服役條件的影響

1、模具失效的影響因素 1模具服役條件的影響 2冷作模具 冷沖裁模具 冷擠壓模具 冷鐓鍛模具 冷拉深模具31、冷沖裁模具A受力分析：沖頭壓力大于凹模。在彈性變形階段，壓力集中于刃口附近狹小的范圍；在塑性變形階段，刃口端面和側(cè)面產(chǎn)生擠壓和磨擦。B失效形式：有塑性變形、磨損、疲勞斷裂、折斷和縱向開裂等，4最常見的是磨損。磨損使刃口變鈍，棱角變圓，甚至產(chǎn)生表面剝落。失效過程是：損傷損傷積累失效的過程。5C另外，沖頭壽命與其直徑及板厚存在影響關(guān)系影響壽命因素：模具材料和被加工材料的成分，組織及性能，模具和坯料的表面狀態(tài)及粗糙度，模具的工作條件，如：沖裁力，沖裁速度，工作溫度及潤滑條件等。62、冷擠壓模具7

2、A冷擠壓凸模 受力分析：沖頭承受三向壓應(yīng)力。如果坯料b=400MPA，則沖頭壓力=2500 MPA。失效形式：可能有塑性變形、磨損、疲勞斷裂、折斷和縱向開裂等。影響壽命因素：主要影響因素是模具材料和被加工材料的成分，組織及性能，模具和坯料的表面狀態(tài)及粗糙度，模具的工作條件如擠壓力，擠壓速度，工作溫度及潤滑條件等。8B冷擠壓凹模 受力分析：在凹模筒壁內(nèi)將產(chǎn)生切向拉應(yīng)力t和徑向壓應(yīng)力r，且它們沿徑向分布不均勻， 9影響壽命因素：主要影響因素是模具材料和被加工材料的成分，組織及性能，模具和坯料的表面狀態(tài)及粗糙度，模具的工作條件如擠壓力，擠壓速度，工作溫度及潤滑條件等。103、冷鐓鍛模受力分析：沖擊力

3、大、沖擊頻率高，沖擊能量和沖擊速度適中。失效形式：沖頭變形和折斷；型腔模口脹大，棱角堆塌，型腔脹裂，然而主要的是磨損失效（磨粒磨損、擦傷磨損和沖擊磨損）和疲勞斷裂失效。影響因素及措施：模具結(jié)構(gòu)、加工質(zhì)量、潤滑條件、維護(hù)保養(yǎng)以及工藝設(shè)計(jì)等因素綜合作用。 114、冷拉深模受力分析：模具工作時(shí)受沖擊力很小，單位面積的壓力也不大，主要是型腔表面承受劇烈的磨擦，失效形式：主要是磨粒磨損和粘模磨損（即“小瘤”劃傷或擦傷）。粘模模具局部擠壓力大，摩擦熱積累大，局部表面與壞料發(fā)生焊合，使小塊壞料粘著在模腔上，形成很硬的 “小瘤”即發(fā)生了粘模。12影響壽命因素：被拉深板材的強(qiáng)度、厚度、表面狀況、材料成分和組織，

4、影響模具承受載荷大小和粘著傾向的大??；模具本身的硬度、耐磨性、型腔的結(jié)構(gòu)、圓角半徑和表面粗糙度影響粘著傾向；潤滑劑的種類和使用等影響粘著傾向。 132、熱作模具 141、錘鍛模15A模具的受力：工作中主要負(fù)荷是沖擊力和摩擦力。沖擊載荷大，沖擊力大；型腔表面承受很大的壓力；不同部位有不同的應(yīng)力狀態(tài)，某些部位承受彎曲力和多向拉應(yīng)力作用，應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜。16B模具的受熱：工作中主要熱負(fù)荷是交替受熱和冷卻。使用前預(yù)熱，使用中熱料進(jìn)一步加熱，另外，表面摩擦產(chǎn)生熱量部分被模具吸收，不同部位溫度分布不均導(dǎo)致熱應(yīng)力。17C模具的冷卻：通常在模具工作間歇對(duì)之進(jìn)行冷卻，用冷卻空氣、水、油、潤滑劑等介質(zhì)冷卻模具型腔。

5、D型腔表面摩擦：熱金屬坯料在型腔中的熱塑變流動(dòng)，對(duì)型腔表面產(chǎn)生磨擦作用，18錘鍛?；臼问剑?9早期脆性斷裂主要是：模具型腔部分的斷裂和機(jī)械熱疲勞斷裂。早期脆性斷裂：是在錘擊次數(shù)較少時(shí)發(fā)生，裂紋呈人字花紋向外擴(kuò)展。機(jī)械熱疲勞斷裂：是在多次錘擊時(shí)發(fā)生，斷口呈疲勞斷口特征，裂紋擴(kuò)展區(qū)一般較小。20型腔表面的熱疲勞：交替熱應(yīng)力的結(jié)果，通常模具鍛壓數(shù)千次或幾百次就可能出現(xiàn)熱疲勞現(xiàn)象，熱疲勞在模具表面可以呈條狀、放射狀、有的連成網(wǎng)狀，故又稱“龜裂” 。熱疲勞擴(kuò)展斷口部分為氧化物覆蓋，呈深灰色，里面存在脫碳層。21型腔表面的磨損主要有： 表面剝落形成痘狀麻坑 氧化磨損 熱粘著磨損 氧化物磨粒加速磨損2

6、2錘鍛模在機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷作用下，其型腔表面的磨損非常復(fù)雜。主要表現(xiàn)在：表面剝落形成痘狀麻坑，氧化磨損，熱粘著磨損和氧化物磨粒加速磨損等。影響型腔表面的磨損主要因素是：模具溫度，模具材料化學(xué)成分和硬度，模具型腔表面狀況，以及模具使用條件等。23模具型腔塑性變形主要是：塌角和凹陷模具型腔中的肋、凸臺(tái)等突出部位吸熱較多，溫度較高，受力較大。當(dāng)其軟化層深度較大時(shí)便會(huì)出現(xiàn)“塌角”即：棱角堆塌現(xiàn)象。模具基體較軟或熱處理硬度偏低，易產(chǎn)生型腔“凹陷”現(xiàn)象。24模具的燕尾開裂：燕尾是安裝固定上下模塊的部位，燕尾根部凹槽有應(yīng)力集中易于萌生裂紋，裂紋擴(kuò)展造成斷裂。 252、機(jī)鍛模和熱擠壓模 工作條件壓力機(jī)加載速度

7、低；模具與坯料的接觸時(shí)間長；模具型腔的溫度可達(dá)600800，經(jīng)受急冷急熱的交替作用；沖擊載荷很小，受靜載荷很大；摩擦要比錘鍛模劇烈得多。 26失效形式：早期脆斷，疲勞斷裂，熱疲勞，型腔堆塌和磨損等。 273、熱沖載模 工作條件：刃口承受擠壓，摩擦和一定的沖擊載荷，同時(shí)還受熱升溫 。失效形式：熱磨損，崩刃和斷裂等。 284、壓力鑄造模 工作條件：型腔表面受液態(tài)金屬的壓力，沖刷，侵蝕和高溫作用，承受急冷急熱作用。失效形式：粘模，侵蝕，熱疲勞和磨損等。 293、塑料模具 30塑料模具的工作條件：模具型腔表面直接與塑料接觸，經(jīng)受其壓力、溫度、磨擦和腐蝕等作用。注射壓力40140MPa，閉模壓力8030

8、0 MPa。溫度140300。31而制件對(duì)模具的要求是：1、表面粗糙度低 Ra0.20.025m；2、尺寸精度和配合精度要求高；3、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，造成應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜。32塑料模基本失效形式：33模具型腔部分的斷裂：型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)因素引起的應(yīng)力集中可能使模具產(chǎn)生斷裂失效；相變內(nèi)應(yīng)力也是引起模具開裂的因素。型腔表面的疲勞和熱疲勞：塑料模具的機(jī)械載荷是循環(huán)變化的；熱負(fù)荷也是循環(huán)變化的。如：塑料注入溫度是200，冷卻硬化溫度是50。34型腔表面的磨損和腐蝕：塑料熔體流動(dòng)，塑件從模具中脫出，引起磨損。塑料內(nèi)的固體填料更加深了磨損。腐蝕主要是熱分解產(chǎn)生的HCL和HF氣體使模具表面受到破壞。模具型腔的塑性

9、變形：模具型腔變形抗力不夠，當(dāng)表面受壓、受熱時(shí)，造成塑性變形。 35第二節(jié) 模具結(jié)構(gòu)對(duì)失效的影響 361冷作模具結(jié)構(gòu)與防護(hù)措施我們知道冷作模具：冷沖載模具載荷較小、精度較高；冷擠壓模具承受較大靜載荷；冷鐓模具承受較大沖擊力，其毛坯材料是局部塑變。37冷作模具的結(jié)構(gòu)防護(hù)措施如下：A優(yōu)選沖載間隙，刃口間隙一般為板料厚度的5%15%，過小間隙模具制造難度大，產(chǎn)品截面質(zhì)量高，模具使用壽命低；過大的間隙產(chǎn)品截面質(zhì)量低，模具鈍化快，刃磨增加，同樣模具壽命低?？傊?，最佳間隙是綜合考慮各方面要求而定，不是最好截面質(zhì)量，也不是最高模具壽命。38B保證結(jié)構(gòu)剛度：合理設(shè)計(jì)凸模截面，盡量減小長徑比，適當(dāng)加大固定部分長

10、度和截面積，加大墊板厚度和硬度，對(duì)細(xì)長凸模可設(shè)置導(dǎo)向板等輔助支承機(jī)構(gòu)。39C減輕工作載荷：合理制定壓力加工工藝，合理設(shè)計(jì)模具形狀結(jié)構(gòu)，注意特殊的減載結(jié)構(gòu)。D減少應(yīng)力集中：組合凸模結(jié)構(gòu)，組合凹模結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鑲套凹模。402熱作模具結(jié)構(gòu)與防護(hù)措施冷作模具主要是防止局部過載，熱作模具同樣也是，另外，熱作模具還要注意局部過熱問題。其毛坯材料是整體塑變。41第三節(jié) 模具材料對(duì)失效的影響 422-3-1模具材料選用原則及影響43被加工零件的批量：小批量、中批量、，大批量。被加工材料的性質(zhì)：如變形抗力、磨耗作用、咬合傾向及腐蝕性等。模具材料的性能及失效特點(diǎn)：通過分析模具的工作條件、失效形式，提出幾方面的性能

11、要求。443模具材料工作硬度的影響模具的早期失效，大多數(shù)是由于硬度過高而斷裂，少數(shù)是由于硬度偏低而變形、磨損。因而在一定條件下，存在著模具工作硬度的最佳值。模具的最佳工作硬度和模具的材料種類及具體的服役條件有關(guān)。對(duì)于無間隙沖載，生產(chǎn)上普遍采用“半硬凹模加全硬沖頭”硬度匹配。（單向剪切機(jī)理）453模具冶金質(zhì)量的影響46非金屬夾雜：可視為鋼中的類裂紋缺陷，易于成為裂紋源，降低鋼的疲勞強(qiáng)度和韌性，引起鋼的早期斷裂失效。經(jīng)鍛造加工后，非金屬夾雜物呈一定走向的流線分布。47碳化物偏析：過共析合金鋼和萊氏體鋼的組織中含有較多的合金碳化物。碳化物在結(jié)晶過程中呈不均勻結(jié)晶和析出，形成大塊狀、網(wǎng)狀或帶狀偏析，可

12、能成為裂紋源。經(jīng)鍛造加工后，可消除或改善。48中心疏松和白點(diǎn)：大截面模具中，易存在中心疏松和白點(diǎn)，易造成模具鍛造開裂，淬火開裂及服役中脆斷。 49第四節(jié) 模具毛坯的鍛造和預(yù)處理對(duì)失效的影響 501模具毛坯鍛造缺陷51鍛造的一般缺陷：表面缺陷有，裂紋、鱗皮、凹坑和折疊等；內(nèi)部缺陷有，過熱、過燒、疏松、組織偏析、流線分布不良等，可通過再鍛造鐓拔改善。碳化物形態(tài)和分布均勻性不良：大鍛造反復(fù)鐓拔改善。流線走向和分布不合理：再鍛造鐓拔改善。522模具毛坯的鍛造工藝53原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)和備料：要求表面沒有裂紋、折疊、內(nèi)部沒有氣孔、疏松、裂紋，并對(duì)碳化物、非金屬夾雜的分布進(jìn)行評(píng)級(jí)。鍛錘噸位的選擇：噸位過小鍛

13、打不透；噸位過大打擊過重。鍛造溫度區(qū)間和鍛后冷卻：結(jié)構(gòu)鋼鍛造溫度區(qū)間寬（400）；高合金鋼鍛造溫度區(qū)間窄（200）。54模具毛坯的鍛造方式：基本鍛造方式軸向鐓拔、橫向鐓拔、多向鐓拔；精密模具鍛造特點(diǎn)軸向鐓拔、多向鐓拔；重載模具鍛造特點(diǎn)橫向鐓拔、多向鐓拔、壓制型腔。553模具毛坯的預(yù)備熱處理用于消除鍛坯中的殘余應(yīng)力，鍛造組織的某些缺陷，改善切削性能，冷壓成形性能。56對(duì)切削加工的影響：取決于它的成分、組織和硬度。對(duì)淬火質(zhì)量的影響：很大程度取決于鋼中碳化物的形狀、尺寸、和分布的改善程度。模具毛坯預(yù)處理工藝主要有：正火、球化退火、低溫退火、調(diào)質(zhì)處理。高碳模具鋼球化退火；中碳模具鋼完全退火；低碳模具鋼

14、正火。57模具熱處理缺陷對(duì)失效影響 582-5-1模具熱處理的一般缺陷 592模具熱處理的變形及控制 60熱應(yīng)力及其所引起的變形：熱應(yīng)力模具在加熱和冷卻過程中，尤其是淬火冷卻時(shí)，由于表面和心部之間或不同截面尺寸和各部分之間的溫度差而引起的脹縮量不一致，從而在不同脹縮區(qū)之間產(chǎn)生相互牽制的應(yīng)力；熱應(yīng)力變形當(dāng)熱應(yīng)力的值超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生塑性變形。變形結(jié)果表現(xiàn)為脹大。61組織應(yīng)力及其所引起的變形：組織應(yīng)力模具鋼在熱處理時(shí)會(huì)發(fā)生相變，而不同的相組織有不同的比體積。模具在加熱和冷卻過程中，尤其是淬火冷卻時(shí)，由于不同部位達(dá)到相變溫度的時(shí)間不一致，相變不同時(shí)導(dǎo)致瞬時(shí)各部位的相組織不同，體積變化不等，從

15、而在不同相變區(qū)之間產(chǎn)生相互牽制的應(yīng)力。62組織應(yīng)力變形在組織應(yīng)力作用下，塑變抗力較小的奧氏體組織區(qū)將會(huì)產(chǎn)生塑性變形。變形結(jié)果表現(xiàn)為收縮。63相變引起的體積變化：模具鋼在熱處理時(shí)會(huì)發(fā)生相變，相變前后組織的比體積不同從而引起相組織體積的不同。其變化量與相變前后組織中相的組成、成分及相對(duì)量有關(guān)。64其變化與應(yīng)力變形有本質(zhì)不同。應(yīng)力變形有明顯的方向性，體積變化在各個(gè)方向上的尺寸變化率相同，沒有明顯的方向性；應(yīng)力變形隨著內(nèi)應(yīng)力重復(fù)作用（熱處理操作）的次數(shù)而增加，體積變化則不因重復(fù)相變而改變。變形結(jié)果表現(xiàn)為各向異性。65畸形變形：模具結(jié)構(gòu)的不規(guī)則和不對(duì)稱，在加熱或冷卻時(shí)會(huì)造成熱處理應(yīng)力不平衡，從而引起畸形

16、變形。它是復(fù)雜應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。66熱處理變形影響及其控制措施低碳鋼C小于0.25%中碳鋼C0.250.6%高碳鋼C大于0.6%67控制措施1合理設(shè)計(jì)和選材，2合理鍛造和預(yù)熱處理，3合理調(diào)整冷、熱加工工序，4合理制定熱處理工藝。低溫回火150250，中溫回火350500，高溫回火500600。681、碳素結(jié)構(gòu)鋼的變形規(guī)律及變形控制變形規(guī)律45鋼、50鋼，淬透性差，需要激烈的淬火冷卻，產(chǎn)生變形和開裂的傾向大。隨著含碳量的增加變形規(guī)律為：主導(dǎo)方向先增大、后縮小。Wc%=0.450.50%主導(dǎo)方向脹大最高峰；Wc%=1.0%主導(dǎo)方向脹縮接近零；Wc%1.20%主導(dǎo)方向趨收縮。其它方向伴隨著主導(dǎo)方向

17、的脹大而收縮或收縮而脹大。69變形影響因素模具的截面尺寸、淬火加熱溫度、淬火冷卻方法以及淬火后的回火處理等。控制措施：1模具的截面尺寸，2淬火加熱溫度，3淬火冷卻方法，4淬火后的回火處理，5加工余量和預(yù)處理。 702、碳素工具鋼的變形規(guī)律及變形控制 變形規(guī)律T8A、T10A、T12A，屬于低淬透性模具鋼，在激烈的淬火冷卻時(shí)，表現(xiàn)出熱應(yīng)力變形的特征。即在模具變形的主導(dǎo)方向產(chǎn)生收縮。71影響因素模具的截面尺寸、淬火加熱溫度、淬火冷卻方法以及淬火后的回火處理等?？衫糜绊懸蛩貋砜刂茻釕?yīng)力變形的影響?？刂拼胧?模具的截面尺寸（對(duì)過共析鋼T10A、T12A；對(duì)共析鋼T8A），2淬火加熱溫度（T10A、

18、T12A較低的淬火溫度；T8A適當(dāng)提高淬火溫度），3淬火冷卻方法，4回火。 723、低合金工具鋼的變形規(guī)律及變形控制 變形規(guī)律CrMn、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15等，淬透性好，淬火時(shí)不需要強(qiáng)烈冷卻，因而淬火應(yīng)力變形明顯減小，相變體積變化相對(duì)突出，淬火變形最終表現(xiàn)為在主導(dǎo)方向上趨向脹大。影響因素模具的截面尺寸、淬火加熱溫度、淬火冷卻方法以及淬火后的回火工藝等。73控制措施利用以上影響因素改變淬火組織中馬氏體的比體積和殘余奧氏體的量，是控制變形的主要措施。1淬火加熱溫度，不宜高，2淬火冷卻方法，分級(jí)淬火或等溫淬火，3淬火后回火處理， 744、高碳高鉻鋼的變形規(guī)律及變形控制 變形規(guī)律高碳高鉻鋼Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV等具有很高的淬透性，淬火時(shí)不需要很高的快速冷卻。產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小。這種鋼含有大量的碳化物，可通過調(diào)節(jié)淬火加熱溫度使奧氏體中的碳和合金元素濃度在較大的范圍內(nèi)變化，淬火后得到不同比體積的馬氏體和不同量的殘余奧氏體，從而能控制熱處理變形，因而稱這類鋼為微變形模具鋼。75影響因素及控制措施：1淬火加熱溫度，提高淬