常見模具失效形式及機理課件

常見模具失效形式及機理2022/11/7常見模具失效形式及機理常見模具失效形式及機理2022/11/2常見模具失效形式及機1失效的分類研究失效的目的不同，常用的分類方法有兩種：按經(jīng)濟法觀點分類和按失效的形式及失效機理分類1.按經(jīng)濟法觀點分類失效正常損耗失效產(chǎn)品缺陷失效誤用失效受累性失效常見模具失效形式及機理失效的分類研究失效的目的不同，常用的分類方法有兩種：按經(jīng)濟法2按失效的形式及失效機理分類失效過量變形失效斷裂失效模具局部斷裂示意圖表面損傷失效過量彈性變形失效過量塑性變形失效,模具的塑性變形蠕變超限韌性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂蠕變斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂表面磨損失效表面腐蝕失效接觸疲勞失效常見模具失效形式及機理按失效的形式及失效機理分類失效過量變形失效斷裂失效模具局部31、表面損傷失效表面損傷失效

(磨損失效）實際生產(chǎn)中使用的模具種類繁多，工作狀態(tài)差別很大，失效的形式及機理各不相同。磨粒磨損粘著磨損疲勞磨損其它磨損氣蝕磨損沖蝕磨損腐蝕磨損找出失效原因，并提出防護措施常見模具失效形式及機理1、表面損傷失效表面損傷失效

(磨損失效）實際生產(chǎn)中使用的模41、表面損傷失效由于表面的相對運動，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱為磨損。當(dāng)磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或改變了模具表面狀態(tài)使其不能繼續(xù)服役時，稱為磨損失效。常見模具失效形式及機理1、表面損傷失效由于表面的相對運動，從接觸表面逐漸失5常見模具失效形式及機理常見模具失效形式及機理6磨粒磨損機理示意圖(一)磨粒磨損什么叫磨粒磨損？外來硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面脫落的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理磨粒磨損機理示意圖(一)磨粒磨損什么叫磨粒磨損？外來硬質(zhì)7(一)磨粒磨損磨料磨損形成機理磨料磨損與其他磨損形式在形成機制方面有顯著的不同，發(fā)生磨料磨損時，材料首先受磨料切削，并發(fā)生塑變和疲勞現(xiàn)象，形成切削，最終從表面除去。常見模具失效形式及機理(一)磨粒磨損磨料磨損形成機理常見模具失效形式及機理8(一)磨粒磨損（1）高應(yīng)力鑿削磨損：所謂高應(yīng)力是指磨料在與工件接觸時產(chǎn)生的應(yīng)力已經(jīng)超過了磨料本身的破斷強度。在此情況下，磨粒接觸處集中的壓應(yīng)力，使金屬表面受到切削并產(chǎn)生塑性變形和疲勞以及硬質(zhì)相的開裂而造成材料磨損。（2）低應(yīng)力劃傷磨損：是指磨料本身的強度超過磨料與工件之間的接觸應(yīng)力，在磨損過程中磨料不發(fā)生破碎的情況。磨料一般沿工件表面平移，金屬表面被劃傷，但由于正向壓力較低，劃痕較淺。常見模具失效形式及機理(一)磨粒磨損（1）高應(yīng)力鑿削磨損：所謂高應(yīng)力是指磨料在9影響磨粒磨損的因素●磨粒硬度Hm與模具材料硬度H0●磨粒的大小和形狀●模具與工件表面壓力●磨粒尺寸與工件厚度的相對比值提高磨粒磨損的措施●提高模具材料的硬度●進行表面耐磨處理●采用防護措施常見模具失效形式及機理影響磨粒磨損的因素●磨粒硬度Hm與模具材料硬度H0●磨粒的大10粘著磨損機理示意圖(二)粘著磨損（咬合磨損）什么叫粘著磨損？工件與模具表面相對運動時，由于表面凹凸不平，粘著的節(jié)點發(fā)生剪切斷裂，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理粘著磨損機理示意圖(二)粘著磨損（咬合磨損）什么叫粘著磨11粘著磨損分類磨損嚴(yán)重程度輕微粘著磨損（氧化磨損）嚴(yán)重粘著磨損涂抹擦傷撕脫咬死影響粘著磨損的因素●材料性質(zhì)●表面壓力●材料硬度提高粘著磨損的措施●合理選擇潤滑劑●進行表面強化處理常見模具失效形式及機理粘著磨損分類磨損嚴(yán)重程度輕微粘著磨損（氧化磨損）嚴(yán)重粘著磨損12疲勞磨損機理(三)疲勞磨損什么叫疲勞磨損？兩接觸面相對運動時，在循環(huán)（交變）應(yīng)力（機械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使表層金屬脫落的現(xiàn)象。表面或亞表面經(jīng)外力反復(fù)作用一定周期表面產(chǎn)生局部的塑性變形和加工硬化某些組織不均勻處由于應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋源裂紋源擴展到表面或與縱向裂紋相交磨損剝落常見模具失效形式及機理疲勞磨損機理(三)疲勞磨損什么叫疲勞磨損？兩接觸面相對13影響疲勞磨損的因素●硬度●材質(zhì)●表面粗糙度在無外加機械應(yīng)力的條件下，由于外部溫度的漲落使零件內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變，由此導(dǎo)致的裂紋和斷裂叫做熱疲勞失效。在熱疲勞條件下，有兩種方式可使零件產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變：（1）受熱循環(huán)的零件因相鄰零件的約束而不能自由的膨脹或收縮。（2）零件在壁厚或長度方向因快速加熱或冷卻而產(chǎn)生溫度差，高溫區(qū)的膨脹受低溫區(qū)的約束，反之亦然。常見模具失效形式及機理影響疲勞磨損的因素●硬度●材質(zhì)●表面粗糙度在無外加機械應(yīng)力的14氣蝕磨損機理(四)氣蝕磨損和沖蝕磨損什么叫氣蝕磨損？金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成小麻點和凹坑的現(xiàn)象。局部氣壓低于蒸汽壓形成氣泡或液體中析出的氣泡流到高壓區(qū)氣泡破裂模具淺表層產(chǎn)生疲勞裂紋形成泡沫海綿狀空穴產(chǎn)生高溫和極大沖擊力反復(fù)作用局部金屬脫離表面或氣化擴展至表面容易發(fā)生氣蝕磨損的模具：注塑模、壓鑄模固體表面常見模具失效形式及機理氣蝕磨損機理(四)氣蝕磨損和沖蝕磨損什么叫氣蝕磨損？金15沖蝕磨損機理什么叫沖蝕磨損？液體和固體微小顆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，形成麻點和凹坑的現(xiàn)象?！袼俣炔桓叩姆磸?fù)撞擊產(chǎn)生疲勞裂紋，形成麻點和凹坑●強烈撞擊造成局部材料斷裂常見模具失效形式及機理沖蝕磨損機理什么叫沖蝕磨損？液體和固體微小顆粒高速落到模具表16腐蝕磨損機理(五)腐蝕磨損什么叫腐蝕磨損？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)，再加上摩擦力機械作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象。模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)腐蝕磨損分類氧化磨損：純凈金屬瞬間即與空氣中的氧起反應(yīng)而生成單分子層的氧化膜，且膜的厚度逐漸增長，增長的速度隨時間以指數(shù)規(guī)律減小，當(dāng)形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可見氧化磨損是由氧化和機械磨損兩個作用相繼進行的過程。特殊介質(zhì)腐蝕磨損：在摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕的情況下而產(chǎn)生的磨損，稱為殊殊介質(zhì)腐蝕磨損。

常見模具失效形式及機理腐蝕磨損機理(五)腐蝕磨損什么叫腐蝕磨損？在摩擦過程中17小結(jié)磨損是機械零件常見的一種失效形式，總是從零件表面開始發(fā)生。各種磨損的過程和機理不同，因此其預(yù)防措施也不同。提高零件表面硬度，合理設(shè)計減小壓應(yīng)力，以及提高表面光潔度等對降低磨損都有利。常見模具失效形式及機理小結(jié)磨損是機械零件常見的一種失效形式，總是從零件表面開始發(fā)生182斷裂失效斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和屬部分，喪失服役能力時，稱為斷裂失效。常見模具失效形式及機理2斷裂失效斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和屬部分19TITANIC:沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic近代船用鋼板常見模具失效形式及機理TITANIC:沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic近20模具局部斷裂示意圖返回常見模具失效形式及機理模具局部斷裂示意圖返回常見模具失效形式及機理21整體斷裂折斷劈裂常見模具失效形式及機理整體斷裂折斷劈裂常見模具失效形式及機理22斷裂韌性工程上有時會出現(xiàn)材料在遠(yuǎn)低于σb的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。如1943年1月美國一艘T-2油船停泊在裝貨碼頭時斷成兩半，計算的甲板應(yīng)力為7kg/mm2，遠(yuǎn)低于σb（30-40kg/mm2）。1958,美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動機殼體在實驗時發(fā)生爆炸，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)破壞的原因是材料中存在0.1-1mm的裂紋并擴展所致。斷裂力學(xué)認(rèn)為，材料中存在缺陷是絕對的，常見的缺陷是裂紋。在應(yīng)力的作用下，這些裂紋將發(fā)生擴展，一旦擴展失穩(wěn)，便會發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴展的能力稱為斷裂韌性。常見模具失效形式及機理斷裂韌性常見模具失效形式及機理23

油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)。

1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈裂紋擴展的基本形式常見模具失效形式及機理油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)。24斷裂的分類及其特征常見模具失效形式及機理斷裂的分類及其特征常見模具失效形式及機理25晶體結(jié)構(gòu)晶體點陣（晶格）晶體結(jié)構(gòu)的幾個基本概念空間點陣:(Lattice)為了便于研究晶體中原子分子或離子的排列情況,近似的將晶體看成無錯排的理想晶體,忽視其物質(zhì)性抽象排列于空間的無數(shù)集合點,這些點代表原子(分子或離子)的中心,也可是彼此等同的原子群或分子群的中心,各點的周圍環(huán)境相同,這些點的空間排列稱為空間點陣,簡稱點陣常見模具失效形式及機理晶體結(jié)構(gòu)晶26線缺陷（位錯）點缺陷常見模具失效形式及機理線缺陷（位錯）點缺陷常見模具失效形式及機理27從原子點看位錯運動從線角度看位錯運動常見模具失效形式及機理從原子點看位錯運動從線角度看位錯運動常見模具失效形式及機理28穿晶斷裂原理(一)一次性斷裂1、穿晶斷裂因拉力作用而引起的解理斷裂（沿特定晶面的斷裂）?！裎诲e反應(yīng)理論●位錯塞積理論σσ塞積理論(001)(101)σσσσc體心立方晶體中位錯反應(yīng)示意圖常見模具失效形式及機理穿晶斷裂原理(一)一次性斷裂1、穿晶斷裂因拉力作用而引29注意：高溫下解理裂紋不易形成；低溫下易形成解理裂紋。2、沿晶斷裂裂紋沿晶界面擴展而造成金屬材料的脆斷?！耠s質(zhì)元素偏聚造成的沿晶斷裂●晶界沿沉淀相造成的沿晶斷裂材料本身的沉淀相或雜質(zhì)元素偏聚晶界弱化沿晶裂紋環(huán)境介質(zhì)或高溫的促進作用常見模具失效形式及機理注意：高溫下解理裂紋不易形成；2、沿晶斷裂裂紋沿晶界面擴展而30疲勞裂紋的萌生(二)疲勞斷裂疲勞斷裂：模具在循環(huán)載荷的作用下服役一段時間后所引起的斷裂?！裱鼐Ы缑壬鸭y●表面不均勻變形萌生裂紋●沿夾雜物和第二相萌生微裂紋在無外加機械應(yīng)力的條件下，由于外部溫度的漲落使零件內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變，由此導(dǎo)致的裂紋和斷裂叫做熱疲勞失效。在熱疲勞條件下，有兩種方式可使零件產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變：（1）受熱循環(huán)的零件因相鄰零件的約數(shù)而不能自由的膨脹或收縮。（2）零件在壁厚或長度方向因快速加熱或冷卻而產(chǎn)生溫度差，高溫區(qū)的膨脹受低溫區(qū)的約數(shù)，反之亦然。常見模具失效形式及機理疲勞裂紋的萌生(二)疲勞斷裂疲勞斷裂：模具在循環(huán)載荷的31疲勞裂紋擴展速率疲勞裂紋擴展●裂紋擴展第二階段●裂紋擴展第一階段滑移面的取向與拉應(yīng)力軸呈45o角，擴展深度一般為幾微米到100微米A：經(jīng)一個加載-卸載循環(huán)后裂紋向前擴展長度C、m：材料常數(shù)N：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)ΔK：應(yīng)力強度因子振幅常見模具失效形式及機理疲勞裂紋擴展速率疲勞裂紋擴展●裂紋擴展第二階段●裂紋擴展第一32估計模具承載能力(三)斷裂力學(xué)在模具失效分析中的作用估計模具剩余壽命利用探傷手段測得裂紋尺寸后，利用公式根據(jù)材料性能，可求出相應(yīng)的臨界應(yīng)力指導(dǎo)修模工藝常見模具失效形式及機理估計模具承載能力(三)斷裂力學(xué)在模具失效分析中的作用估33(四)影響斷裂失效的主要因素模具表面形狀模具材料常見模具失效形式及機理(四)影響斷裂失效的主要因素模具表面形狀模具材料常見模343模具的過量變形失效

1.過量彈性變形失效模具在使用過程中，產(chǎn)生的彈性變形量超過模具匹配所允許的數(shù)值，使得成型的工件尺寸或成型精度不能滿足要求而不能服役的現(xiàn)象。2.塑性變形失效由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理3模具的過量變形失效

1.過量彈性變形失效常見模具失效形35塑性變形失效及多種失效形式的交互作用（一）塑性變形失效表現(xiàn)形式為：塌陷、彎曲、鐓粗等。常見模具失效形式及機理塑性變形失效及多種失效形式的交互作用（一）塑性變形失效表現(xiàn)形36模具的塑性變形沖頭彎曲沖頭鐓粗凹模模口脹大凹模的塌陷常見模具失效形式及機理模具的塑性變形沖頭彎曲沖頭鐓粗凹模?？诿洿蟀寄５乃莩Ｒ娔＞?7塑性變形失效機理●室溫下，機械負(fù)荷和模具的室溫強度模具某部位所受的應(yīng)力超過了當(dāng)時溫度下模具材料的屈服強度，會以滑移、孿晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生塑性變形，造成模具失效。產(chǎn)生塑性變形的主導(dǎo)因素：●高溫下，模具的工作溫度和材料的高溫強度常見模具失效形式及機理塑性變形失效機理●室溫下，機械負(fù)荷和模具的室溫強度模具某部位38(二)多種失效形式的交互作用●磨損對斷裂及塑性變形的促進作用●塑性變形對磨損和斷裂的促進作用常見模具失效形式及機理(二)多種失效形式的交互作用●磨損對斷裂及塑性變形的促39一冷作模具的服役條件及失效形式冷作模具是指在常溫下對材料進行壓力加工或其他加工所使用的模具。冷作模具冷沖裁模冷拉深模冷擠壓模冷鐓模冷作模具都是在常溫下對工件材料施力，使其產(chǎn)生分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的成品或半成品件。常見模具失效形式及機理一冷作模具的服役條件及失效形式冷作模具是指在常溫下對40冷沖模具工作對象是金屬或非金屬板材依靠冷沖模具的刃口完成冷沖壓加工中的分離工序。1.冷沖裁模冷沖模具的主要工作部位凸模（沖頭）和凹模的刃口，靠它們對板料施加壓力，使其產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和分離過程。冷沖模具的最常見的失效形式是模具刃口的磨損，厚板沖裁模還會塑性變形、斷裂或崩刃。凸模（沖頭）承受壓力同時還要承受沖擊力、剪切力和彎曲力的作用。凹模的刃口端面和側(cè)面承受擠壓和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理冷沖模具工作對象是金屬或非金屬板材依靠冷沖模具的刃口完成冷沖41模具刃口的損傷過程①初期磨損階段(局部塑變)②穩(wěn)定磨損階段（塑變強化）③急劇磨損階段（疲勞剝落）常見模具失效形式及機理模具刃口的損傷過程常見模具失效形式及機理422.冷拉深模依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得一定尺寸、形狀的產(chǎn)品。最常見的失效形式是磨損（粘著磨損、磨粒磨損），有時還會產(chǎn)生咬合、擦傷、變形等失效形式。承受的沖擊力不大，受到摩擦力十分強烈。凸模承受壓力和摩擦力；凹模承受徑向張力和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理2.冷拉深模依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得一定尺寸、形433.冷鐓模冷鐓模是在沖擊力作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)鐓粗成型的冷作模具，主要用來加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。最常見的失效形式是磨損失效和疲勞斷裂失效。在室溫條件下工作，塑性變形大，工作環(huán)境差，凸模承受巨大的沖擊力和摩擦力；凹模承受脹力和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理3.冷鐓模冷鐓模是在沖擊力作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)444.冷擠壓模依靠模具使金屬坯料在強大而均勻的近似靜擠壓力的作用下，產(chǎn)生塑性變形流動而形成產(chǎn)品主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、凸模折斷失效、疲勞斷裂失效及縱向開裂失效，有時還會產(chǎn)生脹裂失效（凹模）。在進行冷擠壓加工時，模具承受強大的擠壓力（如正擠壓鋼材時，擠壓力約為2000～2500MPa），同時產(chǎn)生很大的摩擦力，由于摩擦和變形，模具的局部表面溫度可達(dá)400℃以上。此外由于金屬坯料不平整，凸模和凹模之間的間隙不均勻和中心線不一致，還會偏載或橫向彎曲載荷。常見模具失效形式及機理4.冷擠壓模依靠模具使金屬坯料在強大而均勻的近似靜擠壓力的作45二熱作模具的服役條件及失效形式錘鍛模在服役時不僅要承受沖擊力和摩擦力的作用，還要承受很大的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用，同時受到交替的加熱和冷卻的作用。失效形式比冷作模具復(fù)雜。熱作模具錘鍛模壓力機鍛模熱擠壓模熱沖裁模壓鑄模熱作模具是指將金屬坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上進行壓力加工的模具。主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、冷熱疲勞斷裂失效等。常見模具失效形式及機理二熱作模具的服役條件及失效形式錘鍛模在服役時不僅要承受沖46

1、錘鍛模（錘鍛模的工作條件）

（1）模具的受力

①沖擊力

②壓力

③內(nèi)應(yīng)力

（2）模具的受熱

①鍛前預(yù)熱

②與坯料接觸的熱

③變形熱和摩擦熱

（3）模具的冷卻

為減輕錘鍛模熱負(fù)荷，在工作間歇，對模具進行冷卻。

由于加熱冷卻作用，易于產(chǎn)生熱疲勞。

（4）型腔表面摩擦

被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動，將對型腔表面產(chǎn)生摩擦作用。

常見模具失效形式及機理

1、錘鍛模（錘鍛模的工作條件）

（1）模具的受力

471、錘鍛?；臼问剑海?）型腔部分的模壁斷裂按斷裂性質(zhì)：脆性斷裂和疲勞斷裂。脆性斷裂：在很大沖擊載荷下，在型腔部分受拉應(yīng)力較大薄弱處產(chǎn)生裂紋，從而斷裂。疲勞斷裂：模具承受多次鍛擊后發(fā)生的斷裂。（2）型腔表面的熱疲勞熱疲勞指熱作模具在循環(huán)熱應(yīng)力的反復(fù)作用下所產(chǎn)生的熱疲勞裂紋或破壞的現(xiàn)象。（3）型腔表面的磨損（4）模具型腔的塑性變形發(fā)生在模具型腔中受力大、受熱溫升高的部位。與坯料的變形速度和變形抗力有關(guān)。常見模具失效形式及機理1、錘鍛?；臼问剑撼Ｒ娔＞呤问郊皺C理482、壓力機鍛模壓力機鍛模主要承受靜壓力和熱應(yīng)力，還受到氧化腐蝕。失效形式：脆性斷裂失效、冷熱疲勞失效、塑性變形失效、磨損失效、模具型腔表面氧化腐蝕失效。常見模具失效形式及機理2、壓力機鍛模壓力機鍛模常見模具失效形式及機理493、熱擠壓模熱擠壓模工作時，承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時承受一定的拉應(yīng)力，受熱溫度較高，如在擠壓銅合金和結(jié)構(gòu)鋼時，模具型腔的溫度可達(dá)600～800℃，后還要進行冷卻。熱擠壓模是使被加熱金屬坯料在高溫壓力下成形。主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、冷熱疲勞斷裂失效及模具型腔表面的氧化磨損失效等。常見模具失效形式及機理3、熱擠壓模熱擠壓模工作時，承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時承504、熱沖裁模熱沖裁模主要是用于沖切模鍛件的飛邊和連皮的模具，由凸模和凹模組成。失效形式：刃口的熱磨損失效、崩刃失效、卷邊失效、斷裂失效。常見模具失效形式及機理4、熱沖裁模熱沖裁模常見模具失效形式及機理51壓鑄模具的型腔表面要承受液態(tài)金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用，每次壓鑄件脫模后還要對模具的型腔表面進行冷卻和潤滑，而使模具承受急冷、急熱作用。熱作模具工作時既承受機械載荷，又承受熱載荷，且在循環(huán)狀態(tài)下工作。5、壓鑄模主要的失效形式是磨損失效、粘模失效、侵蝕失效、冷熱疲勞等。常見模具失效形式及機理壓鑄模具的型腔表面要承受液態(tài)金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用52三塑料模的服役條件及失效形式塑料模是用于成型塑料制品的模具。塑料模注射模壓縮模擠出模氣動成型模塑料模按成型固化不同可分為：壓注模根據(jù)成型方法的不同，塑料?？煞譃椋核芰夏峁绦猿尚退芰夏崴苄猿尚退芰夏３Ｒ娔＞呤问郊皺C理三塑料模的服役條件及失效形式塑料模是用于成型塑料制品的模53熱固性塑料模工作溫度為150~250℃，工作壓力約為2000～8000MPa，物料以固體粉末狀態(tài)或預(yù)制坯料狀態(tài)進入模具型腔。受力大、易磨損、受熱、有時腐蝕。熱塑性塑料模工作溫度為150~250℃，工作壓力約為2000～6000MPa，物料以粘流狀態(tài)進入模具型腔。受壓、易磨損、受熱、有時腐蝕，但不嚴(yán)重。主要的失效形式是磨損失效、腐蝕失效、塑性變形失效、斷裂失效、疲勞磨損失效等。常見模具失效形式及機理熱固性塑料模工作溫度為150~250℃，工作壓力約為200054演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/11/7常見模具失效形式及機理演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew55常見模具失效形式及機理2022/11/7常見模具失效形式及機理常見模具失效形式及機理2022/11/2常見模具失效形式及機56失效的分類研究失效的目的不同，常用的分類方法有兩種：按經(jīng)濟法觀點分類和按失效的形式及失效機理分類1.按經(jīng)濟法觀點分類失效正常損耗失效產(chǎn)品缺陷失效誤用失效受累性失效常見模具失效形式及機理失效的分類研究失效的目的不同，常用的分類方法有兩種：按經(jīng)濟法57按失效的形式及失效機理分類失效過量變形失效斷裂失效模具局部斷裂示意圖表面損傷失效過量彈性變形失效過量塑性變形失效,模具的塑性變形蠕變超限韌性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂蠕變斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂表面磨損失效表面腐蝕失效接觸疲勞失效常見模具失效形式及機理按失效的形式及失效機理分類失效過量變形失效斷裂失效模具局部581、表面損傷失效表面損傷失效

(磨損失效）實際生產(chǎn)中使用的模具種類繁多，工作狀態(tài)差別很大，失效的形式及機理各不相同。磨粒磨損粘著磨損疲勞磨損其它磨損氣蝕磨損沖蝕磨損腐蝕磨損找出失效原因，并提出防護措施常見模具失效形式及機理1、表面損傷失效表面損傷失效

(磨損失效）實際生產(chǎn)中使用的模591、表面損傷失效由于表面的相對運動，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱為磨損。當(dāng)磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或改變了模具表面狀態(tài)使其不能繼續(xù)服役時，稱為磨損失效。常見模具失效形式及機理1、表面損傷失效由于表面的相對運動，從接觸表面逐漸失60常見模具失效形式及機理常見模具失效形式及機理61磨粒磨損機理示意圖(一)磨粒磨損什么叫磨粒磨損？外來硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面脫落的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理磨粒磨損機理示意圖(一)磨粒磨損什么叫磨粒磨損？外來硬質(zhì)62(一)磨粒磨損磨料磨損形成機理磨料磨損與其他磨損形式在形成機制方面有顯著的不同，發(fā)生磨料磨損時，材料首先受磨料切削，并發(fā)生塑變和疲勞現(xiàn)象，形成切削，最終從表面除去。常見模具失效形式及機理(一)磨粒磨損磨料磨損形成機理常見模具失效形式及機理63(一)磨粒磨損（1）高應(yīng)力鑿削磨損：所謂高應(yīng)力是指磨料在與工件接觸時產(chǎn)生的應(yīng)力已經(jīng)超過了磨料本身的破斷強度。在此情況下，磨粒接觸處集中的壓應(yīng)力，使金屬表面受到切削并產(chǎn)生塑性變形和疲勞以及硬質(zhì)相的開裂而造成材料磨損。（2）低應(yīng)力劃傷磨損：是指磨料本身的強度超過磨料與工件之間的接觸應(yīng)力，在磨損過程中磨料不發(fā)生破碎的情況。磨料一般沿工件表面平移，金屬表面被劃傷，但由于正向壓力較低，劃痕較淺。常見模具失效形式及機理(一)磨粒磨損（1）高應(yīng)力鑿削磨損：所謂高應(yīng)力是指磨料在64影響磨粒磨損的因素●磨粒硬度Hm與模具材料硬度H0●磨粒的大小和形狀●模具與工件表面壓力●磨粒尺寸與工件厚度的相對比值提高磨粒磨損的措施●提高模具材料的硬度●進行表面耐磨處理●采用防護措施常見模具失效形式及機理影響磨粒磨損的因素●磨粒硬度Hm與模具材料硬度H0●磨粒的大65粘著磨損機理示意圖(二)粘著磨損（咬合磨損）什么叫粘著磨損？工件與模具表面相對運動時，由于表面凹凸不平，粘著的節(jié)點發(fā)生剪切斷裂，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理粘著磨損機理示意圖(二)粘著磨損（咬合磨損）什么叫粘著磨66粘著磨損分類磨損嚴(yán)重程度輕微粘著磨損（氧化磨損）嚴(yán)重粘著磨損涂抹擦傷撕脫咬死影響粘著磨損的因素●材料性質(zhì)●表面壓力●材料硬度提高粘著磨損的措施●合理選擇潤滑劑●進行表面強化處理常見模具失效形式及機理粘著磨損分類磨損嚴(yán)重程度輕微粘著磨損（氧化磨損）嚴(yán)重粘著磨損67疲勞磨損機理(三)疲勞磨損什么叫疲勞磨損？兩接觸面相對運動時，在循環(huán)（交變）應(yīng)力（機械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使表層金屬脫落的現(xiàn)象。表面或亞表面經(jīng)外力反復(fù)作用一定周期表面產(chǎn)生局部的塑性變形和加工硬化某些組織不均勻處由于應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋源裂紋源擴展到表面或與縱向裂紋相交磨損剝落常見模具失效形式及機理疲勞磨損機理(三)疲勞磨損什么叫疲勞磨損？兩接觸面相對68影響疲勞磨損的因素●硬度●材質(zhì)●表面粗糙度在無外加機械應(yīng)力的條件下，由于外部溫度的漲落使零件內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變，由此導(dǎo)致的裂紋和斷裂叫做熱疲勞失效。在熱疲勞條件下，有兩種方式可使零件產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變：（1）受熱循環(huán)的零件因相鄰零件的約束而不能自由的膨脹或收縮。（2）零件在壁厚或長度方向因快速加熱或冷卻而產(chǎn)生溫度差，高溫區(qū)的膨脹受低溫區(qū)的約束，反之亦然。常見模具失效形式及機理影響疲勞磨損的因素●硬度●材質(zhì)●表面粗糙度在無外加機械應(yīng)力的69氣蝕磨損機理(四)氣蝕磨損和沖蝕磨損什么叫氣蝕磨損？金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成小麻點和凹坑的現(xiàn)象。局部氣壓低于蒸汽壓形成氣泡或液體中析出的氣泡流到高壓區(qū)氣泡破裂模具淺表層產(chǎn)生疲勞裂紋形成泡沫海綿狀空穴產(chǎn)生高溫和極大沖擊力反復(fù)作用局部金屬脫離表面或氣化擴展至表面容易發(fā)生氣蝕磨損的模具：注塑模、壓鑄模固體表面常見模具失效形式及機理氣蝕磨損機理(四)氣蝕磨損和沖蝕磨損什么叫氣蝕磨損？金70沖蝕磨損機理什么叫沖蝕磨損？液體和固體微小顆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，形成麻點和凹坑的現(xiàn)象。●速度不高的反復(fù)撞擊產(chǎn)生疲勞裂紋，形成麻點和凹坑●強烈撞擊造成局部材料斷裂常見模具失效形式及機理沖蝕磨損機理什么叫沖蝕磨損？液體和固體微小顆粒高速落到模具表71腐蝕磨損機理(五)腐蝕磨損什么叫腐蝕磨損？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)，再加上摩擦力機械作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象。模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)腐蝕磨損分類氧化磨損：純凈金屬瞬間即與空氣中的氧起反應(yīng)而生成單分子層的氧化膜，且膜的厚度逐漸增長，增長的速度隨時間以指數(shù)規(guī)律減小，當(dāng)形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可見氧化磨損是由氧化和機械磨損兩個作用相繼進行的過程。特殊介質(zhì)腐蝕磨損：在摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕的情況下而產(chǎn)生的磨損，稱為殊殊介質(zhì)腐蝕磨損。

常見模具失效形式及機理腐蝕磨損機理(五)腐蝕磨損什么叫腐蝕磨損？在摩擦過程中72小結(jié)磨損是機械零件常見的一種失效形式，總是從零件表面開始發(fā)生。各種磨損的過程和機理不同，因此其預(yù)防措施也不同。提高零件表面硬度，合理設(shè)計減小壓應(yīng)力，以及提高表面光潔度等對降低磨損都有利。常見模具失效形式及機理小結(jié)磨損是機械零件常見的一種失效形式，總是從零件表面開始發(fā)生732斷裂失效斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和屬部分，喪失服役能力時，稱為斷裂失效。常見模具失效形式及機理2斷裂失效斷裂失效模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和屬部分74TITANIC:沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic近代船用鋼板常見模具失效形式及機理TITANIC:沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic近75模具局部斷裂示意圖返回常見模具失效形式及機理模具局部斷裂示意圖返回常見模具失效形式及機理76整體斷裂折斷劈裂常見模具失效形式及機理整體斷裂折斷劈裂常見模具失效形式及機理77斷裂韌性工程上有時會出現(xiàn)材料在遠(yuǎn)低于σb的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。如1943年1月美國一艘T-2油船停泊在裝貨碼頭時斷成兩半，計算的甲板應(yīng)力為7kg/mm2，遠(yuǎn)低于σb（30-40kg/mm2）。1958,美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動機殼體在實驗時發(fā)生爆炸，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)破壞的原因是材料中存在0.1-1mm的裂紋并擴展所致。斷裂力學(xué)認(rèn)為，材料中存在缺陷是絕對的，常見的缺陷是裂紋。在應(yīng)力的作用下，這些裂紋將發(fā)生擴展，一旦擴展失穩(wěn)，便會發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴展的能力稱為斷裂韌性。常見模具失效形式及機理斷裂韌性常見模具失效形式及機理78

油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)。

1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈裂紋擴展的基本形式常見模具失效形式及機理油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)。79斷裂的分類及其特征常見模具失效形式及機理斷裂的分類及其特征常見模具失效形式及機理80晶體結(jié)構(gòu)晶體點陣（晶格）晶體結(jié)構(gòu)的幾個基本概念空間點陣:(Lattice)為了便于研究晶體中原子分子或離子的排列情況,近似的將晶體看成無錯排的理想晶體,忽視其物質(zhì)性抽象排列于空間的無數(shù)集合點,這些點代表原子(分子或離子)的中心,也可是彼此等同的原子群或分子群的中心,各點的周圍環(huán)境相同,這些點的空間排列稱為空間點陣,簡稱點陣常見模具失效形式及機理晶體結(jié)構(gòu)晶81線缺陷（位錯）點缺陷常見模具失效形式及機理線缺陷（位錯）點缺陷常見模具失效形式及機理82從原子點看位錯運動從線角度看位錯運動常見模具失效形式及機理從原子點看位錯運動從線角度看位錯運動常見模具失效形式及機理83穿晶斷裂原理(一)一次性斷裂1、穿晶斷裂因拉力作用而引起的解理斷裂（沿特定晶面的斷裂）。●位錯反應(yīng)理論●位錯塞積理論σσ塞積理論(001)(101)σσσσc體心立方晶體中位錯反應(yīng)示意圖常見模具失效形式及機理穿晶斷裂原理(一)一次性斷裂1、穿晶斷裂因拉力作用而引84注意：高溫下解理裂紋不易形成；低溫下易形成解理裂紋。2、沿晶斷裂裂紋沿晶界面擴展而造成金屬材料的脆斷。●雜質(zhì)元素偏聚造成的沿晶斷裂●晶界沿沉淀相造成的沿晶斷裂材料本身的沉淀相或雜質(zhì)元素偏聚晶界弱化沿晶裂紋環(huán)境介質(zhì)或高溫的促進作用常見模具失效形式及機理注意：高溫下解理裂紋不易形成；2、沿晶斷裂裂紋沿晶界面擴展而85疲勞裂紋的萌生(二)疲勞斷裂疲勞斷裂：模具在循環(huán)載荷的作用下服役一段時間后所引起的斷裂?！裱鼐Ы缑壬鸭y●表面不均勻變形萌生裂紋●沿夾雜物和第二相萌生微裂紋在無外加機械應(yīng)力的條件下，由于外部溫度的漲落使零件內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變，由此導(dǎo)致的裂紋和斷裂叫做熱疲勞失效。在熱疲勞條件下，有兩種方式可使零件產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)變：（1）受熱循環(huán)的零件因相鄰零件的約數(shù)而不能自由的膨脹或收縮。（2）零件在壁厚或長度方向因快速加熱或冷卻而產(chǎn)生溫度差，高溫區(qū)的膨脹受低溫區(qū)的約數(shù)，反之亦然。常見模具失效形式及機理疲勞裂紋的萌生(二)疲勞斷裂疲勞斷裂：模具在循環(huán)載荷的86疲勞裂紋擴展速率疲勞裂紋擴展●裂紋擴展第二階段●裂紋擴展第一階段滑移面的取向與拉應(yīng)力軸呈45o角，擴展深度一般為幾微米到100微米A：經(jīng)一個加載-卸載循環(huán)后裂紋向前擴展長度C、m：材料常數(shù)N：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)ΔK：應(yīng)力強度因子振幅常見模具失效形式及機理疲勞裂紋擴展速率疲勞裂紋擴展●裂紋擴展第二階段●裂紋擴展第一87估計模具承載能力(三)斷裂力學(xué)在模具失效分析中的作用估計模具剩余壽命利用探傷手段測得裂紋尺寸后，利用公式根據(jù)材料性能，可求出相應(yīng)的臨界應(yīng)力指導(dǎo)修模工藝常見模具失效形式及機理估計模具承載能力(三)斷裂力學(xué)在模具失效分析中的作用估88(四)影響斷裂失效的主要因素模具表面形狀模具材料常見模具失效形式及機理(四)影響斷裂失效的主要因素模具表面形狀模具材料常見模893模具的過量變形失效

1.過量彈性變形失效模具在使用過程中，產(chǎn)生的彈性變形量超過模具匹配所允許的數(shù)值，使得成型的工件尺寸或成型精度不能滿足要求而不能服役的現(xiàn)象。2.塑性變形失效由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn)象。常見模具失效形式及機理3模具的過量變形失效

1.過量彈性變形失效常見模具失效形90塑性變形失效及多種失效形式的交互作用（一）塑性變形失效表現(xiàn)形式為：塌陷、彎曲、鐓粗等。常見模具失效形式及機理塑性變形失效及多種失效形式的交互作用（一）塑性變形失效表現(xiàn)形91模具的塑性變形沖頭彎曲沖頭鐓粗凹模模口脹大凹模的塌陷常見模具失效形式及機理模具的塑性變形沖頭彎曲沖頭鐓粗凹模?？诿洿蟀寄５乃莩Ｒ娔＞?2塑性變形失效機理●室溫下，機械負(fù)荷和模具的室溫強度模具某部位所受的應(yīng)力超過了當(dāng)時溫度下模具材料的屈服強度，會以滑移、孿晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生塑性變形，造成模具失效。產(chǎn)生塑性變形的主導(dǎo)因素：●高溫下，模具的工作溫度和材料的高溫強度常見模具失效形式及機理塑性變形失效機理●室溫下，機械負(fù)荷和模具的室溫強度模具某部位93(二)多種失效形式的交互作用●磨損對斷裂及塑性變形的促進作用●塑性變形對磨損和斷裂的促進作用常見模具失效形式及機理(二)多種失效形式的交互作用●磨損對斷裂及塑性變形的促94一冷作模具的服役條件及失效形式冷作模具是指在常溫下對材料進行壓力加工或其他加工所使用的模具。冷作模具冷沖裁模冷拉深模冷擠壓模冷鐓模冷作模具都是在常溫下對工件材料施力，使其產(chǎn)生分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的成品或半成品件。常見模具失效形式及機理一冷作模具的服役條件及失效形式冷作模具是指在常溫下對95冷沖模具工作對象是金屬或非金屬板材依靠冷沖模具的刃口完成冷沖壓加工中的分離工序。1.冷沖裁模冷沖模具的主要工作部位凸模（沖頭）和凹模的刃口，靠它們對板料施加壓力，使其產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和分離過程。冷沖模具的最常見的失效形式是模具刃口的磨損，厚板沖裁模還會塑性變形、斷裂或崩刃。凸模（沖頭）承受壓力同時還要承受沖擊力、剪切力和彎曲力的作用。凹模的刃口端面和側(cè)面承受擠壓和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理冷沖模具工作對象是金屬或非金屬板材依靠冷沖模具的刃口完成冷沖96模具刃口的損傷過程①初期磨損階段(局部塑變)②穩(wěn)定磨損階段（塑變強化）③急劇磨損階段（疲勞剝落）常見模具失效形式及機理模具刃口的損傷過程常見模具失效形式及機理972.冷拉深模依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得一定尺寸、形狀的產(chǎn)品。最常見的失效形式是磨損（粘著磨損、磨粒磨損），有時還會產(chǎn)生咬合、擦傷、變形等失效形式。承受的沖擊力不大，受到摩擦力十分強烈。凸模承受壓力和摩擦力；凹模承受徑向張力和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理2.冷拉深模依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得一定尺寸、形983.冷鐓模冷鐓模是在沖擊力作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)鐓粗成型的冷作模具，主要用來加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。最常見的失效形式是磨損失效和疲勞斷裂失效。在室溫條件下工作，塑性變形大，工作環(huán)境差，凸模承受巨大的沖擊力和摩擦力；凹模承受脹力和摩擦力的作用。常見模具失效形式及機理3.冷鐓模冷鐓模是在沖擊力作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)994.冷擠壓模依靠模具使金屬坯料在強大而均勻的近似靜擠壓力的作用下，產(chǎn)生塑性變形流動而形成產(chǎn)品主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、凸模折斷失效、疲勞斷裂失效及縱向開裂失效，有時還會產(chǎn)生脹裂失效（凹模）。在進行冷擠壓加工時，模具承受強大的擠壓力（如正擠壓鋼材時，擠壓力約為2000～2500MPa），同時產(chǎn)生很大的摩擦力，由于摩擦和變形，模具的局部表面溫度可達(dá)400℃以上。此外由于金屬坯料不平整，凸模和凹模之間的間隙不均勻和中心線不一致，還會偏載或橫向彎曲載荷。常見模具失效形式及機理4.冷擠壓模依靠模具使金屬坯料在強大而均勻的近似靜擠壓力的作100二熱作模具的服役條件及失效形式錘鍛模在服役時不僅要承受沖擊力和摩擦力的作用，還要承受很大的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用，同時受到交替的加熱和冷卻的作用。失效形式比冷作模具復(fù)雜。熱作模具錘鍛模壓力機鍛模熱擠