孔，使模挤入凹模内孔，使模具刃口的具刃口的端面端面和和侧面侧面产生产生挤压挤压和和摩擦摩擦。冷冲裁模2021/9/256*冷冲裁模的受力性质n n模

4、具在工作过程中刃模具在工作过程中刃口受到的力主要有：口受到的力主要有：正压力正压力、侧压力侧压力、摩摩擦力擦力和和弯曲力弯曲力等。等。模具刃口模具刃口受力受力的大小的大小与板料的与板料的厚度厚度和和硬度硬度有关。有关。冷冲裁模2021/9/2572模具寿命与受力大小、板料厚度的关系 n n冲头冲头受到的受到的压力压力通常通常大于凹模大于凹模，尤其是，尤其是在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积的压力很大。的压力很大。设冲头工作部分的直径为设冲头工作部分的直径为d d，板料厚度板料厚度为为t t，则比值则比值d/td/t越越小小，冲头冲头受力越受力越大大，其其寿命寿

5、命就越就越低低。冷冲裁模2021/9/258冲头寿命与直径、板料厚度的关系 冷冲裁模2021/9/2593冷冲裁模的失效形式 n n模具刃口在压力和摩擦力的作用模具刃口在压力和摩擦力的作用下，最常见的失效形式是下，最常见的失效形式是磨损磨损和和崩刃崩刃。n n磨损的部位：磨损的部位：刃口刃口磨损、磨损、侧面侧面磨磨损、损、端面端面磨损。磨损。冷冲裁模2021/9/2510v失效形式与板厚的关系n n冲冲裁裁不不同同板板料料厚厚度度的的模模具具负负荷荷的的大大小小不不同同，失效形式也有所不同。失效形式也有所不同。n n冲裁模可分为：冲裁模可分为：薄板冲裁模薄板冲裁模(t1t15mm)5mm)厚板

6、冲裁模厚板冲裁模(t t1 15mm)5mm)。冷冲裁模2021/9/2511失效形式与板厚的关系n n薄板薄板冲裁模受力较小，其失效的主要形冲裁模受力较小，其失效的主要形式是式是磨损磨损。n n厚板厚板冲裁模受力较大，其失效形式除了冲裁模受力较大，其失效形式除了磨损磨损外外,还可能发生还可能发生局部断裂局部断裂(崩刃崩刃)。当比值当比值d/td/t较小时，还会引起冲头的宏较小时，还会引起冲头的宏观观塑性变形塑性变形或或折断折断。冷冲裁模2021/9/2512冷冲裁模2021/9/25134 4模具刃口的损伤过程模具刃口的损伤过程 n n模具在服役中的磨损过程，可分为模具在服役中的磨损过程，可

7、分为初期初期磨损磨损、稳定磨损稳定磨损和和急剧磨损急剧磨损三个阶段。三个阶段。冷冲裁模2021/9/25141）初期磨损阶段n n刃口锋利，与板料接刃口锋利，与板料接触面积小，单位触面积小，单位面积面积压力大压力大，易造成，易造成刃口刃口局部局部塑性变形塑性变形，n n所以初期磨损阶段的所以初期磨损阶段的磨损速度磨损速度较大。较大。冷冲裁模2021/9/25152）稳定磨损阶段n n刃口磨损至一定程度，刃口磨损至一定程度，单位面积压力减轻单位面积压力减轻，刃，刃口表面产生口表面产生塑变强化塑变强化，不再继续塑性变形，不再继续塑性变形，n n这时刃口的这时刃口的磨损磨损主要由主要由坯料的摩擦坯料

8、的摩擦引起，磨损引起，磨损速度变缓，即进入稳定速度变缓，即进入稳定磨损阶段。磨损阶段。冷冲裁模2021/9/25163 3）急剧磨损阶段）急剧磨损阶段n n模具服役相当长的时间模具服役相当长的时间后，刃口因经受后，刃口因经受多次冲多次冲裁裁而趋于而趋于疲劳疲劳，局部表，局部表面开始面开始剥落剥落，即进入急，即进入急剧磨损阶段。剧磨损阶段。n n这时，会因冲裁件不合这时，会因冲裁件不合格导致模具失效。格导致模具失效。冷冲裁模2021/9/2517n n分析思路：分析思路：1）根据受力特征判断可能产生失效的形式；）根据受力特征判断可能产生失效的形式；2）根据刃口磨损部位或损伤程度分析原因；）根据刃

9、口磨损部位或损伤程度分析原因；3）根据刃口变形特征判断磨损阶段）根据刃口变形特征判断磨损阶段n n在急剧磨损阶段之前及时对刃口进行修磨，在急剧磨损阶段之前及时对刃口进行修磨，可提高使用寿命。可提高使用寿命。2021/9/2518 1.1.冷拉深模的工作条件冷拉深模的工作条件（二）冷拉深模（二）冷拉深模 n n拉深模的主要工作零拉深模的主要工作零件也是件也是凸模刃口凸模刃口和和凹凹模刃口模刃口。n n与冲裁模不同的是拉与冲裁模不同的是拉深模深模刃口圆钝刃口圆钝不锋利，不锋利，凸、凹模之间的工作凸、凹模之间的工作间隙较大间隙较大。2021/9/25192.2.冷拉深模的失效形式冷拉深模的失效形式

10、n n拉深模在工作时，拉深模在工作时，冲击力很小冲击力很小，单位面积，单位面积的压力也不大，主要是模具型腔表面承的压力也不大，主要是模具型腔表面承受板材变形的受板材变形的剧烈摩擦剧烈摩擦。n n这种模具的失效形式主要是这种模具的失效形式主要是粘着磨损粘着磨损和和磨磨粒磨损粒磨损。磨损部位：凹模、压边圈端面、凸模、凹磨损部位：凹模、压边圈端面、凸模、凹模圆角半径处等。模圆角半径处等。冷拉深模2021/9/2520l 拉深模损伤的过程拉深模损伤的过程n n在冷拉深过程中，模具工作表面的某些在冷拉深过程中，模具工作表面的某些局局部部负荷较重，承受负荷较重，承受挤压力较大挤压力较大,摩擦热摩擦热积积累

11、较多，使累较多，使温度温度升升高高n n在温度和压力的共同作用下，模腔在温度和压力的共同作用下，模腔局部表局部表面面易与易与坯料坯料发生发生咬合咬合，使小块坯料粘附在，使小块坯料粘附在模腔表面形成很硬的模腔表面形成很硬的“小瘤小瘤”n n坚硬的坚硬的“小瘤小瘤”使拉深件表面产生使拉深件表面产生划痕划痕或或擦伤擦伤,即发生了即发生了粘着磨损粘着磨损。冷拉深模2021/9/2521（三）冷镦模（三）冷镦模 n n冷镦模是在冲击力的作用下，凸模使金属冷镦模是在冲击力的作用下，凸模使金属棒料在凹模型腔内镦粗成形的冷作模具。棒料在凹模型腔内镦粗成形的冷作模具。2021/9/2522n n冷镦模主要用来加

12、工各种形状的螺钉、铆冷镦模主要用来加工各种形状的螺钉、铆钉、螺栓和螺母等的毛坯。钉、螺栓和螺母等的毛坯。冷镦模 2021/9/2523n n模具的上模是由凸模和模柄通过螺钉紧固模具的上模是由凸模和模柄通过螺钉紧固而构成。下模是由凹模及凹模固定套和凹而构成。下模是由凹模及凹模固定套和凹模固定板组成。模固定板组成。冷镦模 2021/9/2524n n当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出模机构将零件从凹模中顶出。模机构将零件从凹模中顶出。冷镦模 2021/9/2525n n在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达6060120120次次

13、minmin，冲击力大冲击力大，金属坯料受到，金属坯料受到强烈地镦击，同时，强烈地镦击，同时，模具模具也同样也同样受受到短周到短周期期冲击载荷冲击载荷的作用。的作用。n n由于是在由于是在室温室温条件下条件下工作工作的，的，塑性变形抗塑性变形抗力大力大，工作环境差，工作环境差，凸模凸模承受巨大的承受巨大的冲击冲击压力压力和和摩擦力摩擦力，凹模凹模承受承受冲胀力冲胀力和和摩擦力摩擦力，产生产生强烈地摩擦强烈地摩擦。冷镦模 2021/9/2526冷镦模最常见的失效形式冷镦模最常见的失效形式n n磨损失效磨损失效和和疲劳断裂失效疲劳断裂失效磨损失效可能有磨粒磨损、表面损伤、冲磨损失效可能有磨粒磨损、

14、表面损伤、冲击磨损等多种形式；击磨损等多种形式；凸模在冲击力的作用下，表面会产生凸模在冲击力的作用下，表面会产生剥落剥落而出现而出现麻坑麻坑；由磨损所造成的表面损伤、麻坑、擦伤痕由磨损所造成的表面损伤、麻坑、擦伤痕等，均可能成为等，均可能成为疲劳裂纹源疲劳裂纹源，导致模具的，导致模具的疲劳断裂疲劳断裂。冷镦模 2021/9/2527n n还可能产生凸模的还可能产生凸模的塑性变形塑性变形和和折断折断；n n凹模的凹模的模口胀大模口胀大、棱角堆塌棱角堆塌、腔壁胀裂腔壁胀裂等损伤，而出现模具的失效。等损伤，而出现模具的失效。冷镦模 冷镦模最常见的失效形式2021/9/2528（四）冷挤压模 n n冷

15、挤压模是使金属坯料在强大而均匀的近似冷挤压模是使金属坯料在强大而均匀的近似于静挤压力的作用下，产生塑性变形流动而于静挤压力的作用下，产生塑性变形流动而形成产品的模具。形成产品的模具。n n工作零件为工作零件为凸模凸模和和凹模凹模n n根据金属坯料的流动方根据金属坯料的流动方向与凸模运动方向的关向与凸模运动方向的关系，冷挤压可分为四种系，冷挤压可分为四种类型：类型：2021/9/2529（四）冷挤压模 n n1 1）正挤压）正挤压n n金属坯料的流动金属坯料的流动方向与凸模运动方向与凸模运动方向方向相同相同为正挤为正挤压。压。2021/9/2530（四）冷挤压模 n n2）反挤压n n与凸模运动

16、方与凸模运动方向向相反相反为反挤为反挤压；压；2021/9/2531（四）冷挤压模（四）冷挤压模 n n3 3）复合挤压）复合挤压n n一部分与凸模运一部分与凸模运动方向相同，另动方向相同，另一部分与凸模运一部分与凸模运动方向相反为复动方向相反为复合挤压；合挤压；2021/9/2532（四）冷挤压模 n n4 4）径向挤压）径向挤压n n金属坯料的流金属坯料的流动方向垂直于动方向垂直于凸模运动方向凸模运动方向为径向挤压。为径向挤压。2021/9/2533（四）冷挤压模 n n冷挤压时金属坯料受强烈的冷挤压时金属坯料受强烈的三向压应力三向压应力。n n在模具的作用下，金属坯料沿凸、凹模间在模具的

17、作用下，金属坯料沿凸、凹模间隙或凹模模口隙或凹模模口剧烈流动剧烈流动，产生较大的，产生较大的位移位移变形变形，获得获得薄壁空心件或横截面较小的薄壁空心件或横截面较小的挤挤压件压件。n n由于金属坯料对模具的反作用力和摩擦，由于金属坯料对模具的反作用力和摩擦，使模具承受强大的使模具承受强大的挤压力挤压力很大的很大的摩擦力摩擦力。2021/9/2534（四）冷挤压模 n n挤压时形成的挤压时形成的摩擦功摩擦功和和变形能变形能转化为转化为热能热能，模具的局部表面产生模具的局部表面产生400以上的以上的高温高温。n n金属坯料金属坯料端面端面不平整、凸模与凹模之间的不平整、凸模与凹模之间的间间隙隙不均

18、匀和不均匀和中心线中心线不一致使凸模在挤压时承不一致使凸模在挤压时承受很大的受很大的偏载偏载或横向或横向弯曲载荷弯曲载荷。2021/9/2535（四）冷挤压模 n n冷挤压模的主要失效形式：n n塑性变形塑性变形失效、失效、磨损磨损失效、凸模失效、凸模折断折断失效、失效、疲劳断裂疲劳断裂失效及纵向失效及纵向开裂开裂失效等；失效等；n n冷挤压凹模有时还会产生冷挤压凹模有时还会产生胀裂胀裂失效。失效。2021/9/2536二、热作模具的工作条件及失效形式二、热作模具的工作条件及失效形式n n热作模具在工作中除承受热作模具在工作中除承受机械负荷机械负荷外还承外还承受受热负荷热负荷，其失效形式比冷作

19、模具复杂。，其失效形式比冷作模具复杂。n n不同的热作模具不同的热作模具工作条件不同，工作条件不同，失效形式失效形式和影响因素也各有所和影响因素也各有所不同不同。n n常见的热作模具有常见的热作模具有锤锻模锤锻模、热冲裁模热冲裁模和和压压力铸造模等力铸造模等。2021/9/25371锤锻模的工作条件 n n锤锻模锤锻模上模与锤头上模与锤头固定固定，下模与工作下模与工作台的模座固定台的模座固定，工，工作时作时上模随锤头上模随锤头向向下下运动运动，与下模合，与下模合模的过程中成型模模的过程中成型模锻件。锻件。(一)锤锻模 2021/9/25381锤锻模的工作条件 n n在工作过程中在工作过程中的机

20、械负荷主的机械负荷主要是要是冲击力冲击力和和摩擦力摩擦力，热负，热负荷主要是荷主要是交替交替受加受加热热和和冷冷却。却。锤锻模 2021/9/2539（1）模具的受力 n n锤锻模在工作过程中受力性质比较复杂，锤锻模在工作过程中受力性质比较复杂，主要有：主要有：a.a.冲击力冲击力n n锤锻模工作时承受锤锻模工作时承受多次多次冲击载荷，冲击载荷，冲击力冲击力较大较大，模锻锤的，模锻锤的吨位越大吨位越大，产生的，产生的冲击力冲击力越大越大。锤锻模2021/9/2540（1）模具的受力 b.压力n n模具型腔受坯料变形的反作用，使型腔表模具型腔受坯料变形的反作用，使型腔表面承受很大的压力。面承受很

21、大的压力。c.内应力n n受模具型腔结构形状的影响，模具的不同受模具型腔结构形状的影响，模具的不同部位会产生部位会产生不同状态的内应力不同状态的内应力。n n模具结构形状越复杂的部位，其应力状态模具结构形状越复杂的部位，其应力状态也比较复杂。也比较复杂。锤锻模2021/9/2541（2）模具的受热 a.锻前预热锻前预热：由于工艺的需要，锤锻模在：由于工艺的需要，锤锻模在使用前先要进行预热。使用前先要进行预热。（目的？目的？）b.与坯料接触的热与坯料接触的热：在工作中与炽热坯料：在工作中与炽热坯料接触进一步被加热。接触进一步被加热。c.变形热和摩擦热变形热和摩擦热：坯料变形以及与型腔：坯料变形以

22、及与型腔表面摩擦所产生的热量有一部分被模具表面摩擦所产生的热量有一部分被模具吸收。吸收。锤锻模2021/9/2542（2）模具的受热 n n在锻造钢件时，坯料温度通常在在锻造钢件时，坯料温度通常在10001000以上，模具型腔表面的温度一般可达到以上，模具型腔表面的温度一般可达到500500600600，其中窄小、凸起等部位吸，其中窄小、凸起等部位吸热较多，温度可高达热较多，温度可高达750750。n n当模具局部温度当模具局部温度超过超过模具的回火温度时，模具的回火温度时，这些部位将这些部位将继续继续回火过程回火过程,从而产生组从而产生组织和性能的织和性能的变化变化；锤锻模2021/9/25

23、43（2）模具的受热 n n模具中模具中温度温度分布的分布的不均匀不均匀性，将会导致出性，将会导致出现现热应力热应力。n n所有这些，都会影响锤锻模的失效过程和所有这些，都会影响锤锻模的失效过程和失效形式。失效形式。锤锻模2021/9/2544（3 3）模具的冷却）模具的冷却n n为为减轻减轻锤锻模的锤锻模的热负荷热负荷，在模具工作间歇，在模具工作间歇，对模具进行对模具进行冷却冷却来控制模具温度的升高。来控制模具温度的升高。例如每锻压完一个毛坯后，用冷空气、水、例如每锻压完一个毛坯后，用冷空气、水、油等介质冷却模具型腔；油等介质冷却模具型腔；或在型腔表面涂抹润滑剂，既能减摩，又起或在型腔表面涂

24、抹润滑剂，既能减摩，又起到冷却作用。到冷却作用。n n锤锻模工作过程中，型腔不断受到锤锻模工作过程中，型腔不断受到加热加热和和冷冷却却的的反复作用反复作用，使模具产生，使模具产生热疲劳热疲劳现象。现象。锤锻模2021/9/2545（4）型腔表面摩擦 n n被被锻锻金金属属坯坯料料在在模模具具型型腔腔中中热热塑塑变变流流动动，对型腔表面产生对型腔表面产生摩擦摩擦作用。作用。n n摩摩擦擦力力的的大大小小与与正正压压力力和和摩摩擦擦表表面面的的状状况有关。况有关。n n在在坯坯料料热热塑塑变变流流动动的的情情况况下下，正正压压力力主主要取决于热坯料的要取决于热坯料的塑变强度塑变强度；n n模模腔腔

25、表表面面受受热热氧氧化化也也影影响响摩摩擦擦和和磨磨损损过过程。程。锤锻模2021/9/25462 2锻模的基本失效形式锻模的基本失效形式（1）型腔部分的）型腔部分的模壁断裂模壁断裂；（2）型腔表面）型腔表面热疲劳热疲劳；（3）塑性变形塑性变形；（4）磨损磨损；（5）锻模燕尾的）锻模燕尾的开裂开裂。2021/9/2547（1 1）锻模型腔部分的断裂）锻模型腔部分的断裂n n分为分为早期脆性断裂早期脆性断裂和和机械疲劳断裂机械疲劳断裂。模具的早期脆性断裂模具的早期脆性断裂n n在锤击次数较少时发生的，有的仅锻打几在锤击次数较少时发生的，有的仅锻打几次就出现断裂。次就出现断裂。模具受很大的冲击载荷

26、作用，型腔中受模具受很大的冲击载荷作用，型腔中受拉拉应力较大应力较大且且薄弱薄弱的部位可能产生的部位可能产生裂纹裂纹，当当裂纹裂纹受力受力扩展扩展至一定尺寸时，便会发生至一定尺寸时，便会发生快速快速失稳失稳扩展而导致突然扩展而导致突然断裂断裂。2021/9/2548 模具的机械疲劳断裂模具的机械疲劳断裂n n在模具经受许多次锻击后发生的断裂。在模具经受许多次锻击后发生的断裂。锻模承受的锻模承受的冲击应力冲击应力比一般机械零件承受比一般机械零件承受的的“静静”载交变应力要载交变应力要大大得多，得多，所以其疲劳断裂的所以其疲劳断裂的周次周次远远小小于一般的高周于一般的高周疲劳，可以认为是较大冲击能

27、量的冲击疲疲劳，可以认为是较大冲击能量的冲击疲劳。劳。2021/9/2549v 模具断裂的断口特征n n早期脆性断裂的断口的宏观形貌特征是从早期脆性断裂的断口的宏观形貌特征是从断裂源开始，裂纹呈人字花纹向外扩展。断裂源开始，裂纹呈人字花纹向外扩展。n n机械疲劳断裂的宏观机械疲劳断裂的宏观和微观断口具有一般和微观断口具有一般疲劳断口的特征，但疲劳断口的特征，但宏观断口上的裂纹扩宏观断口上的裂纹扩展区一般较小。展区一般较小。2021/9/2550（2 2）型腔表面的热疲劳）型腔表面的热疲劳 n n热疲劳：热疲劳：指热作模具在循环热应力的指热作模具在循环热应力的反复作用下产生的疲劳裂纹或破坏的反复

28、作用下产生的疲劳裂纹或破坏的现象。现象。n n热疲劳裂纹：热疲劳裂纹：指型腔表面在循环热应指型腔表面在循环热应力的作用下产生循环的塑性应变，经力的作用下产生循环的塑性应变，经过一定的循环次数，导致表面产生的过一定的循环次数，导致表面产生的许多细小裂纹。许多细小裂纹。2021/9/2551v热应力产生的原因：热应力产生的原因：n n锻模的截面尺寸较大，沿截面的温度锻模的截面尺寸较大，沿截面的温度梯度也大，型腔表面受急热、急冷的梯度也大，型腔表面受急热、急冷的作用而内层的温度变化较小，表层的作用而内层的温度变化较小，表层的热胀冷缩受到内层的约束而产生热应热胀冷缩受到内层的约束而产生热应力。力。20

29、21/9/2552v 循环热应力产生的过程循环热应力产生的过程n n型腔表面受热膨胀时，要受内层的约束型腔表面受热膨胀时，要受内层的约束使表层产生压应力；使表层产生压应力；n n冷却收缩时，受内层约束，表层产生拉冷却收缩时，受内层约束，表层产生拉应力。应力。n n如果热应力大于材料在该温度下的屈服如果热应力大于材料在该温度下的屈服点，便会发生压、拉塑性应变。点，便会发生压、拉塑性应变。型腔表面在循环热应力的作用下产生循型腔表面在循环热应力的作用下产生循环的塑性应变，经过一定的循环次数，环的塑性应变，经过一定的循环次数，就会导致热疲劳裂纹的产生。就会导致热疲劳裂纹的产生。2021/9/2553v

30、 热疲劳裂纹的特征n n“龟裂龟裂”指呈指呈条状、放射状，条状、放射状，并连成网状的并连成网状的疲劳裂纹疲劳裂纹。2021/9/2554n n但是，但是，继续继续受机械应力、氧化腐蚀受机械应力、氧化腐蚀及坯料的摩擦、挤入作用，会使细及坯料的摩擦、挤入作用，会使细小裂纹继续向纵深小裂纹继续向纵深扩展扩展，成为脆性，成为脆性断裂和疲劳断裂的断裂和疲劳断裂的裂纹源裂纹源。n n这种形式断口的开裂处有氧化物覆这种形式断口的开裂处有氧化物覆盖，呈深灰色，里面存在脱碳层。盖，呈深灰色，里面存在脱碳层。2021/9/2555龟龟 裂裂深热裂深热裂2021/9/2556v 影响模具热疲劳的主要因素n n 模具

31、型腔表面的温度变化幅度模具型腔表面的温度变化幅度n n模具的循环温差越大，材料的热膨胀模具的循环温差越大，材料的热膨胀系数越大，则循环热应力越大，越易系数越大，则循环热应力越大，越易于发生热疲劳。于发生热疲劳。2021/9/2557v 影响模具热疲劳的主要因素n n 模具材料的抗氧化性、导热性和热膨模具材料的抗氧化性、导热性和热膨胀系数胀系数 n n模具型腔表面的致密氧化物层可阻缓继续模具型腔表面的致密氧化物层可阻缓继续氧化过程，但氧化层增厚以致破裂后，便氧化过程，但氧化层增厚以致破裂后，便露出基体金属并产生侵蚀沟。露出基体金属并产生侵蚀沟。2021/9/2558n n沟底的应力集中易使热疲劳

32、裂纹萌生，沟底的应力集中易使热疲劳裂纹萌生，n n沟沟底底氧氧化化物物的的不不断断产产生生和和聚聚集集，使使它它在在循循环热应力作用下起着楔子的作用，环热应力作用下起着楔子的作用，n n大大加速裂纹的扩展。大大加速裂纹的扩展。2021/9/2559（3 3）型腔表面的磨损）型腔表面的磨损 n n锻模在多次重复冲击作用下，一方面坯锻模在多次重复冲击作用下，一方面坯料对型腔表面产生料对型腔表面产生冲击性的接触应力冲击性的接触应力，另一方面坯料塑变流动对型腔表面产生另一方面坯料塑变流动对型腔表面产生强烈的摩擦强烈的摩擦。n n在热负荷的作用下，型腔表面层可能发在热负荷的作用下，型腔表面层可能发生软化

33、，同时表面的氧化也将加剧。生软化，同时表面的氧化也将加剧。2021/9/2560（3）型腔表面的磨损 n n在型腔表面与坯料滑动摩擦较小的部在型腔表面与坯料滑动摩擦较小的部位，由于较大位，由于较大接触应力的重复接触应力的重复作用，作用，易使型腔表面产生小块易使型腔表面产生小块剥落剥落，形成，形成痘痘状麻坑状麻坑。n n热负荷对表面的软化作用及热应力的热负荷对表面的软化作用及热应力的作用将促进这种疲劳磨损。作用将促进这种疲劳磨损。2021/9/2561n n在型腔表面受坯料滑动摩擦较大的在型腔表面受坯料滑动摩擦较大的部位，由于摩擦切应力和热负荷的部位，由于摩擦切应力和热负荷的作用，则易使型腔表面

34、产生作用，则易使型腔表面产生氧化磨氧化磨损损和和热粘着磨损热粘着磨损。（3）型腔表面的磨损 2021/9/2562v 热粘着磨损的产生热粘着磨损的产生n n在高温和压力作用下，坯料与模具型腔局在高温和压力作用下，坯料与模具型腔局部表面发生粘合，继而在切应力作用下粘部表面发生粘合，继而在切应力作用下粘合处破坏，在型腔表面产生擦伤沟槽。合处破坏，在型腔表面产生擦伤沟槽。n n型腔表层受热软化，易于在摩擦切应力作型腔表层受热软化，易于在摩擦切应力作用下发生局部的塑变流动，从而促使热粘用下发生局部的塑变流动，从而促使热粘着磨损的产生。着磨损的产生。2021/9/2563v 氧化膜对型腔表面的影响氧化膜

35、对型腔表面的影响n n当模具表面形成当模具表面形成薄而致密薄而致密的的氧化膜氧化膜时，具时，具有润滑和减摩作用，能有润滑和减摩作用，能防止热粘合防止热粘合现象。现象。n n但在温度较高，所形成的但在温度较高，所形成的氧化膜厚氧化膜厚而而疏松疏松时，则由于氧化膜容易时，则由于氧化膜容易破裂破裂、剥落剥落，且氧，且氧化物碎片又成为磨粒，将加剧型腔表面的化物碎片又成为磨粒，将加剧型腔表面的磨损。磨损。2021/9/2564v模具磨损的影响因素模具磨损的影响因素 n n模具的温度；模具的温度；n n模具材料的化学成分和硬度；模具材料的化学成分和硬度；n n模具型腔的表面状况；模具型腔的表面状况；n n

36、模具的使用条件等。模具的使用条件等。2021/9/2565（4 4）锻模型腔的塑性变形）锻模型腔的塑性变形 n n温度升高使模具材料的屈服强度下降；温度升高使模具材料的屈服强度下降；n n当温度高于模具的回火温度时，则进一当温度高于模具的回火温度时，则进一步使之软化；步使之软化；n n当软化部位的屈服点低于该部位所承受当软化部位的屈服点低于该部位所承受的应力水平时，就会产生塑性变形。的应力水平时，就会产生塑性变形。2021/9/2566v 锻模型腔塑性变形形式锻模型腔塑性变形形式n n棱角堆塌棱角堆塌n n模具型腔中的模具型腔中的肋肋、凸台凸台等突出部位等突出部位吸吸热热较多，温度较高，受力也

37、较大，当较多，温度较高，受力也较大，当其软化层深度较大时，便会出现其软化层深度较大时，便会出现棱角棱角堆塌堆塌等塑变现象。等塑变现象。2021/9/2567n n在软化层较在软化层较浅浅的部位，可在坯料的的部位，可在坯料的摩擦摩擦作用下发生表层作用下发生表层塑变流动塑变流动。n n在模具型腔在模具型腔深深处，则常在淬火冷却时未处，则常在淬火冷却时未得到马氏体，热处理后得到马氏体，热处理后硬度偏低硬度偏低，以致，以致在较大压力下产生在较大压力下产生塑性变形塑性变形，使型腔，使型腔凹凹陷陷。n 型腔凹陷2021/9/2568v 塑性变形的影响因素塑性变形的影响因素 坯料的变形速度坯料的变形速度 坯

38、料的变形抗力坯料的变形抗力n n坯料的塑变抗力大，锤击速度高，都会坯料的塑变抗力大，锤击速度高，都会使模具的受力加大，并且使模具表面的使模具的受力加大，并且使模具表面的温升提高，所以易产生塑性变形失效。温升提高，所以易产生塑性变形失效。2021/9/2569（5）模具燕尾开裂 n n燕尾根部凹槽有应力集中，尤其当存在燕尾根部凹槽有应力集中，尤其当存在加工刀痕时，易在冲击载荷的重复作用加工刀痕时，易在冲击载荷的重复作用下，在刀痕处萌生疲劳裂纹，下，在刀痕处萌生疲劳裂纹，n n裂纹沿刀痕横向延伸并向纵深扩展，造裂纹沿刀痕横向延伸并向纵深扩展，造成燕尾开裂。成燕尾开裂。2021/9/2570v燕尾开

39、裂的影响因素燕尾开裂的影响因素1 1）结构设计）结构设计2 2）表面粗糙度）表面粗糙度3 3）模具的安装固定）模具的安装固定4 4）燕尾部分的硬度和微观组织。）燕尾部分的硬度和微观组织。硬度过低对裂纹萌生的抗力低，硬度过高对硬度过低对裂纹萌生的抗力低，硬度过高对裂纹扩展的抗力低，合适的硬度和组织才能裂纹扩展的抗力低，合适的硬度和组织才能使燕尾有最高的疲劳抗力。使燕尾有最高的疲劳抗力。2021/9/2571n n锻锻模模在在不不同同的的部部位位工工作作条条件件不不同同，会会产产生不同的失效形式，生不同的失效形式，n n因因此此上上述述五五种种失失效效形形式式在在同同一一模模具具上上都都有可能出现

40、，有可能出现，n n而而最最终终先先导导致致锻锻模模不不能能继继续续服服役役的的失失效效形式可能只是其中的一种。形式可能只是其中的一种。2021/9/2572(二二)压力铸造模压力铸造模n n压力铸造模是在压铸机上用来压铸金属压力铸造模是在压铸机上用来压铸金属铸件的成型模具铸件的成型模具(简称压铸模）。简称压铸模）。2021/9/25731、压铸模的工作条件n n压铸模的型腔表面承受液态金属的压铸模的型腔表面承受液态金属的压力压力、冲刷冲刷、侵蚀侵蚀和和高温高温作用；作用；n n每次压铸脱模后，还要对型腔表面每次压铸脱模后，还要对型腔表面进行冷却、润滑。使模具承受频繁进行冷却、润滑。使模具承受

41、频繁的的急热急热、急冷急冷作用。作用。2021/9/2574v 压铸不同材料的工作温度和失效形式n n1 1）压铸）压铸锌合金锌合金时，压铸模型腔的表时，压铸模型腔的表面温度不超过面温度不超过400400，热负荷较小。，热负荷较小。n n模具的工作寿命较长。模具的工作寿命较长。2021/9/2575n n2）压铸压铸铝合金铝合金时，压铸模型腔的表面温度时，压铸模型腔的表面温度可达可达600600左右，且熔融的铝合金液很容易左右，且熔融的铝合金液很容易粘附钢铁材料。粘附钢铁材料。n n铝合金压铸模的失效形式主要是铝合金压铸模的失效形式主要是粘模粘模、侵侵蚀蚀、热疲劳热疲劳和和磨损磨损。n n在模

42、具型腔在模具型腔结构复杂结构复杂并存在并存在应力集中应力集中时，时，模具也会在模具也会在热负荷热负荷和和机械负荷机械负荷的共同作用的共同作用下出现下出现断裂断裂失效。失效。2021/9/2576n n3 3）压铸）压铸铜合金铜合金时，压铸模型腔的表面温时，压铸模型腔的表面温度可达度可达750750以上，模具急热急冷的温度以上，模具急热急冷的温度变化幅度大。变化幅度大。n n主要失效形式是主要失效形式是热疲劳龟裂热疲劳龟裂。n n模具型腔中截面尺寸小的凸起部分，也会模具型腔中截面尺寸小的凸起部分，也会因受热软化而产生因受热软化而产生塑性变形塑性变形。压铸铜合金时的使用寿命远低于压铸铝合压铸铜合金

43、时的使用寿命远低于压铸铝合金。金。2021/9/2577n n4 4）压铸）压铸铁合金铁合金时，压铸模型腔的表面时，压铸模型腔的表面温度高达温度高达10001000以上。以上。n n采用传统的热作模具钢制造的模具，采用传统的热作模具钢制造的模具，在服役时型腔表面易在服役时型腔表面易氧化氧化、腐蚀腐蚀，易，易产生产生塑性变形塑性变形和和热裂热裂，模具的寿命极，模具的寿命极低，低，往往压铸几百次即告失效。往往压铸几百次即告失效。2021/9/2578三、塑料模具的工作条件及失效形式三、塑料模具的工作条件及失效形式 2021/9/25791、塑料模的工作条件n n塑料模的主要工作零件是成型零件，塑料

44、模的主要工作零件是成型零件，n n如凸模、凹模、型芯、镶块、成型杆和如凸模、凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等成型环等。n n工作中受压力、温度、摩擦和腐蚀等作工作中受压力、温度、摩擦和腐蚀等作用。用。塑料模型腔承受注射压力：塑料模型腔承受注射压力：40140MPa闭模压力为闭模压力为80300MPa或更高；或更高；受热温度为受热温度为140300。2021/9/2580n n型腔表面承受型腔表面承受摩擦摩擦和和腐蚀腐蚀的剧烈程度取的剧烈程度取决于塑料的种类及其填充物的性质。决于塑料的种类及其填充物的性质。n n对于需要手工操作的模具，在装模和脱对于需要手工操作的模具，在装模和脱模时经常会受到

45、手用工具的敲击和碰撞。模时经常会受到手用工具的敲击和碰撞。1 1、塑料模的工作条件、塑料模的工作条件2021/9/2581v塑料制件成型对模具的基本要求 n n1 1）要求模具成型面具有很小的表面粗糙）要求模具成型面具有很小的表面粗糙度值；度值；n n一般在一般在Ra0.2Ra0.20.025m0.025m的范围或更小。的范围或更小。n n2 2）模具各成型零件的尺寸精度和相互配）模具各成型零件的尺寸精度和相互配合的精度要求高；合的精度要求高；n n3 3）塑件形状复杂时，模具型腔的结构也）塑件形状复杂时，模具型腔的结构也相应复杂。相应复杂。2021/9/25822、塑料模的失效形式n n塑料

46、模在服役过程中，可能会产生塑料模在服役过程中，可能会产生磨损磨损、腐蚀腐蚀、塑性变形塑性变形、断裂断裂、疲疲劳劳及及热疲劳热疲劳等失效形式，等失效形式，n n这些失效形式都与塑料模的工作条这些失效形式都与塑料模的工作条件及使用要求密切相关。件及使用要求密切相关。2021/9/25831）型腔表面的磨损和腐蚀n n塑料熔体以一定压力在模腔内流动，凝塑料熔体以一定压力在模腔内流动，凝固的塑件从模具中脱出，都会对模具成固的塑件从模具中脱出，都会对模具成型表面造成摩擦，引起型表面造成摩擦，引起磨损磨损。n n模具在加工含有氯原子或氟原子的塑料模具在加工含有氯原子或氟原子的塑料时，塑料受热会产生少量的热

47、分解，放时，塑料受热会产生少量的热分解，放出的出的HCIHCI、HFHF等气体将会等气体将会腐蚀腐蚀模腔表面，模腔表面，从而导致失效。从而导致失效。2021/9/2584n n模具在模具在腐蚀腐蚀的同时又有的同时又有磨损磨损损伤时，型损伤时，型腔表面的镀层或其它防护层将遭到破坏，腔表面的镀层或其它防护层将遭到破坏，就会加剧腐蚀过程。就会加剧腐蚀过程。n n两种损伤交叉作用，加速了腐蚀两种损伤交叉作用，加速了腐蚀磨损磨损失效。失效。2021/9/25852）塑性变形 n n塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，尤其是当小模具在大吨位设备上形失效，尤其是当

48、小模具在大吨位设备上工作时，更易产生超负荷塑性变形。工作时，更易产生超负荷塑性变形。n n塑性变形多发生在受力较大的棱角处，其塑性变形多发生在受力较大的棱角处，其表现形式为表现形式为棱角堆塌棱角堆塌 。n n在型腔的其它部分可出现在型腔的其它部分可出现凹陷凹陷、麻点麻点、表表面起皱面起皱等。等。2021/9/2586v其他引起塑性变形的因素 n n型腔表面强化层太薄，经磨损后变型腔表面强化层太薄，经磨损后变形抗力不足；形抗力不足；n n模具热处理时回火不足；模具热处理时回火不足；n n工作时受热继续回火转变而产生相工作时受热继续回火转变而产生相变超塑性等。变超塑性等。2021/9/25873断

49、 裂 n n塑料塑料模型腔结构模型腔结构比较复杂，承受压比较复杂，承受压力较大时，局部可能出现复杂的应力较大时，局部可能出现复杂的应力状态和结构因素引起的力状态和结构因素引起的应力集中应力集中，有可能使模具产生断裂失效。有可能使模具产生断裂失效。2021/9/2588n n当模具热处理时当模具热处理时回火不足回火不足，组织中仍有，组织中仍有较较多多的残余的残余奥氏体奥氏体时，在服役温度下残余时，在服役温度下残余奥奥氏体氏体将将转变转变为为马氏体马氏体，从而产生，从而产生相变内应相变内应力力，而引起模具的开裂。，而引起模具的开裂。3 3断裂断裂2021/9/25894疲劳和热疲劳 n n塑料模的

50、塑料模的机械负荷机械负荷是是循环变化循环变化的，使型的，使型腔表面承受腔表面承受脉动拉应力脉动拉应力作用，从而可能作用，从而可能引起引起疲劳破坏疲劳破坏。n n塑料模的塑料模的热负荷热负荷也是也是循环变化循环变化的，型腔的，型腔表面表面反复受热和冷却反复受热和冷却，可导致应力集中，可导致应力集中处萌生处萌生热疲劳裂纹热疲劳裂纹。2021/9/2590n n型腔表面上的型腔表面上的脉动拉应力脉动拉应力，有可能使，有可能使热疲劳裂纹热疲劳裂纹向纵深扩展，成为断裂或向纵深扩展，成为断裂或疲劳断裂的裂纹源。疲劳断裂的裂纹源。4 4疲劳和热疲劳疲劳和热疲劳2021/9/2591第三节 模具失效分析的方法