模具材料及表面強(qiáng)化技術(shù)課件

第一章

模具材料概述Page21.1模具及模具材料分類一、模具分類根據(jù)成型材料、成型工藝和成型設(shè)備的不同可綜合分為十大類鑄造模具沖壓模具塑料成型模具壓鑄模具鍛造成型模具Page31.1模具及模具材料分類一、模具分類根據(jù)成型材料、成型工藝和成型設(shè)備的不同可綜合分為十大類經(jīng)濟(jì)模具粉末冶金模具玻璃制品用模具橡膠制品成型模具陶瓷模具Page41.1模具及模具材料分類一、模具分類根據(jù)成型材料、成型工藝和成型設(shè)備的不同可綜合分為十大類(3)成型模具(1)冷作模具(2)熱作模具根據(jù)工作條件Page51.1模具及模具材料分類二、模具材料分類圖1-1模具材料分類Page61.1模具及模具材料分類二、模具材料分類圖1-2模具鋼分類Page71.2模具材料的主要性能要求一、模具材料的使用性能要求(二)耐磨性(一)硬度和熱硬性(六)耐蝕性(三)強(qiáng)度和韌性(五)耐熱性(四)抗疲勞性Page81.2模具材料的主要性能要求二、模具材料的工藝性能要求(一)可加工性(二)可鍛性(三)淬硬性和淬透性(五)脫碳敏感性(四)熱處理變形性Page91.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素一、模具的失效形式模具失效是指模具工作部分發(fā)生嚴(yán)重磨損或損壞而不能用一般修復(fù)方法(刃磨、拋磨等)使其重新工作的現(xiàn)象。Page101.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素一、模具的失效形式圖1-3模具失效的基本形式補(bǔ)充模具失效的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)

模具失效的形式和機(jī)理一、模具失效的種類1、按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)對(duì)失效分類2、按失效形式及失效機(jī)理分類模具的使用時(shí)間已到壽命終止期，屬正常失效，應(yīng)由模具使用者自己負(fù)責(zé)。若模具制造者提供的使用說(shuō)明書沒有對(duì)使用壽命等作出明確規(guī)定，制造者也要承擔(dān)一定責(zé)任。在這種分類中你得到什么啟示？按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)對(duì)失效分類(1)正常耗損失效(2)模具缺陷失效屬于模具質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)由模具制造者承擔(dān)責(zé)任。(3)誤用失效屬于使用不當(dāng)造成的失效，應(yīng)由模具使用者承擔(dān)責(zé)任。若模具制造者提供的使用說(shuō)明書沒有對(duì)有關(guān)操作作出明確規(guī)定，則制造者也要承擔(dān)責(zé)任。按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)對(duì)失效分類屬于其它原因或自然災(zāi)害等不可抗拒的因素所導(dǎo)致的失效。按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)對(duì)失效分類(4)受累性失效二、磨損失效的類型和機(jī)理由于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損。模具在服役時(shí)，與成形坯料接觸，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成磨損。當(dāng)磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或改變了模具的表面狀態(tài)使其不能繼續(xù)服役時(shí)，叫磨損失效。這種失效使產(chǎn)品有什么變化特征?模具失效的形式和機(jī)理1.磨粒磨損的形成和特征外來(lái)硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落的現(xiàn)象叫磨粒磨損。工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨損也叫磨粒磨損。工件表面的硬凸物是哪來(lái)的?(一)磨粒磨損

磨粒磨損的形成過(guò)程用模具成形工件時(shí)，由于模具比工件硬度高，磨粒首先被壓入軟工件內(nèi)，在模具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)刮擦模具，從模具表面切下細(xì)小的碎片。當(dāng)模具表面存在溝槽、凹坑時(shí)，磨粒不易從凹坑中出來(lái)（或粘結(jié)在模具表面上）隨著工件運(yùn)動(dòng)，磨粒將耕犁或犁皺工件。磨粒磨損

磨粒磨損的主要特征摩擦表面上有擦傷、劃痕或形成犁皺的溝痕。磨粒磨損2.磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析1)微觀切削磨損機(jī)理磨粒在材料表面的作用力F可分為與金屬表面平行的分力Fx和垂直的分力Fy。Fy使磨粒壓入金屬表面形成壓痕；Fx推動(dòng)磨粒與金屬表面產(chǎn)生相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)。磨粒磨損當(dāng)磨粒棱角銳利，又具有合適的角度時(shí)：在金屬表面切削出長(zhǎng)而淺的溝痕，形成切削屑，在表面留下犁溝。這種切削形成的切屑很小，但在顯微鏡下觀察，切屑仍具有機(jī)床切屑的特點(diǎn)，所以稱為微觀切削。磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析當(dāng)磨粒無(wú)銳利的棱角，磨粒棱角的棱邊不是對(duì)著材料表面的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)：磨粒和被摩擦表面之間的夾角太??；表面材料塑性很高時(shí)都不會(huì)產(chǎn)生表面切削。磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析

2)多次塑變磨損機(jī)理當(dāng)磨粒的棱角不太尖銳，突出部分高度較小時(shí)，磨粒不發(fā)生表面切削摩擦，而是以較大的力沿金屬表面滑行，表面金屬被推向磨粒運(yùn)動(dòng)的前方或

兩側(cè)，產(chǎn)生堆積，這些堆積物沒有離開金屬基體，但使表面產(chǎn)生很大塑性變形。這種不產(chǎn)生切削的犁溝稱犁皺。磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析

2)多次塑變磨損機(jī)理在隨后的磨粒繼續(xù)作用時(shí)，有可能把堆積物重新壓平或使已變形的溝底材料再次被犁皺變形。如此反復(fù)塑變，導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生加工硬化，最終剝落而成為磨屑。磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析多次塑變后被磨損的磨屑呈塊狀或片狀，金屬表面可以觀察到反復(fù)塑變和輾壓后的層狀折痕以及一些臺(tái)階、壓坑及二次裂紋等。

2）多次塑變磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析多次塑變磨損后產(chǎn)生金屬表面分離的磨屑是因?yàn)椴牧媳韺游⒂^組織受磨粒反復(fù)作用的應(yīng)力超過(guò)材料表面的疲勞極限所造成的。

3）疲勞磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析對(duì)于脆性材料，在壓痕試驗(yàn)中可以觀察到材料表面壓痕伴有明顯的裂紋根據(jù)這一現(xiàn)象，微觀斷裂磨損機(jī)理認(rèn)為：脆性材料在磨粒磨損時(shí)會(huì)使橫向裂紋互相交叉或擴(kuò)散到表面，造成材料剝落。

4）微觀斷裂磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析從以上分析可知，各種機(jī)理都可以解釋部分磨損特征，但都不能解釋所有的磨粒磨損現(xiàn)象所以磨粒磨損過(guò)程可能是這幾種機(jī)理綜合作用的反映，而其中的某一種損害可能起主要作用。磨粒磨損機(jī)理的主要理論分析3.影響磨粒磨損的因素1）磨粒尺寸與幾何形狀

磨粒尺寸越大，金屬表面的體積磨損量越大。但當(dāng)磨粒的尺寸超過(guò)一定值后，體積磨損量增加的幅度明顯減小。當(dāng)磨粒的棱角尖銳且凸出較高時(shí)，金屬表面磨損率較大。當(dāng)磨粒棱角不尖銳且凸出較小時(shí)，磨損率較小。磨粒磨損2）磨粒硬度

磨粒磨損與磨粒硬度Ha和金屬硬度Hm之間的相對(duì)值的大小有關(guān)。Ⅰ區(qū)為低磨損狀態(tài)：Hm＞1.25Ha，金屬表面產(chǎn)生輕微磨損，磨損率較小。曲線上升平緩。Ⅱ區(qū)為磨損過(guò)渡狀態(tài)：0.8Ha＜Hm＜1.25Ha，磨損輕、重轉(zhuǎn)化階段，磨損率急劇增加，曲線上升很陡。影響磨粒磨損的因素Ⅲ區(qū)為高磨損狀態(tài)：Hm＜0.8Ha，金屬表面產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，磨損量大，磨損率小。曲線平緩。影響磨粒磨損的因素試驗(yàn)結(jié)果表明：要減小磨粒磨損量，金屬的硬度Hm應(yīng)比磨粒的硬度Ha高。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)：只要求滿足Hm≈1.3Ha，就可達(dá)到減小磨損量的目的。因?yàn)镠m高到一定時(shí)，不會(huì)再得到更顯著的改善。3）模具與工件表面壓力

模具與工件之間的表面壓力越大，磨粒壓入金屬表面的深度越深，則磨損量越大。但當(dāng)壓力達(dá)到一定值后，磨粒棱角變鈍，使磨損量的增加減緩。4）工件厚度

工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件的深度越深，對(duì)模具的磨損量減小。影響磨粒磨損的因素

1.粘著磨損的形成和特征

工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，某些接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，粘合的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落的現(xiàn)象稱為粘著磨損。(二)粘著磨損磨損失效的類型和機(jī)理磨損的四種類型接觸表面發(fā)生粘著以后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力、接觸處的粘合強(qiáng)度、金屬本體強(qiáng)度三者之間的不同關(guān)系而產(chǎn)生的不同破壞現(xiàn)象，可以把粘著磨損分為：1）涂抹；2）擦傷；3）撕脫；4）咬死

粘著磨損磨損的四種類型1）涂抹

當(dāng)較軟金屬的剪切強(qiáng)度小于接觸處的粘合強(qiáng)度，也小于外加的切應(yīng)力時(shí)，剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬層內(nèi)，被剪切的軟金屬涂抹在硬金屬表面上的現(xiàn)象。粘著磨損磨損的四種類型2）擦傷

軟金屬表面產(chǎn)生細(xì)而淺的劃痕；有時(shí)硬金屬表面也有劃傷的現(xiàn)象。3）撕脫

剪切破壞發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深處，有較深劃痕的現(xiàn)象。4）咬死

摩擦副之間咬死，不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。粘著磨損

粘著磨損的主要特征金屬表面有細(xì)的劃痕，沿滑動(dòng)方向可能形成交替的裂口、凹穴。摩擦副之間有金屬轉(zhuǎn)移，表層金相組織和化學(xué)成分均有明顯變化。磨損產(chǎn)物多為片狀或小顆粒，在金屬表面形成大小不等的結(jié)疤。粘著磨損2.粘著磨損機(jī)理的理論分析在大氣中的金屬表面都存在氧的吸附層。圖3-6表示了經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后，金屬表層的結(jié)構(gòu)。第一層為氧的物理吸附層、第二層為氧的化學(xué)吸附層。這兩層是金屬與周圍空氣中的氧交互作用而形成的。第三層為塑性變形層，是機(jī)械加工所引起的。粘著磨損在干摩擦情況下，兩摩擦表面直接接觸。粘著磨損機(jī)理的理論分析在邊界摩擦情況下，邊界膜的厚度比兩摩擦表面的粗糙度之和要小，所以兩摩擦表面之間仍有局部接觸區(qū)。粘著磨損機(jī)理的理論分析在液體摩擦情況下，潤(rùn)滑油膜的厚度大于兩摩擦表面粗糙度之和，兩摩擦表面之間不直接接觸。粘著磨損機(jī)理的理論分析實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)兩塊新鮮純凈的金屬接觸之后再分離，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)金屬能夠從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象，這是原子間鍵合作用的結(jié)果。在空氣中，摩擦副之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在接觸載荷較小時(shí)，金屬表面吸附的一層氧化膜能起到防止純金屬新鮮表面直接接觸而產(chǎn)生粘著現(xiàn)象。粘著磨損機(jī)理的理論分析由于加工的影響，模具和工件表面存在一定的微觀不平度，相互的接觸表面只有少數(shù)微觀凸起的部位，實(shí)際的接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論接觸面積。接觸載荷較大時(shí)，接觸處就會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，以致超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度而引起局部的塑性變形。粘著磨損機(jī)理的理論分析塑性變形和摩擦過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很高的熱量，接觸處的高溫，可以使表面潤(rùn)滑油燒干，同時(shí)摩擦也可以使氧化膜破裂而顯露出新鮮的金屬表面。當(dāng)裸露金屬的新鮮表面直接接觸，相互之間的原子產(chǎn)生吸引和滲透而發(fā)生熔合粘著。粘著磨損機(jī)理的理論分析在隨后的滑動(dòng)中，剛形成的粘著點(diǎn)被剪斷、拉開，并轉(zhuǎn)移到工件表面或脫落形成磨屑。然后又在其他地方形成新的粘著點(diǎn)，然后再被破壞，如此循環(huán)過(guò)程就構(gòu)成粘著磨損。粘著磨損機(jī)理的理論分析

3.影響粘著磨損的因素（1）材料性質(zhì)（2）材料硬度（3）模具與工件表面壓力（4）滑動(dòng)摩擦速度粘著磨損

1.疲勞磨損的形成與特征兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱為疲勞磨損。（三）疲勞磨損磨損失效的類型和機(jī)理疲勞磨損的形成過(guò)程在線、面接觸的摩擦副中，在承受力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，接觸表面有多變的接觸壓力和切應(yīng)力；這些外力反復(fù)作用一定周次后，表面就會(huì)產(chǎn)生局部的塑性變形和加工硬化；疲勞磨損疲勞磨損的形成過(guò)程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)展到表面或與縱向裂紋相交時(shí)，形成磨損剝落。疲勞磨損

疲勞磨損的種類模具疲勞磨損的外載有機(jī)械載荷和熱載荷。因此疲勞磨損可分為：機(jī)械疲勞磨損、冷熱疲勞磨損。疲勞磨損

2.疲勞磨損的特征接觸表面出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑，有些凹坑較深，底部有疲勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。疲勞磨損疲勞磨損的特點(diǎn)疲勞磨損裂紋一般產(chǎn)生在金屬的表面和亞表面內(nèi)，裂紋擴(kuò)展的方向平行于表面，或與表面成10°～30°的角度，只限于在表面層內(nèi)擴(kuò)展。疲勞磨損沒有一個(gè)明顯的疲勞極限，壽命波動(dòng)很大。疲勞磨損疲勞磨損的特點(diǎn)疲勞磨損除受循環(huán)應(yīng)力作用外，還要經(jīng)受復(fù)雜的摩擦過(guò)程，可能會(huì)引起表面層一系列物理化學(xué)變化以及各種力學(xué)性能與物理性能變化等，所以工作環(huán)境比整體疲勞更復(fù)雜更惡劣。疲勞磨損

影響疲勞磨損的因素1）材料的冶金質(zhì)量2）材料的硬度3）表面粗糙度

疲勞磨損氣蝕磨損金屬表面產(chǎn)生的氣泡破裂，在瞬間產(chǎn)生的沖擊和高溫，使模具表面形成微小麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨損。哪來(lái)的氣泡？（四）其他形式磨損

氣蝕磨損的形成過(guò)程當(dāng)液體與模具接觸處的局部壓力比液體蒸發(fā)壓力低，就會(huì)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。如果這些氣泡承受的壓力超過(guò)氣泡內(nèi)壓力時(shí)，氣泡就會(huì)破裂。哪種模具表面可能與液體接觸?

氣蝕磨損的形成過(guò)程在這種氣泡的形成和破裂的反復(fù)作用下，模具淺表面將萌生疲勞裂紋，最后擴(kuò)展至表面，局部金屬脫離表面或氣化，形成泡沫海綿狀空穴。哪種模具表面可能與液體接觸?其他形式磨損

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(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨損。其他形式磨損沖蝕磨損當(dāng)小滴液體以高速(100m／s)落到模具表面上，會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，一般可以超過(guò)金屬材料的屈服強(qiáng)度，甚至造成局部材料斷裂。但速度不高的反復(fù)沖擊會(huì)萌生疲勞裂紋，形成麻點(diǎn)和凹坑。氣蝕磨損和沖蝕磨損是疲勞磨損的一種派生形式，在注塑模具與壓鑄模具中易出現(xiàn)。其他形式磨損

腐蝕磨損在摩擦過(guò)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(jī)械作用，引起表層材料脫落的現(xiàn)象叫腐蝕磨損。其他形式磨損腐蝕磨損形成過(guò)程當(dāng)一對(duì)摩擦副在一定的環(huán)境中發(fā)生摩擦?xí)r，在摩擦面上會(huì)產(chǎn)生與環(huán)境介質(zhì)的反應(yīng)，并形成反應(yīng)物；表面反應(yīng)物在兩摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中被磨掉；反應(yīng)物被磨掉，就會(huì)暴露出未反應(yīng)表面，就又開始形成反應(yīng)物。其他形式磨損腐蝕磨損形式常發(fā)生于高溫或潮濕的環(huán)境中，在有酸、堿、鹽等特殊條件下最易發(fā)生。模具常見的腐蝕磨損有：氧化腐蝕磨損和特殊介質(zhì)的腐蝕磨損。其他形式磨損在摩擦過(guò)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，又與氧結(jié)合形成脆而硬的氧化膜。新生成的氧化膜因摩擦作用而剝落，由此造成的磨損稱為氧化磨損。模具服役時(shí)一般都會(huì)出現(xiàn)氧化磨損。

氧化磨損其他形式磨損在腐蝕性環(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，引起表層化合物的脫落，由此引起的磨損稱為特殊介質(zhì)腐蝕磨損。

特殊介質(zhì)腐蝕磨損其他形式磨損

微動(dòng)磨損模具的嵌合部位或過(guò)盈配合處，在循環(huán)載荷或振動(dòng)的作用下，雖然不產(chǎn)生宏觀的相對(duì)位移，但卻

產(chǎn)生微小(2～20μm)的相對(duì)滑動(dòng)，在配合面上有氧化物磨損粉末產(chǎn)生，而且不易向外排出。其他形式磨損

這時(shí)，該處的磨損兼有氧化磨損、磨粒磨損和粘著磨損的特征，并逐漸在嵌合部位形成磨痕蝕坑，對(duì)于鋼材，蝕坑處有大量褐紅色氧化物(Fe2O3)聚集。這種磨損稱為微動(dòng)磨損，又稱咬蝕。咬蝕引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，最后導(dǎo)致疲勞斷裂。其他形式磨損在模具與工件(或坯料)相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，摩擦磨損情況很復(fù)雜，磨損一般不只是以一種形式存在，往往是多種形式并存，并相互促進(jìn)。（五）磨損的交互作用其他形式磨損三、過(guò)量變形失效

材料受到力的作用就會(huì)產(chǎn)生變形。隨著力的增加，材料的變形總是要經(jīng)歷彈性變形階段、塑性變形階段、出現(xiàn)裂紋到裂紋擴(kuò)展直至斷裂階段的過(guò)程。模具失效的形式和機(jī)理變形失效是逐步進(jìn)行的，一般屬于非災(zāi)難性的，因此不易被人關(guān)注。當(dāng)變形量超過(guò)了模具的精度要求，成型的工件成為次品或廢品時(shí)，也會(huì)造成模具的失效。另外，過(guò)度的變形最終也會(huì)導(dǎo)致斷裂。過(guò)量變形失效模具在使用過(guò)程中，產(chǎn)生的彈性變形量超過(guò)模具匹配所允許的數(shù)值，使得成型的工件尺寸或形狀精度不能滿足要求而不能服役的現(xiàn)象，稱為過(guò)量彈性變形失效。判斷過(guò)量彈性變形失效比較困難，因?yàn)樵诠ぷ鳡顟B(tài)下引起的變形導(dǎo)致失效的模具，在剖析和測(cè)量尺寸時(shí)，變形已經(jīng)恢復(fù)。過(guò)量彈性變形失效過(guò)量變形失效2．塑性變形失效模具在使用過(guò)程中，由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過(guò)修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn)象稱為塑性變形失效。塑性變形失效的主要形式有塌陷、鐓粗、彎曲等。

過(guò)量變形失效當(dāng)模具的某些部位所承受的應(yīng)力超過(guò)工作溫度下模具材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形而造成模具的失效。過(guò)量變形失效四、斷裂失效

模具在工作中出現(xiàn)較大裂紋或部分分離而喪失正常服役能力的現(xiàn)象稱為斷裂失效。材料的斷裂是力對(duì)材料作用的最終結(jié)果，意味著材料的徹底失效。模具斷裂通常表現(xiàn)為產(chǎn)生局部碎塊或整個(gè)模具斷成幾個(gè)部分。模具失效的形式和機(jī)理斷裂失效斷裂失效1.韌性斷裂斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過(guò)程中吸收較多的能量，一般在高于材料屈服應(yīng)力條件下的高能斷裂。韌性斷裂斷口的宏觀特征為斷口截面尺寸減小，有縮頸現(xiàn)象。斷裂失效2.脆性斷裂斷裂前的變形量很小，沒有明顯的塑性變形量。斷裂過(guò)程中材料吸收的能量很小，一般在低于允許應(yīng)力條件下的低能斷裂。脆性斷裂斷口的宏觀特征為斷口截面尺寸無(wú)明顯變化，不產(chǎn)生縮頸。韌性和脆性兩種斷裂用肉眼或10～20倍放大鏡就可分辨出其斷口特征。斷裂失效3.沿晶斷裂

裂紋沿多晶體晶界擴(kuò)展分離產(chǎn)生的斷裂,也稱為晶界斷裂。當(dāng)晶界上存在著脆性相、熱裂紋、蠕變斷裂、應(yīng)力腐蝕等引起的斷裂為沿晶斷裂。沿晶斷裂在室溫下往往是脆性斷裂，斷口的微觀形貌顯示出多晶體的外形，呈“冰糖塊”狀。斷裂失效金屬材料在高溫下的蠕變斷裂往往是韌性沿晶斷裂，由于晶界滑動(dòng)和晶粒發(fā)生塑性變形，微觀斷口上有大量韌窩。斷裂失效4.穿晶斷裂裂紋的萌生和擴(kuò)展穿過(guò)晶粒內(nèi)部的斷裂。當(dāng)材料韌性較差、存在表面缺陷、承受高的沖擊載荷時(shí)，易產(chǎn)生穿晶斷裂。穿晶斷裂可能是韌性斷裂也可能是脆性斷裂。斷裂失效韌性穿晶斷裂破壞時(shí)，常以?shī)A雜物或第二相粒子為核心，形成大量的顯微孔洞。在應(yīng)力作用下，這些顯微孔洞發(fā)生微觀塑性變形而逐漸長(zhǎng)大、聚合，直至斷裂。斷裂失效韌性穿晶斷裂斷口的微觀形貌呈韌窩狀。韌窩越大、越深，則微觀塑性變形量越大。斷裂失效脆性穿晶斷裂也稱為解理斷裂，解理斷裂是沿一定晶面(稱為解理面),迅速發(fā)生晶體分離的脆

性斷裂。其斷口的微觀形貌特征是由若干解理臺(tái)階相匯合形成的“河流花樣”。斷裂失效根據(jù)河流支流合并為主流的方向，可以確定裂紋在微觀區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展的方向。解理穿晶斷裂常在低溫、沖擊或三向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)下，發(fā)生在體心立方或密排六方晶格的金屬材料中。斷裂失效5.混晶斷裂

當(dāng)裂紋的擴(kuò)展形成既有穿晶型也有沿晶型時(shí)，則稱為混晶斷裂或準(zhǔn)解理斷裂。準(zhǔn)解理斷裂是由解理斷裂和微孔聚合斷裂組成的混合型斷裂。斷裂失效準(zhǔn)解理斷裂形成過(guò)程：斷裂失效在準(zhǔn)解理小平面內(nèi)有向四周放射的河流花樣，小平面間存在大量短而彎曲的撕裂棱。多晶體金屬的斷裂多數(shù)屬混晶斷裂。斷裂失效6.一次性斷裂模具在承受很大變形力或在沖擊載荷的作用下，產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展所形成的脆性斷裂稱為一次性斷裂或快速斷裂。一次性斷裂的斷口呈結(jié)晶狀。斷裂失效7.疲勞斷裂

疲勞斷裂是指在較低的循環(huán)載荷作用下，工作一段時(shí)間后,由裂紋緩慢擴(kuò)展，最后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞裂紋總是在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的部位上形成。斷裂失效

疲勞斷裂形成過(guò)程

模具內(nèi)部受力不均時(shí)，在局部范圍內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，在循環(huán)載荷的作用下，應(yīng)力集中處最先出現(xiàn)裂紋，裂紋的前沿形成尖銳的缺口，造成新的應(yīng)力集中區(qū)，并在模具工作的過(guò)程中，裂紋不斷擴(kuò)展直到模具發(fā)生破壞。

斷裂失效

疲勞斷裂的特征

疲勞斷口特征分為：疲勞擴(kuò)展區(qū)(光亮區(qū))：是裂紋自裂紋源向縱深逐漸發(fā)展形成的，具有光亮的“貝紋”狀痕跡。最后斷裂區(qū)(粗糙區(qū))：是裂紋發(fā)展到一定程度失穩(wěn)快速擴(kuò)展的結(jié)果。斷裂失效8.正斷和切斷斷口的宏觀表面垂直于最大正應(yīng)力或最大正應(yīng)變方向的斷裂稱為正斷，斷口的宏觀表面平行于最大切應(yīng)力方向的斷裂稱為切斷。斷裂失效五、多種失效形式的交互作用1）磨損對(duì)斷裂的促進(jìn)作用磨損溝痕可成為裂紋的發(fā)源地。當(dāng)由磨損形成的裂紋在有利于其向縱深發(fā)展的應(yīng)力作用下，就會(huì)造成斷裂。模具失效的形式和機(jī)理模具局部磨損后，會(huì)帶來(lái)承載能力的下降以及易受偏載，造成另一部位承受過(guò)大的應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形。2）磨損對(duì)塑性變形的促進(jìn)作用多種失效形式的交互作用塑性變形后，模具間隙不均勻，間隙變小，必然造成不均勻磨損，磨損速度加快，進(jìn)而促進(jìn)磨損失效；塑性變形后，模具間隙不均勻，承載面積變小，帶來(lái)附加的偏心載荷以及局部應(yīng)力過(guò)大，造成應(yīng)力集中，并產(chǎn)生裂紋，促進(jìn)斷裂失效。3）塑性變形對(duì)磨損和斷裂的促進(jìn)作用多種失效形式的交互作用第二節(jié)模具的工作條件與失效形式不同種類的模具，由于其工作條件不同，它們?cè)诜壑邪l(fā)生失效的形式和特點(diǎn)也各不相同。下面將分別介紹各種模具的工作條件和失效形式。一、冷作模具的工作條件與失效形式冷作模具主要包括：冷沖裁模、冷拉深模、冷擠壓模、冷鐓模等。相同點(diǎn)：都是常溫下對(duì)被加工材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，獲得零件。不同點(diǎn)：技術(shù)要求不同，具有不同的工作條件，因此失效形式各有不同之處。1．冷沖裁模的工作條件

主要工作部位：凸模刃口和凹模刃口在沖壓力作用下，凸模引入凹模時(shí)，對(duì)板料施加一定壓力，通過(guò)鋒利的刃口使板料

產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，直至被剪裂。（一）冷沖裁模冷沖裁模的受力過(guò)程在板料彈性變形階段沖頭端面的中央部位與板料脫離接觸，壓力集中于刃口附近的狹小范圍內(nèi)，使刃口上的單位面積壓力增大。冷沖裁模冷沖裁模的受力過(guò)程在板料塑性變形和剪裂階段凸模切入板料，板料擠入凹模內(nèi)孔，使模具刃口的端面和側(cè)面產(chǎn)生擠壓和摩擦。冷沖裁模冷沖裁模的受力性質(zhì)模具在工作過(guò)程中刃口受到的力主要有：正壓力、側(cè)壓力、摩擦力和彎曲力等。模具刃口受力的大小與板料的厚度和硬度有關(guān)。冷沖裁模2．模具壽命與受力大小、板料厚度的關(guān)系

沖頭受到的壓力通常大于凹模，尤其是在厚板上沖制小孔時(shí)，沖頭的單位面積的壓力很大。設(shè)沖頭工作部分的直徑為d，板料厚度為t，則比值d/t越小，沖頭受力越大，其壽命就越低。冷沖裁模沖頭壽命與直徑、板料厚度的關(guān)系

冷沖裁模3．冷沖裁模的失效形式

模具刃口在壓力和摩擦力的作用下，最常見的失效形式是磨損和崩刃。磨損的部位：刃口磨損、側(cè)面磨損、端面磨損。冷沖裁模失效形式與板厚的關(guān)系沖裁不同板料厚度的模具負(fù)荷的大小不同，失效形式也有所不同。沖裁?？煞譃椋罕“鍥_裁模(t≤1．5mm)厚板沖裁模(t＞1．5mm)。冷沖裁模失效形式與板厚的關(guān)系薄板沖裁模受力較小，其失效的主要形式是磨損。厚板沖裁模受力較大，其失效形式除了磨損外,還可能發(fā)生局部斷裂(崩刃)。當(dāng)比值d/t較小時(shí)，還會(huì)引起沖頭的宏觀塑性變形或折斷。冷沖裁模冷沖裁模4．模具刃口的損傷過(guò)程

模具在服役中的磨損過(guò)程，可分為初期磨損、穩(wěn)定磨損和急劇磨損三個(gè)階段。冷沖裁模1）初期磨損階段刃口鋒利，與板料接觸面積小，單位面積壓力大，易造成刃口局部塑性變形，所以初期磨損階段的磨損速度較大。冷沖裁模2）穩(wěn)定磨損階段刃口磨損至一定程度，單位面積壓力減輕，刃口表面產(chǎn)生塑變強(qiáng)化，不再繼續(xù)塑性變形，這時(shí)刃口的磨損主要由坯料的摩擦引起，磨損速度變緩，即進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。冷沖裁模3）急劇磨損階段模具服役相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，刃口因經(jīng)受多次沖裁而趨于疲勞，局部表面開始剝落，即進(jìn)入急劇磨損階段。這時(shí)，會(huì)因沖裁件不合格導(dǎo)致模具失效。冷沖裁模分析思路：1）根據(jù)受力特征判斷可能產(chǎn)生失效的形式；2）根據(jù)刃口磨損部位或損傷程度分析原因；3）根據(jù)刃口變形特征判斷磨損階段在急劇磨損階段之前及時(shí)對(duì)刃口進(jìn)行修磨，可提高使用壽命。

1.冷拉深模的工作條件

（二）冷拉深模

拉深模的主要工作零件也是凸模刃口和凹模刃口。與沖裁模不同的是拉深模刃口圓鈍不鋒利，凸、凹模之間的工作間隙較大。2.冷拉深模的失效形式

拉深模在工作時(shí)，沖擊力很小，單位面積的壓力也不大，主要是模具型腔表面承受板材變形的劇烈摩擦。這種模具的失效形式主要是粘著磨損和磨粒磨損。磨損部位：凹模、壓邊圈端面、凸模、凹模圓角半徑處等。冷拉深模拉深模損傷的過(guò)程在冷拉深過(guò)程中，模具工作表面的某些局部負(fù)荷較重，承受擠壓力較大,摩擦熱積累較多，使溫度升高在溫度和壓力的共同作用下，模腔局部表面易與坯料發(fā)生咬合，使小塊坯料粘附在模腔表面形成很硬的“小瘤”堅(jiān)硬的“小瘤”使拉深件表面產(chǎn)生劃痕或擦傷,即發(fā)生了粘著磨損。冷拉深模（三）冷鐓模

冷鐓模是在沖擊力的作用下，凸模使金屬棒料在凹模型腔內(nèi)鐓粗成形的冷作模具。冷鐓模主要用來(lái)加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。冷鐓模

模具的上模是由凸模和模柄通過(guò)螺釘緊固而構(gòu)成。下模是由凹模及凹模固定套和凹模固定板組成。冷鐓模

當(dāng)工件鐓壓成形后，由下模的杠桿通過(guò)出模機(jī)構(gòu)將零件從凹模中頂出。冷鐓模

在冷鐓加工過(guò)程中，沖擊頻率高，可達(dá)60～120次／min，沖擊力大，金屬坯料受到強(qiáng)烈地鐓擊，同時(shí)，模具也同樣受到短周期沖擊載荷的作用。由于是在室溫條件下工作的，塑性變形抗力大，工作環(huán)境差，凸模承受巨大的沖擊壓力和摩擦力，凹模承受沖脹力和摩擦力，產(chǎn)生強(qiáng)烈地摩擦。冷鐓模

冷鐓模最常見的失效形式磨損失效和疲勞斷裂失效磨損失效可能有磨粒磨損、表面損傷、沖擊磨損等多種形式；凸模在沖擊力的作用下，表面會(huì)產(chǎn)生剝落而出現(xiàn)麻坑；由磨損所造成的表面損傷、麻坑、擦傷痕等，均可能成為疲勞裂紋源，導(dǎo)致模具的疲勞斷裂。冷鐓模

還可能產(chǎn)生凸模的塑性變形和折斷；凹模的?？诿洿蟆⒗饨嵌阉?、腔壁脹裂等損傷，而出現(xiàn)模具的失效。冷鐓模

冷鐓模最常見的失效形式（四）冷擠壓模

冷擠壓模是使金屬坯料在強(qiáng)大而均勻的近似于靜擠壓力的作用下，產(chǎn)生塑性變形流動(dòng)而形成產(chǎn)品的模具。工作零件為凸模和凹模根據(jù)金屬坯料的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系，冷擠壓可分為四種類型：（四）冷擠壓模

1）正擠壓金屬坯料的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同為正擠壓。（四）冷擠壓模

2）反擠壓與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反為反擠壓；（四）冷擠壓模

3）復(fù)合擠壓一部分與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，另一部分與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反為復(fù)合擠壓；（四）冷擠壓模

4）徑向擠壓金屬坯料的流動(dòng)方向垂直于凸模運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閺较驍D壓。（四）冷擠壓模

冷擠壓時(shí)金屬坯料受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力。在模具的作用下，金屬坯料沿凸、凹模間隙或凹模?？趧×伊鲃?dòng)，產(chǎn)生較大的位移變形，獲得薄壁空心件或橫截面較小的擠壓件。由于金屬坯料對(duì)模具的反作用力和摩擦，使模具承受強(qiáng)大的擠壓力很大的摩擦力。（四）冷擠壓模

擠壓時(shí)形成的摩擦功和變形能轉(zhuǎn)化為熱能，模具的局部表面產(chǎn)生400℃以上的高溫。金屬坯料端面不平整、凸模與凹模之間的間隙不均勻和中心線不一致使凸模在擠壓時(shí)承受很大的偏載或橫向彎曲載荷。（四）冷擠壓模

冷擠壓模的主要失效形式：塑性變形失效、磨損失效、凸模折斷失效、疲勞斷裂失效及縱向開裂失效等；冷擠壓凹模有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生脹裂失效。二、熱作模具的工作條件及失效形式熱作模具在工作中除承受機(jī)械負(fù)荷外還承受熱負(fù)荷，其失效形式比冷作模具復(fù)雜。不同的熱作模具工作條件不同，失效形式和影響因素也各有所不同。常見的熱作模具有錘鍛模、熱沖裁模和壓力鑄造模等。1．錘鍛模的工作條件

錘鍛模上模與錘頭固定，下模與工作臺(tái)的模座固定，工作時(shí)上模隨錘頭向下運(yùn)動(dòng)，與下模合模的過(guò)程中成型模鍛件。(一)錘鍛模

1．錘鍛模的工作條件

在工作過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷主要是沖擊力和摩擦力，熱負(fù)荷主要是交替受加熱和冷卻。錘鍛模

（1）模具的受力

錘鍛模在工作過(guò)程中受力性質(zhì)比較復(fù)雜，主要有：a.沖擊力錘鍛模工作時(shí)承受多次沖擊載荷，沖擊力較大，模鍛錘的噸位越大，產(chǎn)生的沖擊力越大。

錘鍛模（1）模具的受力

b.壓力模具型腔受坯料變形的反作用，使型腔表面承受很大的壓力。

c.內(nèi)應(yīng)力受模具型腔結(jié)構(gòu)形狀的影響，模具的不同部位會(huì)產(chǎn)生不同狀態(tài)的內(nèi)應(yīng)力。模具結(jié)構(gòu)形狀越復(fù)雜的部位，其應(yīng)力狀態(tài)也比較復(fù)雜。

錘鍛模（2）模具的受熱

a.鍛前預(yù)熱：由于工藝的需要，錘鍛模在使用前先要進(jìn)行預(yù)熱。（目的？）

b.與坯料接觸的熱：在工作中與熾熱坯料接觸進(jìn)一步被加熱。c.變形熱和摩擦熱：坯料變形以及與型腔表面摩擦所產(chǎn)生的熱量有一部分被模具吸收。

錘鍛模（2）模具的受熱

在鍛造鋼件時(shí)，坯料溫度通常在1000℃以上，模具型腔表面的溫度一般可達(dá)到500～600℃，其中窄小、凸起等部位吸熱較多，溫度可高達(dá)750℃。當(dāng)模具局部溫度超過(guò)模具的回火溫度時(shí)，這些部位將繼續(xù)回火過(guò)程,從而產(chǎn)生組織和性能的變化；

錘鍛模（2）模具的受熱

模具中溫度分布的不均勻性，將會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)熱應(yīng)力。所有這些，都會(huì)影響錘鍛模的失效過(guò)程和失效形式。

錘鍛模（3）模具的冷卻為減輕錘鍛模的熱負(fù)荷，在模具工作間歇，對(duì)模具進(jìn)行冷卻來(lái)控制模具溫度的升高。例如每鍛壓完一個(gè)毛坯后，用冷空氣、水、油等介質(zhì)冷卻模具型腔；或在型腔表面涂抹潤(rùn)滑劑，既能減摩，又起到冷卻作用。錘鍛模工作過(guò)程中，型腔不斷受到加熱和冷卻的反復(fù)作用，使模具產(chǎn)生熱疲勞現(xiàn)象。

錘鍛模（4）型腔表面摩擦

被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動(dòng)，對(duì)型腔表面產(chǎn)生摩擦作用。摩擦力的大小與正壓力和摩擦表面的狀況有關(guān)。在坯料熱塑變流動(dòng)的情況下，正壓力主要取決于熱坯料的塑變強(qiáng)度；模腔表面受熱氧化也影響摩擦和磨損過(guò)程。

錘鍛模2．鍛模的基本失效形式

（1）型腔部分的模壁斷裂；（2）型腔表面熱疲勞；（3）塑性變形；（4）磨損；（5）鍛模燕尾的開裂。（1）鍛模型腔部分的斷裂分為早期脆性斷裂和機(jī)械疲勞斷裂。①模具的早期脆性斷裂在錘擊次數(shù)較少時(shí)發(fā)生的，有的僅鍛打幾次就出現(xiàn)斷裂。模具受很大的沖擊載荷作用，型腔中受拉應(yīng)力較大且薄弱的部位可能產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋受力擴(kuò)展至一定尺寸時(shí)，便會(huì)發(fā)生快速失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致突然斷裂。②模具的機(jī)械疲勞斷裂在模具經(jīng)受許多次鍛擊后發(fā)生的斷裂。鍛模承受的沖擊應(yīng)力比一般機(jī)械零件承受的“靜”載交變應(yīng)力要大得多，所以其疲勞斷裂的周次遠(yuǎn)小于一般的高周疲勞，可以認(rèn)為是較大沖擊能量的沖擊疲勞。模具斷裂的斷口特征早期脆性斷裂的斷口的宏觀形貌特征是從斷裂源開始，裂紋呈人字花紋向外擴(kuò)展。機(jī)械疲勞斷裂的宏觀和微觀斷口具有一般疲勞斷口的特征，但宏觀斷口上的裂紋擴(kuò)展區(qū)一般較小。（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)作用下產(chǎn)生的疲勞裂紋或破壞的現(xiàn)象。熱疲勞裂紋：指型腔表面在循環(huán)熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生循環(huán)的塑性應(yīng)變，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)，導(dǎo)致表面產(chǎn)生的許多細(xì)小裂紋。熱應(yīng)力產(chǎn)生的原因：鍛模的截面尺寸較大，沿截面的溫度梯度也大，型腔表面受急熱、急冷的作用而內(nèi)層的溫度變化較小，表層的熱脹冷縮受到內(nèi)層的約束而產(chǎn)生熱應(yīng)力。循環(huán)熱應(yīng)力產(chǎn)生的過(guò)程型腔表面受熱膨脹時(shí)，要受內(nèi)層的約束使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力；冷卻收縮時(shí)，受內(nèi)層約束，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果熱應(yīng)力大于材料在該溫度下的屈服點(diǎn)，便會(huì)發(fā)生壓、拉塑性應(yīng)變。型腔表面在循環(huán)熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生循環(huán)的塑性應(yīng)變，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)，就會(huì)導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。

熱疲勞裂紋的特征“龜裂”指呈條狀、放射狀，并連成網(wǎng)狀的疲勞裂紋。但是，繼續(xù)受機(jī)械應(yīng)力、氧化腐蝕及坯料的摩擦、擠入作用，會(huì)使細(xì)小裂紋繼續(xù)向縱深擴(kuò)展，成為脆性斷裂和疲勞斷裂的裂紋源。這種形式斷口的開裂處有氧化物覆蓋，呈深灰色，里面存在脫碳層。

龜裂深熱裂影響模具熱疲勞的主要因素①模具型腔表面的溫度變化幅度模具的循環(huán)溫差越大，材料的熱膨脹系數(shù)越大，則循環(huán)熱應(yīng)力越大，越易于發(fā)生熱疲勞。

影響模具熱疲勞的主要因素②模具材料的抗氧化性、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)

模具型腔表面的致密氧化物層可阻緩繼續(xù)氧化過(guò)程，但氧化層增厚以致破裂后，便露出基體金屬并產(chǎn)生侵蝕溝。溝底的應(yīng)力集中易使熱疲勞裂紋萌生，溝底氧化物的不斷產(chǎn)生和聚集，使它在循環(huán)熱應(yīng)力作用下起著楔子的作用，大大加速裂紋的擴(kuò)展。（3）型腔表面的磨損

鍛模在多次重復(fù)沖擊作用下，一方面坯料對(duì)型腔表面產(chǎn)生沖擊性的接觸應(yīng)力，另一方面坯料塑變流動(dòng)對(duì)型腔表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。在熱負(fù)荷的作用下，型腔表面層可能發(fā)生軟化，同時(shí)表面的氧化也將加劇。（3）型腔表面的磨損

在型腔表面與坯料滑動(dòng)摩擦較小的部位，由于較大接觸應(yīng)力的重復(fù)作用，易使型腔表面產(chǎn)生小塊剝落，形成痘狀麻坑。熱負(fù)荷對(duì)表面的軟化作用及熱應(yīng)力的作用將促進(jìn)這種疲勞磨損。在型腔表面受坯料滑動(dòng)摩擦較大的部位，由于摩擦切應(yīng)力和熱負(fù)荷的作用，則易使型腔表面產(chǎn)生氧化磨損和熱粘著磨損。（3）型腔表面的磨損

熱粘著磨損的產(chǎn)生在高溫和壓力作用下，坯料與模具型腔局部表面發(fā)生粘合，繼而在切應(yīng)力作用下粘合處破壞，在型腔表面產(chǎn)生擦傷溝槽。型腔表層受熱軟化，易于在摩擦切應(yīng)力作用下發(fā)生局部的塑變流動(dòng)，從而促使熱粘著磨損的產(chǎn)生。氧化膜對(duì)型腔表面的影響當(dāng)模具表面形成薄而致密的氧化膜時(shí)，具有潤(rùn)滑和減摩作用，能防止熱粘合現(xiàn)象。但在溫度較高，所形成的氧化膜厚而疏松時(shí)，則由于氧化膜容易破裂、剝落，且氧化物碎片又成為磨粒，將加劇型腔表面的磨損。模具磨損的影響因素

模具的溫度；模具材料的化學(xué)成分和硬度；模具型腔的表面狀況；模具的使用條件等。（4）鍛模型腔的塑性變形

溫度升高使模具材料的屈服強(qiáng)度下降；當(dāng)溫度高于模具的回火溫度時(shí)，則進(jìn)一步使之軟化；當(dāng)軟化部位的屈服點(diǎn)低于該部位所承受的應(yīng)力水平時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。鍛模型腔塑性變形形式棱角堆塌模具型腔中的肋、凸臺(tái)等突出部位吸熱較多，溫度較高，受力也較大，當(dāng)其軟化層深度較大時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)棱角堆塌等塑變現(xiàn)象。在軟化層較淺的部位，可在坯料的摩擦作用下發(fā)生表層塑變流動(dòng)。在模具型腔深處，則常在淬火冷卻時(shí)未得到馬氏體，熱處理后硬度偏低，以致在較大壓力下產(chǎn)生塑性變形，使型腔凹陷。

型腔凹陷塑性變形的影響因素①坯料的變形速度②坯料的變形抗力坯料的塑變抗力大，錘擊速度高，都會(huì)使模具的受力加大，并且使模具表面的溫升提高，所以易產(chǎn)生塑性變形失效。

（5）模具燕尾開裂

燕尾根部凹槽有應(yīng)力集中，尤其當(dāng)存在加工刀痕時(shí)，易在沖擊載荷的重復(fù)作用下，在刀痕處萌生疲勞裂紋，裂紋沿刀痕橫向延伸并向縱深擴(kuò)展，造成燕尾開裂。燕尾開裂的影響因素1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2）表面粗糙度3）模具的安裝固定4）燕尾部分的硬度和微觀組織。硬度過(guò)低對(duì)裂紋萌生的抗力低，硬度過(guò)高對(duì)裂紋擴(kuò)展的抗力低，合適的硬度和組織才能使燕尾有最高的疲勞抗力。鍛模在不同的部位工作條件不同，會(huì)產(chǎn)生不同的失效形式，因此上述五種失效形式在同一模具上都有可能出現(xiàn)，而最終先導(dǎo)致鍛模不能繼續(xù)服役的失效形式可能只是其中的一種。

(二)壓力鑄造模壓力鑄造模是在壓鑄機(jī)上用來(lái)壓鑄金屬鑄件的成型模具(簡(jiǎn)稱壓鑄模）。

1、壓鑄模的工作條件壓鑄模的型腔表面承受液態(tài)金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用；每次壓鑄脫模后，還要對(duì)型腔表面進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑。使模具承受頻繁的急熱、急冷作用。

壓鑄不同材料的工作溫度和失效形式1）壓鑄鋅合金時(shí)，壓鑄模型腔的表面溫度不超過(guò)400℃，熱負(fù)荷較小。模具的工作壽命較長(zhǎng)。2）壓鑄鋁合金時(shí)，壓鑄模型腔的表面溫度可達(dá)600℃左右，且熔融的鋁合金液很容易粘附鋼鐵材料。鋁合金壓鑄模的失效形式主要是粘模、侵蝕、熱疲勞和磨損。在模具型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜并存在應(yīng)力集中時(shí)，模具也會(huì)在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下出現(xiàn)斷裂失效。3）壓鑄銅合金時(shí)，壓鑄模型腔的表面溫度可達(dá)750℃以上，模具急熱急冷的溫度變化幅度大。主要失效形式是熱疲勞龜裂。模具型腔中截面尺寸小的凸起部分，也會(huì)因受熱軟化而產(chǎn)生塑性變形。壓鑄銅合金時(shí)的使用壽命遠(yuǎn)低于壓鑄鋁合金。4）壓鑄鐵合金時(shí)，壓鑄模型腔的表面溫度高達(dá)1000℃以上。采用傳統(tǒng)的熱作模具鋼制造的模具，在服役時(shí)型腔表面易氧化、腐蝕，易產(chǎn)生塑性變形和熱裂，模具的壽命極低，往往壓鑄幾百次即告失效。三、塑料模具的工作條件及失效形式

1、塑料模的工作條件塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。工作中受壓力、溫度、摩擦和腐蝕等作用。

塑料模型腔承受注射壓力：40～140MPa閉模壓力為80～300MPa或更高；受熱溫度為140～300℃。

型腔表面承受摩擦和腐蝕的劇烈程度取決于塑料的種類及其填充物的性質(zhì)。對(duì)于需要手工操作的模具，在裝模和脫模時(shí)經(jīng)常會(huì)受到手用工具的敲擊和碰撞。1、塑料模的工作條件塑料制件成型對(duì)模具的基本要求

1）要求模具成型面具有很小的表面粗糙度值；一般在Ra0.2～0.025μm的范圍或更小。2）模具各成型零件的尺寸精度和相互配合的精度要求高；3）塑件形狀復(fù)雜時(shí)，模具型腔的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。

2、塑料模的失效形式塑料模在服役過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生磨損、腐蝕、塑性變形、斷裂、疲勞及熱疲勞等失效形式，這些失效形式都與塑料模的工作條件及使用要求密切相關(guān)。1）型腔表面的磨損和腐蝕塑料熔體以一定壓力在模腔內(nèi)流動(dòng)，凝固的塑件從模具中脫出，都會(huì)對(duì)模具成型表面造成摩擦，引起磨損。模具在加工含有氯原子或氟原子的塑料時(shí)，塑料受熱會(huì)產(chǎn)生少量的熱分解，放出的HCI、HF等氣體將會(huì)腐蝕模腔表面，從而導(dǎo)致失效。模具在腐蝕的同時(shí)又有磨損損傷時(shí)，型腔表面的鍍層或其它防護(hù)層將遭到破壞，就會(huì)加劇腐蝕過(guò)程。兩種損傷交叉作用，加速了腐蝕—磨損失效。2）塑性變形

塑料模型腔表面受壓、受熱可引起塑性變形失效，尤其是當(dāng)小模具在大噸位設(shè)備上工作時(shí)，更易產(chǎn)生超負(fù)荷塑性變形。塑性變形多發(fā)生在受力較大的棱角處，其表現(xiàn)形式為棱角堆塌。在型腔的其它部分可出現(xiàn)凹陷、麻點(diǎn)、表面起皺等。其他引起塑性變形的因素

型腔表面強(qiáng)化層太薄，經(jīng)磨損后變形抗力不足；模具熱處理時(shí)回火不足；工作時(shí)受熱繼續(xù)回火轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生相變超塑性等。3．?dāng)嗔?/p>

塑料模型腔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，承受壓力較大時(shí)，局部可能出現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)因素引起的應(yīng)力集中，有可能使模具產(chǎn)生斷裂失效。當(dāng)模具熱處理時(shí)回火不足，組織中仍有較多的殘余奧氏體時(shí)，在服役溫度下殘余奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而產(chǎn)生相變內(nèi)應(yīng)力，而引起模具的開裂。3．?dāng)嗔?．疲勞和熱疲勞

塑料模的機(jī)械負(fù)荷是循環(huán)變化的，使型腔表面承受脈動(dòng)拉應(yīng)力作用，從而可能引起疲勞破壞。塑料模的熱負(fù)荷也是循環(huán)變化的，型腔表面反復(fù)受熱和冷卻，可導(dǎo)致應(yīng)力集中處萌生熱疲勞裂紋。型腔表面上的脈動(dòng)拉應(yīng)力，有可能使熱疲勞裂紋向縱深擴(kuò)展，成為斷裂或疲勞斷裂的裂紋源。4．疲勞和熱疲勞Page1851.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素二、模具的失效分析模具的失效分析是對(duì)已經(jīng)失效的模具進(jìn)行失效過(guò)程的分析，以探索并解釋模具的失效原因。模具失效分析的主要任務(wù)模具失效分析的任務(wù)就是判斷模具失效的性質(zhì)、分析模具失效的原因，并提出防止或延遲模具失效的具體措施。要正確判斷模具失效的性質(zhì)，主要依據(jù)模具失效的形貌特征、失效件的應(yīng)力狀態(tài)、失效材料的實(shí)際性能的指標(biāo)值和工作環(huán)境因素等。模具失效分析應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面考慮：1．合理選擇模具材料2．合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)3．保證加工和裝配質(zhì)量4．嚴(yán)格控制模具材料的質(zhì)量5．采用表面強(qiáng)化工藝6．合理使用、維護(hù)和保養(yǎng)模具Page1881.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素二、模具的失效分析模具失效分析的一般步驟如下：1.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、斷裂件的收集和處理2.模具材料、制造工藝和工作情況調(diào)查3.模具的工作條件和斷裂狀況分析4.斷口分析5.斷裂原因綜合分析和判定6.提出防護(hù)措施

Page1891.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素二、模具的失效分析引起模具失效的原因很多，主要包括：(1)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起的失效。(2)模具材料質(zhì)量差和選材不合理引起的失效。

(3)機(jī)械加工和熱加工不當(dāng)引起的失效。(5)操作方法不正確引起的失效。(4)熱處理和表面處理不當(dāng)引起的失效。三、影響模具壽命的主要因素模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具材料模具的熱加工和冷加工模具的使用狀況等。1.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素模具結(jié)構(gòu)合理的模具結(jié)構(gòu)，使模具在工作時(shí)受力均勻，應(yīng)力集中小，也不易受偏載。模具種類多，形式和工作環(huán)境差別很大。各有特性，但在結(jié)構(gòu)方面也有共性的問(wèn)題，如：幾何形狀和剛度。一、模具的幾何形狀影響模具壽命的幾何形狀因素：

模具的圓角半徑、凸模端面形狀、凹模錐角的大小、凹模截面變化的大小等。（一）圓角半徑采用圓角結(jié)構(gòu)可以獲得良好的工藝效果，同時(shí)，也可避免拐角處產(chǎn)生應(yīng)力集中。圓角半徑分為:外(凸)圓角半徑內(nèi)(凹)圓角半徑

從應(yīng)力圖可以看出，不同拐角形式產(chǎn)生的應(yīng)力集中源不同，圓角半徑越大應(yīng)力分布越均勻，越不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，拐角為尖角結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)力集中最嚴(yán)重。凸圓角半徑對(duì)工藝影響大過(guò)小的凸圓角半徑在板料拉深中增加成型力；在模鍛中，易造成鍛件折疊缺陷。凹的圓角半徑對(duì)模具壽命影響大小的凹圓角半徑會(huì)使局部受力惡化，在四角半徑處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，易萌生裂紋導(dǎo)致斷裂。大的圓角半徑使模具受力均勻，不易產(chǎn)生裂紋。非工作部位凹圓角半徑過(guò)小，在使用過(guò)程中也易造成應(yīng)力集中，使抗偏載、抗沖擊的能力降低。從圖中可以看出，在采用同一模具條件下，過(guò)渡半徑R由2.3增大到3.2，模具壽命就從1.5萬(wàn)件提高到2萬(wàn)件。（二）幾何角度1.凹模的錐角和截面變化模具的工作角度對(duì)成形過(guò)程中坯料的流動(dòng)、成形力及模具壽命有很大的影響。1.凹模的錐角和截面變化以擠壓為例：正擠壓時(shí)，主要是凹模對(duì)擠壓力產(chǎn)生影響，為了便于金屬塑性流動(dòng)和減小模具負(fù)荷，一般都將凹模出口部分設(shè)計(jì)成錐形，如圖示。從圖中看，擠壓力的大小不僅與入口角α大小有關(guān)，還與錐形進(jìn)口正擠壓凹模的截面變化量lnA0/A1有關(guān)。冷擠壓凹模的型腔截面變化越小，尺寸過(guò)渡越平緩，則擠壓力越小，模具壽命越高。2.凸模的端面形狀平底帶錐臺(tái)的凸模（圖a），端部受力面積較大，因此單位面積承受的擠壓力比平底凸模（圖b）可降低20%，模具壽命也相應(yīng)提高當(dāng)變形程度εF不是很大時(shí)，以平底凸模所受的單位擠壓力最大，半球面凸模的擠壓力最小，平底帶錐臺(tái)凸模居中。1-平底凸模2-平底帶錐臺(tái)凸模3-錐角凸模a=120o4-半球面凸模

變形程度過(guò)大時(shí)，球面凸模的單位擠壓力會(huì)急劇上升。平底凸模刃口處增加圓角半徑，可降低擠壓力；凸模端部設(shè)計(jì)成平底帶錐臺(tái)形，對(duì)減輕擠壓力也有明顯效果。1-平底凸模2-平底帶錐臺(tái)凸模3-錐角凸模a=120o

4-半球面凸模中心錐角α為120°～130°的凸模結(jié)構(gòu)比較合理。錐角過(guò)大，對(duì)降低擠壓力的作用并不明顯，錐角過(guò)小易造成側(cè)向分力不平衡，引起凸模偏斜、彎曲或折斷。1-平底凸模2-平底帶錐臺(tái)凸模3-錐角凸模a=120o

4-半球面凸模凹模錐角的最佳取值計(jì)算公式t0／t—變形比、μ—摩擦系數(shù)在此值下，模具承受的力最小，壽命最高。變薄拉深對(duì)于錘鍛模、壓鑄模、塑料模等型腔模，型腔結(jié)構(gòu)常需要考慮脫模斜度以便制件脫模。型腔脫模斜度對(duì)模具型腔側(cè)壁及底部的應(yīng)力狀態(tài)也有直接的影響。二、模具結(jié)構(gòu)形式（一）整體模具與組合模具整體模具不可避免的存在凹圓角半徑，易造成應(yīng)力集中，并引起開裂。組合式模具把模具在應(yīng)力集中處分割為兩部分或幾部分，再組合起來(lái)使用。采用組合式模具可避免應(yīng)力集中和裂紋的產(chǎn)生。1.組合凸模結(jié)構(gòu)工作時(shí)，凸模前端小直徑心軸部分先插入毛坯孔內(nèi)，以控制擠壓件孔徑的位置。但心軸根部應(yīng)力集中嚴(yán)重，受力時(shí)容易折斷。若將凸模設(shè)計(jì)成圖b及圖c所示的組合形式，則可避免應(yīng)力集中，顯著提高壽命。2.組合凹模結(jié)構(gòu)(a)、(e)整體式(b)、(c)、(f)、(g)縱向分割式(d)、(h)橫向分割式3.預(yù)應(yīng)力鑲套凹模為了防止模具脹裂，冷鐓、冷擠壓凹模通常要求具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)還要求具有高的強(qiáng)度和韌性。采用整體結(jié)構(gòu)很難同時(shí)滿足這兩方面的性能要求。可采用預(yù)應(yīng)力鑲套結(jié)構(gòu)，即用高強(qiáng)、韌材料制造凹模體，工作部分采用淬硬的高速鋼或硬質(zhì)合金等高硬度、高耐磨性材料，通過(guò)壓力將工作部分鑲?cè)氚寄ｓw成為組合式模具，以滿足型腔表面高耐磨性和整體高強(qiáng)、韌性的要求。

圖（b）是一組合冷鐓模圖示組合冷鐓模，原采用高速鋼整體式，常發(fā)生早期脹裂失效，壽命不到碳素工具鋼凹模的1/4。改為預(yù)應(yīng)力鑲套結(jié)構(gòu)，模體采用結(jié)構(gòu)鋼，工作部分為高速鋼，二者過(guò)盈配合使工作部分預(yù)先產(chǎn)生切向壓應(yīng)力，以抵消一部分工作時(shí)產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力，使模具壽命提高，高出碳素工具鋼凹模的8～10倍。（二）模具的工作間隙沖裁模凸、凹模的刃口間隙是工作間隙也叫沖裁間隙，不僅影響沖裁過(guò)程和沖裁質(zhì)量，也影響模具的壽命。當(dāng)刃口間隙由板料厚度的5﹪加大到15﹪時(shí)，模具的一次刃磨壽命顯著增加。

1-Q235鋼，厚度6㎜；2-Q235鋼，厚度10㎜3-Cr18Ni9Ti鋼，厚度8㎜當(dāng)間隙過(guò)大（＞15﹪）時(shí)，板料的彎曲變形增大，凸、凹模端面與板料的接觸面積減小，沖裁力集中作用于刃口處，使刃口塑變鈍化。刃口變鈍又導(dǎo)致沖裁力增大，使模具的刃磨壽命降低。注意!!實(shí)際中，獲得高質(zhì)量沖裁斷面的最佳間隙值和保證模具較高壽命的最佳間隙值不是完全一致的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮做出最優(yōu)選擇。（三）模具的結(jié)構(gòu)剛度1．模具的導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置可以保證模具具有足夠的剛度，保證凸、凹模或型芯、型腔間的相互位置精度，增加模具的抗彎曲、抗偏載的能力，避免不均勻磨損和凸、凹模相互卡死、啃傷或型芯、型腔的錯(cuò)位，從而保證模具的正常工作并延長(zhǎng)其使用壽命。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對(duì)沖裁模具壽命的影響例如在2mm厚的08鋼板上沖裁M3螺母的沖裁模，模具材料為T10，硬度為HRC55～59無(wú)導(dǎo)向板：沖頭的平均壽命為778件；有導(dǎo)向板：沖的平均壽命為3.85萬(wàn)件。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)對(duì)塑料模具壽命的影響具有細(xì)小推桿推出系統(tǒng)的塑料注射模的推板采用四導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可以避免由于頂出系統(tǒng)的頂桿受力不均衡，彎曲變形而造成塑料表面劃傷、推桿磨損，甚至造成頂桿卡死或折斷等現(xiàn)象。導(dǎo)向精度對(duì)模具壽命的影響在其他條件相同的情況下，模具的導(dǎo)向精度愈高，模具的壽命愈高。沖壓模、注塑模的壽命比錘鍛模高的原因，除了工作條件不同的因素之外，導(dǎo)向精度的不同也是影響模具壽命的重要因素。2．凸模剛度設(shè)計(jì)要點(diǎn)1）合理設(shè)計(jì)凸模的截面形狀和尺寸，盡量減小其徑長(zhǎng)比，使之具有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗壓穩(wěn)定性。2）適當(dāng)加大凸模柄部的承載面積和固定長(zhǎng)度，可以提高其剛度。3）加大凸模墊板厚度或采用多層淬硬墊板，避免由于墊板面積大、厚度薄或硬度不足而出現(xiàn)變形、凹坑等損傷，以導(dǎo)致凸模產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。4）對(duì)細(xì)長(zhǎng)凸?？稍黾訉?dǎo)向板等輔助支承。導(dǎo)向板位置應(yīng)盡量減小凸模懸臂部分的長(zhǎng)度，且使凸模始終不脫離導(dǎo)向板，并保證導(dǎo)向精度。3．塑料模的剛度結(jié)構(gòu)塑料注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用高精度的導(dǎo)向或支撐結(jié)構(gòu)來(lái)保證模具的剛度。圖中所示是注射模支承墊板承受注射壓力的變形情況。小型模具可通過(guò)增加墊板厚度來(lái)提高剛度，大型模具可以采用加支撐的方法，如圖所示。在定模板和動(dòng)模板四周作出斜面配合，利用定模板和動(dòng)模板的剛性來(lái)加強(qiáng)對(duì)凹模壁的約束也可起到減小凹模壁變形的作用。為了避免細(xì)長(zhǎng)桿變形，常采用階梯形頂桿，來(lái)提高頂桿的剛度。為了防止應(yīng)力集中源的產(chǎn)生臺(tái)階頂桿的拐角部位可采用圓角過(guò)渡截面等結(jié)構(gòu)，或采用組合式結(jié)構(gòu)。（四）減輕工作載荷模具的工作載荷對(duì)模具壽命有決定性的影響。以正擠壓35鋼工件為例：圖示為沖頭單位面積的壓力和沖頭壽命的關(guān)系曲線。由圖可知，隨著變形量εF和沖頭單位壓力的減小，沖頭的壽命明顯提高。1500MPa減小至1000MPa時(shí)，沖頭壽命可提高1倍以上。為了使模具的工作載荷盡可能減輕，模具設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)合理的成型工藝確定模具的結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴煌膲毫庸すに囍苯佑绊懩＞叩墓ぷ鬏d荷。例如，利用反擠壓模成型圖a示工件，模具的工作載荷較大。在情況允許時(shí)，將工件改為圖b示的形狀，則可以采用復(fù)合擠壓工藝。利用復(fù)合擠壓模具來(lái)成型工件，使模具的工作載荷得到減輕，壽命得到相應(yīng)的提高。根據(jù)擠壓量隨變形量的變化規(guī)律，合理采用變形量及相應(yīng)的預(yù)成型工藝，可減輕每套模具的工作載荷，如圖a示的工件，若采用一次擠壓成型，不僅模具的載荷很大，而且也難以滿足工件形狀和尺寸的要求。若先擠壓成如圖b示的形狀，再最后擠壓成型，則不僅能滿足工件設(shè)計(jì)要求，而且使模具載荷大為減輕。為了減輕載荷，還應(yīng)注意其他工藝環(huán)節(jié)。例如選用被擠壓材料的變形抗力應(yīng)盡可能低，所含雜質(zhì)盡可能少；坯料的切割加工應(yīng)保證端面的平整、不帶斜度，以免造成凸模偏載；坯料直徑應(yīng)比凹?？讖叫?.15～0.20㎜，以防止擠壓力急劇上升時(shí)使凹模脹裂；但間隙也不能過(guò)大（如反擠壓時(shí)不應(yīng)大于0.20㎜），以保證同軸度，避免凸模偏載。針對(duì)特殊結(jié)構(gòu)的模具應(yīng)防止模具過(guò)載，例如：1）定行程鍛壓設(shè)備使用封閉式擠壓模，必須設(shè)計(jì)足夠的飛邊空間，以免余料過(guò)載引起模具損壞。2）在封閉的冷鐓?；蚶鋽D壓模的適當(dāng)部位開設(shè)排氣孔，以使被擠壓在模具和坯料之間的空氣順利排出。否則，擠壓的高壓氣體不僅影響坯料充型，還易使模具過(guò)載失效。圖a是用冷擠壓成型的梭芯零件，在冷擠壓凹模的相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)計(jì)排氣孔（圖b）。3）對(duì)于承受較大沖擊載荷的模具應(yīng)設(shè)計(jì)足夠大的承擊面，以利吸收多余的沖擊能，減少模具單位面積的沖擊力，防止發(fā)生早期斷裂。4）對(duì)塑料壓制模要設(shè)置足夠大的承壓環(huán)，以防止型腔、型芯過(guò)早變形或開裂。5）圖示的細(xì)型芯側(cè)進(jìn)料注射模，將細(xì)型芯由懸臂結(jié)構(gòu)改為兩端支撐結(jié)構(gòu)，可有效的防止側(cè)向彎曲過(guò)載。模具工作條件一、成形件的材質(zhì)和溫度

1、材質(zhì)1）非金屬材料、液態(tài)材料的強(qiáng)度低，所需的成形力小，模具受力小，模具壽命高。2）金屬件成形模比非金屬件成形模的壽命低。3）固態(tài)金屬件強(qiáng)度越高，所需變形力越大，模具所承受的力則越大，模具的壽命低。4）鋁、銅等有色金屬件模具比黑色金屬成形件壽命高。5）工件材料與模具材料的親合力愈大，在成形過(guò)程中愈易與模具產(chǎn)生粘著磨損，模具的壽命愈低。6）沖表面光亮、性能均勻的鋼板時(shí)，沖頭受力均勻，壽命較高；7）沖表面粗糙的相同厚度熱軋鋼板時(shí)，壽命較低。例：某沖壓件采用冷軋鋼板，模具壽命為3萬(wàn)件，采用熱軋鋼板，壽命只有1.7萬(wàn)件。2、溫度1)成形高溫工件時(shí)，模具受熱量而升溫，隨著溫度上升，模具強(qiáng)度下降，易產(chǎn)生塑性變形；2)模具與工件接觸的表面和與工件非接觸表面的溫度差很大，造成模具內(nèi)的溫度應(yīng)力；3)成形過(guò)程中，模具與工件間斷接觸，受連續(xù)不斷的熱沖擊，模具易萌生裂紋，造成疲勞磨損及斷裂；4)在高溫下，模具與工件表面原子活性增加，增加相互粘結(jié)、發(fā)生粘著磨損的可能，也加速氧化磨損。二、設(shè)備特性（一）設(shè)備的精度與剛度1）設(shè)備的精度影響設(shè)備運(yùn)動(dòng)部分的導(dǎo)向精度高，上、下模不易錯(cuò)移，不易出現(xiàn)附加的橫向載荷和轉(zhuǎn)矩，模具磨損均勻，模具壽命高。注塑機(jī)，機(jī)械壓力機(jī)，模鍛錘，導(dǎo)向精度是逐次下降的，其相應(yīng)的模具的壽命也是逐次下降的。2）設(shè)備的剛度影響設(shè)備的剛度大，在成形過(guò)程中的彈性變形小，模具上、下?？奢^好地保證正確的配合狀態(tài)。設(shè)備剛度與沖裁力設(shè)備剛度愈差，彈性變形量愈大，上、下模抖動(dòng)愈大，愈加速模具的不均勻磨損。為克服設(shè)備彈性變形對(duì)模具工作精度的影響，沖裁力的確定原則：精密沖裁時(shí)，沖裁力應(yīng)小于設(shè)備噸位的50％；普通沖裁時(shí)，沖裁力不應(yīng)超過(guò)設(shè)備噸位的80％。（二）設(shè)備速度模具在單位時(shí)間內(nèi)受的沖擊力越大；受力時(shí)間越短，沖擊能量來(lái)不及傳遞和釋放，易造成局部應(yīng)力超過(guò)模具材料的屈服應(yīng)力或斷裂強(qiáng)度。模具越易斷裂或塑性變形失效。液壓機(jī)、曲柄壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、氣錘、高速錘它們的加載速度逐次變高；在其他工藝條件相同的情況下，這些設(shè)備上所用的模具壽命依次下降。

三、模具潤(rùn)滑與冷卻（一）潤(rùn)滑潤(rùn)滑模具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面，可減少模具與工件的直接接觸，減少磨損，降低成形力；潤(rùn)滑劑在一定程度上能阻礙坯料向模具傳熱，降低模具溫度，這對(duì)提高模具壽命是有利的。例如：1)拉深時(shí)，潤(rùn)滑毛坯與凹模的接觸面；2)模鍛時(shí)，潤(rùn)滑模膛；都有利于工藝的順利進(jìn)行和提高模具壽命。3)不銹鋼表殼擠光模用機(jī)油潤(rùn)滑，壽命只有80件，用二硫化鉬加油劑，壽命可達(dá)1萬(wàn)件。（二）模具冷卻冷卻方式內(nèi)冷——內(nèi)冷的冷卻方式較緩和，模具溫差小，冷卻效果好，模具壽命高。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。外冷——外部冷卻的冷卻效果顯著，但模具內(nèi)外溫差大，且模具表面經(jīng)受較大的急熱急冷，易產(chǎn)生疲勞磨損或疲勞斷裂，模具壽命低。第三節(jié)模具材料性能一、模具材料的基本性能（一）使用性能（二）工藝性能（一）模具材料的使用性能1．強(qiáng)度（1）屈服強(qiáng)度σs：材料抵抗塑性變形的能力。

（2）抗拉強(qiáng)度σb：材料抵抗斷裂破壞的能力。

（3）裂紋臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KIC：材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力（斷裂韌度）2．沖擊韌性ak：

材料承受沖擊載荷或沖擊能量的能力。3．耐磨性：材料抵抗磨損的能力。

4．耐蝕性：材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕的能力。5．硬度：

材料抵抗外部物體壓入的能力。

6．熱穩(wěn)定性：材料在高溫下，保持其組織、性能穩(wěn)定的能力。7．耐熱疲勞性：高溫下，材料承受應(yīng)力頻繁變化的能力。（二）模具材料的工藝性能1．鍛造工藝性能

材料對(duì)鍛造工藝的適應(yīng)性。2．切削加工工藝性能

材料切削加工的難易程度。3．熱處理工藝性能材料在熱處理時(shí)，獲得所需組織、性能和形狀尺寸的難易程度。4．淬透性材料在一定條件下進(jìn)行淬火，獲得淬透層深度的能力。注意：以上性能中，有的已有測(cè)量規(guī)范和指標(biāo)，可用試驗(yàn)裝置進(jìn)行定量測(cè)量，有的沒有測(cè)量裝置，有的難以測(cè)量，只能定性的理解。

不同的模具和使用工況不同，對(duì)模具材料的性能要求差別很大。模具材料的性能要求只限于與使用工況相關(guān)的幾種性能。二、模具的工作條件與材料的使用性能模具的工作條件可近似分為：（一）室溫沖擊力較小工況。（二）室溫沖擊力較大工況。（三）高溫沖擊力較小工況。（四）高溫沖擊力較大工況。（一）室溫沖擊力較小工況模具強(qiáng)度愈高，硬度愈高，耐磨性愈好，壽命愈高。例如：沖裁模、拉深模

（二）室溫沖擊力較大工況模具需具有高的強(qiáng)度、耐磨性，并具有較好的韌性。例如：冷鐓模、冷擠模（三）高溫下沖擊力較小工況模具需要高的高溫強(qiáng)度、高溫耐磨性、耐冷熱疲勞性、熱硬度及熱疲勞性，同時(shí)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臎_擊韌度。例如：曲柄壓力機(jī)鍛模（四）高溫沖擊力較大工況模具需要具有高的高溫韌性，同時(shí)應(yīng)具有合適的高溫強(qiáng)度、熱硬性及耐熱疲勞性。例如：錘鍛模、高速錘鍛模。注意：強(qiáng)度、硬度之間存在同向關(guān)系，強(qiáng)度高，硬度也高；強(qiáng)度與韌性存在逆向關(guān)系，隨著強(qiáng)度增高，材料韌性會(huì)下降。采用多種冶煉方法和熱處理方法改變材料的成分和組織來(lái)獲得高強(qiáng)度、高韌性的材料?？商岣吣＞邏勖倪x擇1）選用具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和韌性匹配的模具。2）通過(guò)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砼c表面處理，使模具內(nèi)部韌性高、表面強(qiáng)度高和耐磨性高，可有效地提高模具的整體性能及壽命。Page2541.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(一)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)模具壽命的影響(a)整體式凹模

(b)整體式凹模早期斷裂

(c)組合式凹模圖1-5塔形熱擠壓凹模Page2551.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(二)模具材料對(duì)模具壽命的影響(1)模具材料種類對(duì)模具壽命的影響是很大的，如對(duì)同一種工件，使用不同的模具材料作彎曲試驗(yàn)，用9Mn2V材料，其壽命為5萬(wàn)次；改用Cr12MoV材料滲氮，其壽命可達(dá)40萬(wàn)次。(2)模具工作零件的硬度對(duì)模具壽命的影響也很大，但并不是硬度越高，模具壽命越長(zhǎng)。Page2561.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(二)模具材料對(duì)模具壽命的影響(3)模具材料的冶金質(zhì)量也對(duì)模具壽命產(chǎn)生較大影響，特別是高碳高合金鋼，冶金缺陷多，往往容易造成淬火開裂或模具的早期破壞。Page2571.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(三)模具制造質(zhì)量對(duì)模具壽命的影響1．模具零件加工精度的影響3．模具硬度均勻性的影響2．模腔表面粗糙度的影響4．模具裝配精度的影響Page2581.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(四)模具的熱處理質(zhì)量與表面強(qiáng)化對(duì)模具壽命的影響模具零件的預(yù)先熱處理調(diào)質(zhì)處理正火退火Page2591.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(四)模具的熱處理質(zhì)量與表面強(qiáng)化對(duì)模具壽命的影響淬火回火工藝模具零件的最終熱處理Page2601.3模具的失效分析及影響模具壽命的主要因素三、影響模具壽命的主要因素(五)模具的使用對(duì)其壽命的影響(1)機(jī)床設(shè)備的特性(2)被加工坯料的性質(zhì)(3)模具的安裝和使用條件(4)模具的操作規(guī)程及維護(hù)補(bǔ)充模具制造知識(shí)一、模塊的鍛造模具材料主要采用高碳鋼或高碳高合金鋼。由于冶金技術(shù)的影響，這些材料不同程度的存在成分和組織的偏析、碳化物粗大不均勻、晶粒粗大等缺陷，使得鋼材的性能下降。影響模具壽命的因素模塊采用鍛造工藝的目的改善材料內(nèi)部缺陷，獲得模塊所需要的內(nèi)部組織和使用性能；使模塊獲得一定的形狀和尺寸。模塊毛坯鍛造的工藝過(guò)程加熱—鍛打成型—冷卻每一環(huán)節(jié)操作不當(dāng)都會(huì)產(chǎn)生新的缺陷影響毛坯質(zhì)量。模塊的鍛造1.模塊的加熱溫度應(yīng)力——模塊毛坯在加熱過(guò)程中，由于熱量是從外表面向里面?zhèn)鬟f，溫度是外高、內(nèi)低，存在溫度差而造成。組織應(yīng)力——溫度的升高，模塊毛坯會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，由于不同組織的比容不同以及鋼料毛坯的表層與心部不同時(shí)發(fā)生相變而造成。

模塊的鍛造溫度應(yīng)力的影響軸向應(yīng)力、切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力。當(dāng)圓柱體毛坯以等速升溫進(jìn)行加熱時(shí)，溫度應(yīng)力中，軸向應(yīng)力最大中心是拉應(yīng)力，模塊毛坯加熱時(shí)，在心部易產(chǎn)生橫向裂紋。

模塊的鍛造斷面溫差的有關(guān)因素材料的熱擴(kuò)散性差、斷面尺寸大、加熱速度快、溫度頭大則其斷面溫差就大，因而溫度應(yīng)力就大。模塊用毛坯多為高碳、高合金鋼，其低溫段熱擴(kuò)散率比較小，因此低溫段應(yīng)緩慢加熱。模塊的鍛造組織應(yīng)力的影響奧氏體的比容小于鐵素體的比容表層開始相變時(shí)，表層為拉應(yīng)力、心部為壓應(yīng)力當(dāng)心部開始相變時(shí)，表層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。模塊的鍛造但隨著溫度的升高，鋼的塑性和熱擴(kuò)散性會(huì)同時(shí)增加，組織應(yīng)力，溫度應(yīng)力都易迅速松弛。因此，鋼模塊毛坯加熱時(shí)開裂的危險(xiǎn)性不大。模塊的鍛造2．模塊毛坯的冷卻模塊毛坯鍛后冷卻時(shí)，發(fā)生的問(wèn)題：溫度應(yīng)力；組織應(yīng)力；鍛后的殘余應(yīng)力；空氣中的淬火能力。在鍛后冷卻過(guò)程中，有產(chǎn)生淬火裂紋的傾向，鍛后應(yīng)進(jìn)行緩慢冷卻。模塊的鍛造3.模塊的鍛造比鍛造比是模塊鍛造時(shí)變形程度的一種表示方法。隨著鍛造比增大，鍛坯內(nèi)部孔隙焊合，碳化物被擊碎并均勻分布，鍛坯的各個(gè)方面的力學(xué)性能均得到明顯提高；當(dāng)鍛造比超過(guò)一定數(shù)值后，由于形成纖維組織，橫向力學(xué)性能急劇下降，導(dǎo)致出現(xiàn)各向異性。

模塊的鍛造模塊的鍛造比的影響合理的鍛造比拔長(zhǎng)鍛造比：2~4（F0/F）鐓粗鍛造比：<3（H0/H）采用鐓—拔結(jié)合可提高鍛造比。鍛造操作方法對(duì)坯料產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋也有影響。模塊的鍛造比的影響二、模具零件的加工的影響模具零件加工一般要經(jīng)過(guò)切削加工、磨削加工和電火花加工。加工中造成的質(zhì)量問(wèn)題，尤其是加工表面的質(zhì)量，也會(huì)顯著影響模具的耐磨性、斷裂抗力、疲勞強(qiáng)度及熱疲勞抗力等。模具制造1.切削加工的影響1）切削加工必須把鍛造和退火后模具鍛坯存在的脫碳層全部去除。2）切削加工要注意尺寸準(zhǔn)確，保證尺寸過(guò)渡處的圓角半徑和圓弧連接。模具零件的加工的影響3）保證表面粗糙度要求，不留刀痕，尤其是不能留下超出下道工序加工余量的殘跡。切削加工的影響2.磨削加工的影響模具工作零件通常要求較高的表面硬度和較高的制造精度及表面質(zhì)量。因此最終熱處理后的精加工通常采用磨削。在磨削過(guò)程中，由于局部摩擦生熱，容易引起磨削燒傷和磨削裂紋等缺陷，并在磨削表面生成殘余拉應(yīng)力，造成對(duì)零件力學(xué)性能的影響，甚至成為導(dǎo)致零件失效的原因。