試談模具壽命及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響VIP

1、模具的失效及使用壽命模具的失效及使用壽命1第二章第二章 模具壽命及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響模具壽命及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響模具失效的基本概念模具失效的基本概念 模具服役：模具服役：模具安裝調(diào)試好后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品模具安裝調(diào)試好后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過程。的過程。 模具損傷：模具損傷：模具在使用過程中，出現(xiàn)尺寸變化或微模具在使用過程中，出現(xiàn)尺寸變化或微裂紋，但沒有立即喪失服役能力的狀態(tài)。裂紋，但沒有立即喪失服役能力的狀態(tài)。 2模具壽命及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響模具壽命及其對工業(yè)生產(chǎn)的影響模具失效的基本概念模具失效的基本概念3 3 模具失效模具失效模具失效：模具失效：模具受到損壞，不能通過修復(fù)而繼續(xù)服役。模具受

2、到損壞，不能通過修復(fù)而繼續(xù)服役。模具的失效分為模具的失效分為非正常失效非正常失效和和正常失效正常失效。非正常失效非正常失效( (早期失效早期失效) )是指模具未達(dá)到一定的工業(yè)水平是指模具未達(dá)到一定的工業(yè)水平下公認(rèn)的壽命時(shí)就不能服役。早期失效的形式有塑性變下公認(rèn)的壽命時(shí)就不能服役。早期失效的形式有塑性變形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損等。形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損等。正常失效正常失效是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役?；蜉^均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役。 3模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理 模具因類型不同、生產(chǎn)的產(chǎn)品不

3、同，失效的形式也不同。模具因類型不同、生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，失效的形式也不同。如：鍛模失效主要因?yàn)槌叽绮环弦蠡蝈懩Ｆ屏?；塑如：鍛模失效主要因?yàn)槌叽绮环弦蠡蝈懩Ｆ屏?；塑料模具常常因表面光潔度不夠而失效。料模具常常因表面光潔度不夠而失效?綜合來講，綜合來講，模具失效形式主要有三類：模具失效形式主要有三類：磨損、斷裂、塑磨損、斷裂、塑性變形。性變形。4模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理第一節(jié)第一節(jié) 磨損失效磨損失效 磨損的概念：磨損的概念：由于表面的相對運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸由于表面的相對運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱為磨損。失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱為磨損。 模具的磨損：模具的磨損：坯料與模具之間

4、接觸，成型過程中產(chǎn)生坯料與模具之間接觸，成型過程中產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，造成磨損。相對運(yùn)動(dòng)，造成磨損。 磨損的結(jié)果磨損的結(jié)果:(:(1)1)模具尺寸發(fā)生變化模具尺寸發(fā)生變化；(2)(2)模模具表面狀具表面狀態(tài)發(fā)生變化，如粗糙度增加、產(chǎn)生劃痕等。態(tài)發(fā)生變化，如粗糙度增加、產(chǎn)生劃痕等。5一、磨損分類一、磨損分類 根據(jù)模具的成形坯料、使用狀況，其磨損機(jī)理可以根據(jù)模具的成形坯料、使用狀況，其磨損機(jī)理可以分為：分為：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損。損、腐蝕磨損。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理6二、磨粒磨損二、磨粒磨損 磨粒磨損的定義磨粒磨損

5、的定義: : 在工件在工件和模具接觸表面之間存在和模具接觸表面之間存在外來硬質(zhì)顆?；蛘吖ぜ硗鈦碛操|(zhì)顆?；蛘吖ぜ砻娴挠餐怀鑫?，刮擦模具面的硬突出物，刮擦模具表面，引起模具表面材料表面，引起模具表面材料脫落的現(xiàn)象叫磨粒磨損。脫落的現(xiàn)象叫磨粒磨損。第三章第三章 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理主要特征是模具表面有明顯的劃痕或犁溝，磨損物為條主要特征是模具表面有明顯的劃痕或犁溝，磨損物為條狀或切屑狀。狀或切屑狀。7二、磨粒磨損二、磨粒磨損( (一一) ) 磨粒磨損的機(jī)理磨粒磨損的機(jī)理（圖（圖3-13-1、圖、圖3-23-2）模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理磨料磨損時(shí)，作用在質(zhì)點(diǎn)上的力分為磨

6、料磨損時(shí)，作用在質(zhì)點(diǎn)上的力分為垂直分力垂直分力和和水平分水平分力力。垂直分力垂直分力使硬質(zhì)點(diǎn)壓入材料表面；使硬質(zhì)點(diǎn)壓入材料表面；水平分力水平分力使硬質(zhì)點(diǎn)與表面之間產(chǎn)生相對位移，硬質(zhì)點(diǎn)與使硬質(zhì)點(diǎn)與表面之間產(chǎn)生相對位移，硬質(zhì)點(diǎn)與材料相互作用的結(jié)果，使被磨損表面產(chǎn)生犁皺或切屑，材料相互作用的結(jié)果，使被磨損表面產(chǎn)生犁皺或切屑，形成磨損或在表面留下溝槽。形成磨損或在表面留下溝槽。8二、磨粒磨損二、磨粒磨損( (一一) ) 磨粒磨損的機(jī)理磨粒磨損的機(jī)理（圖（圖3-13-1、圖、圖3-23-2）模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理9二、磨粒磨損二、磨粒磨損( (二二) ) 影響磨粒磨損的因素影響磨粒磨損的因

7、素磨粒大小與形狀磨粒大小與形狀磨粒硬度和模具材料硬度磨粒硬度和模具材料硬度模具與工件表面壓力模具與工件表面壓力磨粒尺寸與工件厚度的相磨粒尺寸與工件厚度的相對比值對比值模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理10二、磨粒磨損二、磨粒磨損( (三三) ) 提高耐磨粒磨損的措施提高耐磨粒磨損的措施 提高模具材料的硬度提高模具材料的硬度 進(jìn)行表面耐磨處理進(jìn)行表面耐磨處理 采用防護(hù)措施采用防護(hù)措施模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理11三、粘著磨損三、粘著磨損 粘著磨損的定義：粘著磨損的定義：工件與模具表面相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于工件與模具表面相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，粘著的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，使模具表面表面凹凸

8、不平，粘著的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，使模具表面的材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象。的材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理 要特征是磨損產(chǎn)物多要特征是磨損產(chǎn)物多為片狀或小顆粒。為片狀或小顆粒。12( (一一) )粘著磨損的機(jī)理粘著磨損的機(jī)理 模具與工件表面的實(shí)際接觸面積只有名義上的模具與工件表面的實(shí)際接觸面積只有名義上的 0.01-0.1%0.01-0.1%，只有少數(shù)微觀凸起處接觸，壓力很大，引，只有少數(shù)微觀凸起處接觸，壓力很大，引起塑性變形，加上表面因摩擦而溫度升高，局部金屬起塑性變形，加上表面因摩擦而溫度升高，局部金屬軟化或熔化，使表層的氧化膜破裂，使新鮮材料暴露，軟化或

9、熔化，使表層的氧化膜破裂，使新鮮材料暴露，造成工件與模具材料純金屬接觸，分子間互相吸引、造成工件與模具材料純金屬接觸，分子間互相吸引、滲透、粘著，使這些突起處聯(lián)接起來。隨著相對運(yùn)動(dòng)滲透、粘著，使這些突起處聯(lián)接起來。隨著相對運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行和接觸部分的溫度急劇下降，突起處相當(dāng)于進(jìn)的進(jìn)行和接觸部分的溫度急劇下降，突起處相當(dāng)于進(jìn)行了一次局部淬火，使粘著部分材料強(qiáng)度增加，形成行了一次局部淬火，使粘著部分材料強(qiáng)度增加，形成淬火裂紋，最后造成撕裂和剝落。圖淬火裂紋，最后造成撕裂和剝落。圖3-53-5為粘著磨損過為粘著磨損過程。程。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理13（二）粘著磨損的分類（二）粘著磨損的分類

10、根據(jù)磨損程度，分為：輕微粘著磨損（根據(jù)磨損程度，分為：輕微粘著磨損（氧化磨損氧化磨損）和和嚴(yán)重粘著磨損（嚴(yán)重粘著磨損（涂抹、擦傷、膠合涂抹、擦傷、膠合）。圖）。圖3-63-6。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理輕微粘著磨損（氧化磨損）輕微粘著磨損（氧化磨損）：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度低于低于模具和工模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。接點(diǎn)的剪切損壞基本上發(fā)生在粘著面接點(diǎn)的剪切損壞基本上發(fā)生在粘著面上，表面材料的轉(zhuǎn)移十分輕微。上，表面材料的轉(zhuǎn)移十分輕微。14（二）粘著磨損的分類（二）粘著磨損的分類 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理涂抹：涂抹：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度介于介于模具和工件的強(qiáng)度之

11、間時(shí)模具和工件的強(qiáng)度之間時(shí)發(fā)生。發(fā)生。接點(diǎn)的剪切損壞發(fā)生在離粘著面不遠(yuǎn)的較接點(diǎn)的剪切損壞發(fā)生在離粘著面不遠(yuǎn)的較軟金屬的淺層內(nèi)，使較軟金屬粘附并涂抹在較硬軟金屬的淺層內(nèi)，使較軟金屬粘附并涂抹在較硬金屬表面上。金屬表面上。15（二）粘著磨損的分類（二）粘著磨損的分類 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理擦傷：擦傷：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高于高于模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。接點(diǎn)接點(diǎn)剪切損壞主要發(fā)生在較軟金屬的淺層內(nèi)，有時(shí)硬金屬表剪切損壞主要發(fā)生在較軟金屬的淺層內(nèi)，有時(shí)硬金屬表面也有擦痕。轉(zhuǎn)移到硬表面上的粘結(jié)物又擦削較軟表面。面也有擦痕。轉(zhuǎn)移到硬表面上的粘結(jié)物又擦削較軟表面。如銅與鋼

12、摩擦?xí)r，剪切大多發(fā)生在銅表層內(nèi)，但鋼表面如銅與鋼摩擦?xí)r，剪切大多發(fā)生在銅表層內(nèi)，但鋼表面也殘留少量的小坑；也殘留少量的小坑；16（二）粘著磨損的分類（二）粘著磨損的分類 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理膠合（膠合（咬死）咬死）：粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模具和工件的強(qiáng)度模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。時(shí)發(fā)生。 摩擦副之間粘著面積較大，不能作相對運(yùn)動(dòng)摩擦副之間粘著面積較大，不能作相對運(yùn)動(dòng)稱咬死。剪切發(fā)生在模具或工件較深的地方。稱咬死。剪切發(fā)生在模具或工件較深的地方。17模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理載荷對碳鋼表面磨損量的影響載荷對碳鋼表面磨損量的影響（三）影響粘著磨損的因素（三）影響

13、粘著磨損的因素 表面壓力表面壓力 T1（接觸壓應(yīng)力小于材料硬接觸壓應(yīng)力小于材料硬度的度的1/3），磨損主要是通），磨損主要是通過氧化碎屑的脫落而產(chǎn)生的，過氧化碎屑的脫落而產(chǎn)生的，屬于輕微氧化磨損區(qū)；屬于輕微氧化磨損區(qū)； T1與與T2之間為嚴(yán)重磨損區(qū)，之間為嚴(yán)重磨損區(qū)，磨屑尺寸增大，加厚，且多磨屑尺寸增大，加厚，且多為金屬屑；為金屬屑； 當(dāng)載荷繼續(xù)增大超過當(dāng)載荷繼續(xù)增大超過T2后，后，表面內(nèi)摩擦增大而溫度很高，表面內(nèi)摩擦增大而溫度很高，可能發(fā)生相變，并形成白層，可能發(fā)生相變，并形成白層，形成不易破碎的氧化膜，因形成不易破碎的氧化膜，因而耐磨。而耐磨。18（三）影響粘著磨損的因素（三）影響粘著磨損

14、的因素 材料性質(zhì)材料性質(zhì) 脆性材料比塑性材料粘著傾向小。脆性材料比塑性材料粘著傾向小。塑性材料形成的粘著結(jié)塑性材料形成的粘著結(jié)點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)為主，它發(fā)生在離表面一定的深度處，點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)為主，它發(fā)生在離表面一定的深度處，磨屑較大。而脆性材料粘結(jié)點(diǎn)的破壞主要是剝落，損傷深磨屑較大。而脆性材料粘結(jié)點(diǎn)的破壞主要是剝落，損傷深度較淺，同時(shí)磨屑容易脫落，不堆積在表面上。度較淺，同時(shí)磨屑容易脫落，不堆積在表面上。 密排六方結(jié)構(gòu)的金屬材料粘著傾向小，面心立方點(diǎn)陣密排六方結(jié)構(gòu)的金屬材料粘著傾向小，面心立方點(diǎn)陣的金屬粘著傾向明顯大于其他點(diǎn)陣的金屬；的金屬粘著傾向明顯大于其他點(diǎn)陣的金屬； 多相的金屬比單

15、相的金屬粘著傾向??；多相的金屬比單相的金屬粘著傾向??； 互溶性大的材料互溶性大的材料( (包括相同金屬或相同晶格類型的金屬包括相同金屬或相同晶格類型的金屬) )所組成的摩擦副粘著傾向大；互溶性小的材料所組成的摩擦副粘著傾向大；互溶性小的材料( (異種金屬或異種金屬或晶格結(jié)構(gòu)不相近的金屬晶格結(jié)構(gòu)不相近的金屬) )組成的摩擦副粘著傾向小。組成的摩擦副粘著傾向小。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理19（三）影響粘著磨損的因素（三）影響粘著磨損的因素 材料硬度材料硬度 模具材料硬度越大，磨損越?。环粗?，磨損越大。模具材料硬度越大，磨損越??；反之，磨損越大。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理20(

16、(四四) ) 提高耐粘著磨損性能的措施提高耐粘著磨損性能的措施 合理選用模具材料合理選用模具材料 選與工件互溶性小的材料，減小親合力，降低粘結(jié)選與工件互溶性小的材料，減小親合力，降低粘結(jié)的可能性。的可能性。 合理選用潤滑劑和添加劑合理選用潤滑劑和添加劑 潤滑油膜一方面可防止金屬表面直接接觸，另一方面可潤滑油膜一方面可防止金屬表面直接接觸，另一方面可減小摩擦，成倍提高抗粘著磨損的能力。減小摩擦，成倍提高抗粘著磨損的能力。 采用表面處理采用表面處理 通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、軟氮通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧葻?/p>

17、處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧?，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系?shù)減小，起到減物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。磨作用也減小粘著磨損。 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理21四、疲勞磨損四、疲勞磨損 疲勞磨損的定義：疲勞磨損的定義：工件與模具表面相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循工件與模具表面相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使模具表層金環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使模具表層金屬材料疲勞脫落的現(xiàn)象。屬材料疲勞脫落的現(xiàn)象。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理接觸疲勞磨損，主要特征為磨損表面有裂紋、小坑等，接觸疲勞磨損，主要特征為磨損表面有

18、裂紋、小坑等，磨損產(chǎn)物為塊狀或餅狀。磨損產(chǎn)物為塊狀或餅狀。22模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理四、疲勞磨損四、疲勞磨損( (一一) ) 疲勞磨損的機(jī)理疲勞磨損的機(jī)理 在承受力和相對運(yùn)動(dòng)的情況下，模具表面及亞表面在承受力和相對運(yùn)動(dòng)的情況下，模具表面及亞表面不僅有多變的接觸應(yīng)力而且還有切應(yīng)力，這些外力反復(fù)不僅有多變的接觸應(yīng)力而且還有切應(yīng)力，這些外力反復(fù)作用一定周次后，模具表面就會產(chǎn)生局部塑性變形和加作用一定周次后，模具表面就會產(chǎn)生局部塑性變形和加工硬化。在某些組織不均勻處，由于應(yīng)力集中，形成裂工硬化。在某些組織不均勻處，由于應(yīng)力集中，形成裂紋源，并沿著切應(yīng)力方向或夾雜物走向發(fā)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)紋源，

19、并沿著切應(yīng)力方向或夾雜物走向發(fā)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到表面時(shí)或與縱向裂紋相交時(shí)，形成磨損剝落。展到表面時(shí)或與縱向裂紋相交時(shí)，形成磨損剝落。 模具疲勞磨損有模具疲勞磨損有機(jī)械疲勞磨損、冷熱疲勞磨損機(jī)械疲勞磨損、冷熱疲勞磨損。23模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理四、疲勞磨損四、疲勞磨損（二（二) ) 影響疲勞磨損的因素影響疲勞磨損的因素材質(zhì)：鋼材的冶金質(zhì)量，如：夾雜物類型、大小、材質(zhì)：鋼材的冶金質(zhì)量，如：夾雜物類型、大小、形貌、分布。特別是脆性、帶棱角的非金屬夾雜物。形貌、分布。特別是脆性、帶棱角的非金屬夾雜物。硬度：硬度：圖圖3-83-8。一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨一般情況下，材料抗疲勞磨損能

20、力隨表面硬度的增加而增強(qiáng)，而表面硬度一旦越過一定表面硬度的增加而增強(qiáng)，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。值，則情況相反。表面粗糙度：表面粗糙度低，接觸面積大，接觸應(yīng)表面粗糙度：表面粗糙度低，接觸面積大，接觸應(yīng)力小，提高抗疲勞磨損能力。力小，提高抗疲勞磨損能力。24模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理四、疲勞磨損四、疲勞磨損( (三三) ) 提高耐疲勞磨損的措施提高耐疲勞磨損的措施合理選擇潤滑劑合理選擇潤滑劑 潤滑劑可避免模具與工件表面直接接觸，并均潤滑劑可避免模具與工件表面直接接觸，并均化接觸應(yīng)力，緩沖沖擊。潤滑劑粘度越高越好，固體潤化接觸應(yīng)力，緩沖沖擊。潤滑劑粘度越高越好，固體潤滑劑比液

21、體潤滑劑好?；瑒┍纫后w潤滑劑好。 進(jìn)行表面強(qiáng)化處理進(jìn)行表面強(qiáng)化處理 采用噴丸、滾壓等強(qiáng)化方法，使模具工作表面采用噴丸、滾壓等強(qiáng)化方法，使模具工作表面金屬受壓縮產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生宏觀壓縮應(yīng)力，有利金屬受壓縮產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生宏觀壓縮應(yīng)力，有利于提高抗疲勞磨損的能力。于提高抗疲勞磨損的能力。25五、氣蝕磨損和沖蝕磨損五、氣蝕磨損和沖蝕磨損（一）氣蝕磨損（一）氣蝕磨損 定義：定義：模具表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高模具表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成微小的麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨溫，使模具表面形成微小的麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨損。損。 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理

22、26五、氣蝕磨損和沖蝕磨損五、氣蝕磨損和沖蝕磨損（一）氣蝕磨損（一）氣蝕磨損 產(chǎn)生機(jī)理：產(chǎn)生機(jī)理：模具與液體表面接觸作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液模具與液體表面接觸作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液體與模具接觸處的局部壓力比液體蒸發(fā)壓力低的情況下，體與模具接觸處的局部壓力比液體蒸發(fā)壓力低的情況下，形成氣泡，同時(shí)溶解在液體中的氣體也可能析出形成氣形成氣泡，同時(shí)溶解在液體中的氣體也可能析出形成氣泡，如果這些氣泡流到高壓區(qū)，當(dāng)承受壓力超過氣泡內(nèi)泡，如果這些氣泡流到高壓區(qū)，當(dāng)承受壓力超過氣泡內(nèi)壓力時(shí)，氣泡就會破裂，在瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高壓力時(shí)，氣泡就會破裂，在瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，作用于模具表面上。氣泡的形成和壓潰的反

23、復(fù)作用，溫，作用于模具表面上。氣泡的形成和壓潰的反復(fù)作用，使零件表面疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空使零件表面疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理27五、氣蝕磨損和沖蝕磨損五、氣蝕磨損和沖蝕磨損（二）沖蝕磨損（二）沖蝕磨損 定義：定義：液體或固體微粒高速落到模具表面，反復(fù)沖液體或固體微粒高速落到模具表面，反復(fù)沖擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨損。坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨損。 當(dāng)小液滴速度特別高，高于當(dāng)小液滴速度特別高，高于100

24、m/s 100m/s 時(shí)，產(chǎn)生的沖擊時(shí)，產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力會超過材料的屈服強(qiáng)度，造成局部材料斷裂。應(yīng)力會超過材料的屈服強(qiáng)度，造成局部材料斷裂。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理28五、氣蝕磨損和沖蝕磨損五、氣蝕磨損和沖蝕磨損（三）提高抗氣蝕磨損和沖蝕磨損的措施（三）提高抗氣蝕磨損和沖蝕磨損的措施 氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。它們都可以看氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。它們都可以看成疲勞磨損的派生形式。因?yàn)榫捅举|(zhì)上來說，都是由于機(jī)成疲勞磨損的派生形式。因?yàn)榫捅举|(zhì)上來說，都是由于機(jī)械力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學(xué)和電化學(xué)作用加械力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學(xué)和電化學(xué)作用加速了它們的破

25、壞速度。在注塑模具和壓鑄模具中易出現(xiàn)。速了它們的破壞速度。在注塑模具和壓鑄模具中易出現(xiàn)。 若材料具有較好的抗疲勞性和抗腐蝕性，又有較高的若材料具有較好的抗疲勞性和抗腐蝕性，又有較高的強(qiáng)度和韌性，材料的抗氣蝕磨損和沖蝕磨損性能就好。強(qiáng)度和韌性，材料的抗氣蝕磨損和沖蝕磨損性能就好。 工藝上，降低流體對模具表面的沖擊速度，避免渦流，工藝上，降低流體對模具表面的沖擊速度，避免渦流，消除產(chǎn)生氣蝕的條件，可有效減少氣蝕和沖蝕磨損。消除產(chǎn)生氣蝕的條件，可有效減少氣蝕和沖蝕磨損。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理29六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損定義：定義：在摩擦過程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電在摩擦過程中

26、，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上機(jī)械摩擦作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，再加上機(jī)械摩擦作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象叫腐蝕磨損。象叫腐蝕磨損。（腐蝕（腐蝕+磨損）磨損）模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理腐蝕磨損，它的主要特征是磨損表面有化學(xué)反應(yīng)膜或小麻腐蝕磨損，它的主要特征是磨損表面有化學(xué)反應(yīng)膜或小麻點(diǎn)，但麻點(diǎn)比較光滑。磨損物為薄的碎片或粉末。典型工點(diǎn)，但麻點(diǎn)比較光滑。磨損物為薄的碎片或粉末。典型工件如汽缸與活塞、船舶外殼、水力發(fā)電的水輪機(jī)葉片等。件如汽缸與活塞、船舶外殼、水力發(fā)電的水輪機(jī)葉片等。30六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損（一）腐蝕磨損的機(jī)制（一）腐蝕磨損的機(jī)制（兩個(gè)階段

27、）（兩個(gè)階段） 第一階段：第一階段：在摩擦過程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生在摩擦過程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)物；化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)物； 第二階段：第二階段：表面反應(yīng)物在隨后的摩擦過程中被磨掉。表面反應(yīng)物在隨后的摩擦過程中被磨掉。 反應(yīng)物被磨掉后，新鮮表面暴露出來，重新與周圍介反應(yīng)物被磨掉后，新鮮表面暴露出來，重新與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，重復(fù)第一階段。質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，重復(fù)第一階段。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理31六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損 腐蝕磨損常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，尤其在有酸、腐蝕磨損常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，尤其在有酸、堿、鹽

28、等特殊條件下最易發(fā)生。堿、鹽等特殊條件下最易發(fā)生。 模具常見的腐蝕磨損形式有：模具常見的腐蝕磨損形式有：氧化腐蝕磨損、特殊介氧化腐蝕磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損。質(zhì)腐蝕磨損。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理32六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損（二）氧化腐蝕磨損（二）氧化腐蝕磨損 在摩擦過程中，由于金屬表層凸峰的塑性變形，促使在摩擦過程中，由于金屬表層凸峰的塑性變形，促使原有的氧化膜破裂，新的材料暴露后又與氧結(jié)合形成脆而原有的氧化膜破裂，新的材料暴露后又與氧結(jié)合形成脆而硬的氧化膜。由于氧化膜不斷生成與剝落造成的磨損稱為硬的氧化膜。由于氧化膜不斷生成與剝落造成的磨損稱為氧化磨損。氧化磨損。 模具服役時(shí)一般都

29、會出現(xiàn)氧化磨損。模具服役時(shí)一般都會出現(xiàn)氧化磨損。 一般情況下氧化膜能使金屬表面免于粘著，氧化磨損一般情況下氧化膜能使金屬表面免于粘著，氧化磨損一般要比粘著磨損緩慢，因而可以說氧化磨損能起到保護(hù)一般要比粘著磨損緩慢，因而可以說氧化磨損能起到保護(hù)摩擦副的作用。摩擦副的作用。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理33六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損 氧化磨損的速度與氧化膜的性質(zhì)有關(guān)：氧化磨損的速度與氧化膜的性質(zhì)有關(guān)：（1）氧化膜的密度和金屬相近：氧化膜能牢固覆蓋在金屬）氧化膜的密度和金屬相近：氧化膜能牢固覆蓋在金屬表面，磨損??；表面，磨損??；（2）氧化膜的密度大于金屬密度：氧化膜中易出現(xiàn)拉應(yīng)力，）氧化膜的密度

30、大于金屬密度：氧化膜中易出現(xiàn)拉應(yīng)力，膜易破裂或出現(xiàn)多孔疏松膜。膜易破裂或出現(xiàn)多孔疏松膜。（3）氧化膜的密度小于金屬密度：隨著氧化膜的生長，膜）氧化膜的密度小于金屬密度：隨著氧化膜的生長，膜的體積不斷膨脹，在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力和垂直于的體積不斷膨脹，在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力和垂直于表面使膜脫離表面的拉應(yīng)力，膜愈厚，內(nèi)應(yīng)力愈大，膜易剝表面使膜脫離表面的拉應(yīng)力，膜愈厚，內(nèi)應(yīng)力愈大，膜易剝落。落。（4）氧化膜與基體的熱漲系數(shù)不同，也會造成氧化膜脫落。）氧化膜與基體的熱漲系數(shù)不同，也會造成氧化膜脫落。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理34六、腐蝕磨損六、腐蝕磨損（三）特殊介質(zhì)腐蝕磨損（三）

31、特殊介質(zhì)腐蝕磨損 在腐蝕環(huán)境中，金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生在腐蝕環(huán)境中，金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物。在摩擦力的作用下，表層化合物剝化學(xué)反應(yīng)，形成化合物。在摩擦力的作用下，表層化合物剝落而引起的磨損稱為特殊介質(zhì)腐蝕磨損。落而引起的磨損稱為特殊介質(zhì)腐蝕磨損。 為了防止和減輕腐蝕磨損，可從表面處理工藝、潤滑材為了防止和減輕腐蝕磨損，可從表面處理工藝、潤滑材料及添加劑的選擇等方面采取措施。料及添加劑的選擇等方面采取措施。模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理35七、磨損的交互作用七、磨損的交互作用 模具表面的磨損往往多種形式并存，并相互促進(jìn)。模具表面的磨損往往多種形式

32、并存，并相互促進(jìn)。 如；模具表面發(fā)生粘著磨損后，形成的磨粒會引發(fā)磨如；模具表面發(fā)生粘著磨損后，形成的磨粒會引發(fā)磨粒磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，又會促進(jìn)粘粒磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，又會促進(jìn)粘著磨損；著磨損； 模具表面疲勞磨損后，形成的磨粒同樣會引發(fā)磨粒磨模具表面疲勞磨損后，形成的磨粒同樣會引發(fā)磨粒磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，也會促進(jìn)粘著磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，也會促進(jìn)粘著磨損、疲勞磨損。損、疲勞磨損。 腐蝕磨損也會促進(jìn)磨粒磨損、疲勞磨損、粘著磨損。腐蝕磨損也會促進(jìn)磨粒磨損、疲勞磨損、粘著磨損。 模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理36模具失效形式及

33、機(jī)理模具失效形式及機(jī)理第二節(jié)第二節(jié) 斷裂失效斷裂失效 模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，喪失服役能模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，喪失服役能力時(shí)，稱為斷裂失效。力時(shí)，稱為斷裂失效。37模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理一一 斷裂力學(xué)的基本概念斷裂力學(xué)的基本概念（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 為什么玻璃等脆性材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其理論強(qiáng)度？為什么玻璃等脆性材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其理論強(qiáng)度？ 根據(jù)根據(jù)葛里菲斯理論，葛里菲斯理論，由于玻璃中存在微小裂紋，降低了由于玻璃中存在微小裂紋，降低了玻璃強(qiáng)度。玻璃強(qiáng)度。 38模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理

34、論 模型：模型：單位厚度薄板，受單向均勻拉應(yīng)力單位厚度薄板，受單向均勻拉應(yīng)力，兩端固定，兩端固定，構(gòu)成能量封閉系統(tǒng)。構(gòu)成能量封閉系統(tǒng)。圖圖3-13。 此時(shí)平板內(nèi)單位體積儲存的彈性應(yīng)變能為此時(shí)平板內(nèi)單位體積儲存的彈性應(yīng)變能為 )2/(2/2E39模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 如果在板內(nèi)沿垂直于拉應(yīng)力方向開一長度為如果在板內(nèi)沿垂直于拉應(yīng)力方向開一長度為2a2a（遠(yuǎn)小于（遠(yuǎn)小于板寬及板長）的穿透裂紋。板寬及板長）的穿透裂紋。 裂紋出現(xiàn)后，板內(nèi)彈性應(yīng)變能一部分釋放，釋放的能量裂紋出現(xiàn)后，板內(nèi)彈性應(yīng)變能一部分釋放，釋放的能量設(shè)為設(shè)為U U。 平面應(yīng)力）(22E

35、aU（平面應(yīng)變）EaU)1 (222U裂紋釋放的能量；裂紋釋放的能量；E，材料的彈性模量和泊松比。材料的彈性模量和泊松比。40模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 裂紋出現(xiàn)后，形成兩個(gè)新表面，增加表面能裂紋出現(xiàn)后，形成兩個(gè)新表面，增加表面能W，設(shè)單位，設(shè)單位面積的表面能為面積的表面能為T，新增加的表面能為：，新增加的表面能為：aTW4 則，裂紋出現(xiàn)后，板中能量改變量則，裂紋出現(xiàn)后，板中能量改變量F為：為：平面應(yīng)力）(422EaaTUWF（平面應(yīng)變）EaaTUWF)1 (422241模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 圖圖

36、3-14為能量隨裂紋長度為能量隨裂紋長度a的變化。當(dāng)?shù)淖兓?。?dāng)a a aaC C時(shí)，裂紋將自發(fā)擴(kuò)展。時(shí)，裂紋將自發(fā)擴(kuò)展。 2a 2aC C為臨界裂紋長度。為臨界裂紋長度。0)(UWaaF（平面應(yīng)力）0242EaT利用能量求極值可得臨界條件為：利用能量求極值可得臨界條件為：（平面應(yīng)變）0)1 (2422EaT即：即：42模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 因此，裂紋因此，裂紋自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力cc為：為： （平面應(yīng)力）aETC2（平面應(yīng)變）)1 (22aETC43模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 因此

37、，裂紋因此，裂紋自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度2a2ac c為：為： （平面應(yīng)力）242ETaC（平面應(yīng)變）22)1 (42ETaC44模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論 葛里菲斯理論只能應(yīng)用于完全脆性材料。模具材料多為葛里菲斯理論只能應(yīng)用于完全脆性材料。模具材料多為塑性材料，在裂紋尖端附近區(qū)域要產(chǎn)生塑性變形。塑性材料，在裂紋尖端附近區(qū)域要產(chǎn)生塑性變形。 裂紋擴(kuò)展所釋放的能量不僅用于表面能，還要用于裂紋裂紋擴(kuò)展所釋放的能量不僅用于表面能，還要用于裂紋擴(kuò)展前沿的塑性功。擴(kuò)展前沿的塑性功。 假設(shè)單位面積裂紋表面消耗的塑性變形功為假設(shè)單位面積裂紋表

38、面消耗的塑性變形功為P P, ,則上述方則上述方程中要用程中要用T+PT+P代替代替T,T,由于由于TPTP， 因此可略去因此可略去T+PT+P中的中的T T。45模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理裂紋裂紋自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度2a2ac c修正為：修正為： （平面應(yīng)力）242EPaC（平面應(yīng)變）22)1 (42EPaC 則考慮裂紋尖端塑性變形后，裂紋則考慮裂紋尖端塑性變形后，裂紋自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力cc修正為：修正為： （平面應(yīng)力）aEPC2（平面應(yīng)變）)1 (22aEPC（一）葛里菲斯理論（一）葛里菲斯理論46模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理當(dāng)有

39、當(dāng)有2a2a長的長的裂紋出現(xiàn)后，彈性體釋放的能量為裂紋出現(xiàn)后，彈性體釋放的能量為： 葛里菲斯理論指出，裂紋葛里菲斯理論指出，裂紋擴(kuò)展的過程是能量轉(zhuǎn)換過程。擴(kuò)展的過程是能量轉(zhuǎn)換過程。 （二）應(yīng)變能釋放率及斷裂韌性（二）應(yīng)變能釋放率及斷裂韌性能量釋放率能量釋放率q為為： EaaUq2)2( q的臨界值稱為斷裂韌性的臨界值稱為斷裂韌性： EaqqCaac2平面應(yīng)力）(22EaU47模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（二）應(yīng)變能釋放率及斷裂韌性（二）應(yīng)變能釋放率及斷裂韌性EaqqCaac2（平面應(yīng)力）242aEPaC 聯(lián)解聯(lián)解： 得得： Pq2qI 的大小反映了材料抗斷裂破壞的能力。的大小反映了材料

40、抗斷裂破壞的能力。 48模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)變場與裂紋的變形方式裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)變場與裂紋的變形方式有關(guān)。共有三種變形方式（有關(guān)。共有三種變形方式（圖圖3-15） ：張開型、滑開型、：張開型、滑開型、撕開型。在上述三種裂紋變形方式中，張開型裂紋最常撕開型。在上述三種裂紋變形方式中，張開型裂紋最常見也最危險(xiǎn)。見也最危險(xiǎn)。 下面主要討論張開型裂紋的情況。下面主要討論張開型裂紋的情況。49模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂

41、紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 下面主要討論張開型裂紋的情況。下面主要討論張開型裂紋的情況。50模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 應(yīng)用彈性理論分析得到（應(yīng)用彈性理論分析得到（圖圖3-16），在），在ra時(shí)，裂時(shí)，裂紋前沿各點(diǎn)的應(yīng)力如下：紋前沿各點(diǎn)的應(yīng)力如下：)23sin2sin1 (2cos2rax)23sin2sin1 (2cos2ray23cos2cos2sin2raxy0zxyz（平面應(yīng)力）0z（平面應(yīng)變）)(yxz51模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂

42、紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 應(yīng)用彈性理論分析得到，在應(yīng)用彈性理論分析得到，在ra時(shí)，裂紋前沿各點(diǎn)的時(shí)，裂紋前沿各點(diǎn)的位移如下：位移如下：)2sin21(2cos222kraGu)2cos21(2sin222kraGv 其中其中：u- x方向的位移；方向的位移；v -y方向的位移；方向的位移；G切切變模量；變模量；r,極坐標(biāo)中的極徑和極角。極坐標(biāo)中的極徑和極角。平面應(yīng)力）)(1)(3(k平面應(yīng)變）(43k52模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子控制斷裂的三個(gè)主要因素：控制斷裂的三個(gè)主要因素： 1）裂紋尺寸和形狀

43、；）裂紋尺寸和形狀；2)作用應(yīng)力；作用應(yīng)力；3)材料的斷裂韌性。材料的斷裂韌性。裂紋尺寸越大，作用應(yīng)力越高，發(fā)生斷裂的可能性就裂紋尺寸越大，作用應(yīng)力越高，發(fā)生斷裂的可能性就越大；材料的斷裂韌性越高，抵抗斷裂破壞的能力越強(qiáng)，越大；材料的斷裂韌性越高，抵抗斷裂破壞的能力越強(qiáng)，發(fā)生斷裂的可能性就越小。發(fā)生斷裂的可能性就越小。三因素，前二者是作用，為斷裂的發(fā)生提供條件；后三因素，前二者是作用，為斷裂的發(fā)生提供條件；后者（材料的斷裂韌性）是抗力，阻止斷裂的發(fā)生。者（材料的斷裂韌性）是抗力，阻止斷裂的發(fā)生。材料的斷裂韌性與材料、使用溫度、環(huán)境介質(zhì)等因素材料的斷裂韌性與材料、使用溫度、環(huán)境介質(zhì)等因素有關(guān)，由

44、試驗(yàn)確定。有關(guān)，由試驗(yàn)確定。 定義定義應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子：aK53模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 定義：定義：aK)23sin2sin1 (2cos2rKx)23sin2sin1 (2cos2rKy23cos2cos2sin2rKxy 則，則，裂紋前沿各點(diǎn)的應(yīng)力可改寫為：裂紋前沿各點(diǎn)的應(yīng)力可改寫為：54模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子)2sin21(2cos222krGKu)2cos21(2sin222krGKv 裂紋前

45、沿各點(diǎn)的應(yīng)力和位移由裂紋前沿各點(diǎn)的應(yīng)力和位移由KI和坐標(biāo)（和坐標(biāo)（r,）決定。）決定。當(dāng)當(dāng)KI確定后，不管確定后，不管和和a如何變化，裂紋前沿的應(yīng)力場和如何變化，裂紋前沿的應(yīng)力場和位移場完全相同。位移場完全相同。KI稱為應(yīng)力強(qiáng)度因子。稱為應(yīng)力強(qiáng)度因子。應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子是表征裂紋尖端應(yīng)力場和位移場的一個(gè)有效參數(shù)。是表征裂紋尖端應(yīng)力場和位移場的一個(gè)有效參數(shù)。裂紋前沿各點(diǎn)的位移可改寫為：裂紋前沿各點(diǎn)的位移可改寫為：55模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 對于承受不同應(yīng)力和不同幾何形狀的裂紋體，對于承受不同應(yīng)力和

46、不同幾何形狀的裂紋體，應(yīng)力應(yīng)力強(qiáng)度因子的一般表達(dá)式為：強(qiáng)度因子的一般表達(dá)式為：aYK Y與裂紋形狀有關(guān)。與裂紋形狀有關(guān)。圖圖3-17。時(shí)，發(fā)生脆性斷裂。時(shí)，發(fā)生脆性斷裂。ICKaYK KIC是材料常數(shù)。是材料常數(shù)。由上式可求得對應(yīng)于裂紋長度由上式可求得對應(yīng)于裂紋長度a 的的斷裂應(yīng)力斷裂應(yīng)力C C或?qū)?yīng)于應(yīng)力或?qū)?yīng)于應(yīng)力的的臨界裂紋長度臨界裂紋長度aC。56模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子（三）裂紋尖端附近的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子 對于對于I型型裂紋，裂紋，cCaK 由上面兩個(gè)式子，得由上面兩個(gè)式子，得 斷裂韌度斷裂韌度qI和臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子和臨界應(yīng)力強(qiáng)

47、度因子 KIC都是材料常數(shù)，都是材料常數(shù)，都是表征材料抗裂紋擴(kuò)展能力的參數(shù)。都是表征材料抗裂紋擴(kuò)展能力的參數(shù)。EaqqCaac221ICKEq （3-9）57模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正 根據(jù)前面分析（根據(jù)前面分析（式式3-143-14），當(dāng)，當(dāng)r0時(shí)，時(shí)，Y Y。圖圖3-183-18。 但在實(shí)際金屬材料中，當(dāng)裂紋尖端的正應(yīng)力等于或但在實(shí)際金屬材料中，當(dāng)裂紋尖端的正應(yīng)力等于或大于屈服應(yīng)力大于屈服應(yīng)力YS，材料就要屈服，產(chǎn)生塑性變形，從，材料就要屈服，產(chǎn)生塑性變形，從而使裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力松弛，也就是說，

48、裂紋尖端的而使裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力松弛，也就是說，裂紋尖端的應(yīng)力不可能無限大。應(yīng)力不可能無限大。58模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正 1. 裂紋尖端屈服區(qū)域的大小和形狀裂紋尖端屈服區(qū)域的大小和形狀 根據(jù)材料力學(xué)主應(yīng)力的計(jì)算公式：根據(jù)材料力學(xué)主應(yīng)力的計(jì)算公式：2214)(21)(21xyyxyx2224)(21)(21xyyxyx59模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正 將式將式3-14帶入上面公式，得帶入上面公式，得)2sin

49、1 (2cos21rK)2sin1 (2cos22rK 利用利用Mises屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則22132322212)()()(s（3-21）（3-22）60模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正 在平面應(yīng)力下，在平面應(yīng)力下， 將式（將式（3-21）代入式（）代入式（3-22）解得）解得032sin312cos22222SKr（3-23）式（式（3-23）為裂紋尖端屈服區(qū)的邊界方程，）為裂紋尖端屈服區(qū)的邊界方程，圖圖3-19。在在x軸上（軸上（=0）22002SKrr（3-24）61模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)

50、理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正 在平面應(yīng)變下，在平面應(yīng)變下，)(2132sin3)21 (2cos222222SKr（3-25）裂紋尖端屈服區(qū)的邊界方程為裂紋尖端屈服區(qū)的邊界方程為22200)21 (2SKrr在在x軸上（軸上（=0）（3-26）62模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正2. 考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正 上述討論沒有考慮塑性區(qū)的應(yīng)力松弛。實(shí)際上，材上述討論沒有考慮塑性區(qū)的應(yīng)力松弛。實(shí)際上，材料屈服后，最大主應(yīng)

51、力等于屈服應(yīng)力，因此，圖料屈服后，最大主應(yīng)力等于屈服應(yīng)力，因此，圖3-19中中r r0區(qū)域，從而擴(kuò)大了區(qū)域，從而擴(kuò)大了塑性區(qū)。塑性區(qū)。 在未屈服以前，裂紋尖端在未屈服以前，裂紋尖端=0的平面內(nèi)法向應(yīng)力分的平面內(nèi)法向應(yīng)力分布規(guī)律如圖布規(guī)律如圖3-20中中FBE所示，應(yīng)力大小為所示，應(yīng)力大小為rKy2063模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正2. 考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正 此法向應(yīng)力此法向應(yīng)力 在其凈面積上的總和（即內(nèi)力）在其凈面積上的總和（即內(nèi)力）應(yīng)與外力平衡，此內(nèi)力等于應(yīng)與外

52、力平衡，此內(nèi)力等于FBE曲線下的面積。曲線下的面積。 出現(xiàn)應(yīng)力松弛后，在裂紋尖端出現(xiàn)應(yīng)力松弛后，在裂紋尖端=0的平面內(nèi)，的平面內(nèi)，的分布規(guī)律如圖的分布規(guī)律如圖3-20中的中的ACD所示，所示，ACD曲線下的曲線下的 面積應(yīng)與曲線面積應(yīng)與曲線FBE下的面積相等。下的面積相等。yy 由于由于BE和和CD兩段均代表彈性應(yīng)力場的變化規(guī)律，兩段均代表彈性應(yīng)力場的變化規(guī)律，因此其下的面積相等。則，因此其下的面積相等。則，F(xiàn)B曲線段下的面積應(yīng)等于曲線段下的面積應(yīng)等于AC直線段下的面積。直線段下的面積。64模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子

53、KI的修正的修正2. 考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正 令令A(yù)C=R，則，則SrryySKdrrKdrR2000002)(0222rKRS則：則： 由此可得，應(yīng)力松弛后，屈服區(qū)域在由此可得，應(yīng)力松弛后，屈服區(qū)域在x 軸上擴(kuò)大了軸上擴(kuò)大了一倍。一倍。（3-28）65模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正2. 考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正0222rKRS應(yīng)力松弛后，屈服區(qū)域在應(yīng)力松弛后，屈服區(qū)域在x 軸上擴(kuò)大了一倍。軸上擴(kuò)大了一倍。66模具失效形式及機(jī)理模具

54、失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正2. 考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正考慮應(yīng)力松弛對塑性區(qū)大小的修正 平面應(yīng)變下，由于平面應(yīng)變下，由于 為拉應(yīng)力，裂紋尖端的材為拉應(yīng)力，裂紋尖端的材料處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)。因此，材料料處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)。因此，材料y方向的屈服極限方向的屈服極限 不再等于單向拉伸的屈服極限不再等于單向拉伸的屈服極限 。zysssys22022222rKRS22024SKr67模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因

55、子 KI的修正的修正 前面介紹，假設(shè)裂紋尖端不存在屈服區(qū)時(shí)，則在前面介紹，假設(shè)裂紋尖端不存在屈服區(qū)時(shí)，則在=0的裂紋平面內(nèi)，的裂紋平面內(nèi)，rKy20 其分布如其分布如圖圖3-21中中FBE，當(dāng)發(fā)生松弛后，屈服區(qū)域，當(dāng)發(fā)生松弛后，屈服區(qū)域x 軸上的極限尺寸為軸上的極限尺寸為R，實(shí)際的應(yīng)力分布如圖，實(shí)際的應(yīng)力分布如圖3-21中中ABCD所示。所示。68模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修正假想把裂紋尖端沿假想把裂紋尖端沿O x軸從軸從O點(diǎn)向右移動(dòng)點(diǎn)向右移動(dòng)ry的距離，到的

56、距離，到達(dá)達(dá)O1點(diǎn)，此時(shí)的裂紋長度就從點(diǎn)，此時(shí)的裂紋長度就從2a0變成變成2(a0+ry),稱之為稱之為有有效裂紋長度。效裂紋長度。下面計(jì)算下面計(jì)算ry的值。的值。由于在由于在C點(diǎn)點(diǎn) ， 而該點(diǎn)在而該點(diǎn)在O1點(diǎn)為原點(diǎn)的坐點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)中的坐標(biāo)為標(biāo)中的坐標(biāo)為r=R-ry，于是，于是ysyysyrRK)(269模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修正有效裂紋長度有效裂紋長度:70模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力

57、強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修正由此得到由此得到y(tǒng)syKRr22在平面應(yīng)力下，有：在平面應(yīng)力下，有：222sKRsys則：則：222syKr71模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修正在平面應(yīng)變下，有：在平面應(yīng)變下，有：2222sKRsys22則：則：2224syKr72模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修

58、正這時(shí)有效應(yīng)力強(qiáng)度因子為：這時(shí)有效應(yīng)力強(qiáng)度因子為：2211120220sSaKaK平面應(yīng)力：平面應(yīng)力：73模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理（四）（四）小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子小范圍屈服條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的修正的修正3.應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子 KI的修正的修正這時(shí)有效應(yīng)力強(qiáng)度因子為：這時(shí)有效應(yīng)力強(qiáng)度因子為：224111240220sSaKaK平面應(yīng)變：平面應(yīng)變：74模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理二、二、斷裂分類斷裂分類（1）按斷裂性質(zhì)分）按斷裂性質(zhì)分 塑性斷裂、脆性斷裂塑性斷裂、脆性斷裂 根據(jù)金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形的大小分。根據(jù)金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形的

59、大小分。一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5為脆性為脆性斷裂斷裂；大于大于5為韌性斷裂。為韌性斷裂。（2）按斷裂路徑分）按斷裂路徑分沿晶斷裂、穿晶斷裂、混晶斷裂沿晶斷裂、穿晶斷裂、混晶斷裂（3）按斷裂機(jī)理分按斷裂機(jī)理分 一次性斷裂、疲勞斷裂一次性斷裂、疲勞斷裂模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂性質(zhì)多為脆性斷裂。模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂性質(zhì)多為脆性斷裂。75模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理脆性斷裂脆性斷裂 脆性斷裂脆性斷裂指斷裂時(shí)不發(fā)生塑性變形或只發(fā)生很小的指斷裂時(shí)不發(fā)生塑性變形或只發(fā)生很小的塑性變形（小于塑性變形（小于2-5%）的斷裂。包括）的斷裂。

60、包括一次性斷裂、疲一次性斷裂、疲勞斷裂。勞斷裂。1）一次性斷裂）一次性斷裂指在指在 承受很大變形力或在沖擊載荷的承受很大變形力或在沖擊載荷的作用下，裂紋產(chǎn)生并迅速發(fā)展所造成的斷裂。斷口呈結(jié)作用下，裂紋產(chǎn)生并迅速發(fā)展所造成的斷裂。斷口呈結(jié)晶狀。晶狀。2）疲勞斷裂）疲勞斷裂指在較低應(yīng)力下，經(jīng)反復(fù)使用，裂紋緩指在較低應(yīng)力下，經(jīng)反復(fù)使用，裂紋緩慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。斷口呈纖維狀。慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。斷口呈纖維狀。76模具失效形式及機(jī)理模具失效形式及機(jī)理三、三、一次性斷裂一次性斷裂 包括穿晶斷裂，沿晶斷裂包括穿晶斷裂，沿晶斷裂（一）穿晶（一）穿晶斷裂斷裂 是一種解理斷裂，指沿著特定的晶面的斷裂。是一種解理