模具壽命與失效授課人：曾珊琪2023/9/121模具壽命與失效授課人：曾珊琪2023/8/31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，它們在服役中發(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。第三章模具失效的基礎(chǔ)知識2023/9/122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。2023/9/123一、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、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，對板料施加一定壓力，通過鋒利的刃口使板料

產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，直至被剪裂。（一）冷沖裁模2023/9/1241．冷沖裁模的工作條件主要工作部位：產(chǎn)生彈性變形、冷沖裁模的受力過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2023/9/125冷沖裁模的受力過程在板料彈性變形階段冷沖裁模2023/8/3冷沖裁模的受力過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2023/9/126冷沖裁模的受力過程在板料塑性變形和剪裂階段冷沖裁模2023/冷沖裁模的受力性質(zhì)模具在工作過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2023/9/127冷沖裁模的受力性質(zhì)模具在工作過程中刃口受到的力主要有：冷沖裁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，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2023/9/1282．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沖頭壽命與直徑、板料厚度的關(guān)系

冷沖裁模2023/9/129沖頭壽命與直徑、板料厚度的關(guān)系冷沖裁模2023/8/393．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2023/9/12103．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2023/9/1211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，還會引起沖頭的宏觀塑性變形或折斷。冷沖裁模2023/9/1212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冷沖裁模2023/9/1213冷沖裁模2023/8/3134．模具刃口的損傷過程

模具在服役中的磨損過程，可分為初期磨損、穩(wěn)定磨損和急劇磨損三個階段。冷沖裁模2023/9/12144．模具刃口的損傷過程模具在服役中的磨損過程，可分為初期磨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2023/9/12151）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，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2023/9/12162）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3）急劇磨損階段模具服役相當(dāng)長的時間后，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，會因沖裁件不合格導(dǎo)致模具失效。冷沖裁模2023/9/12173）急劇磨損階段模具服役相當(dāng)長的時間后，刃口因經(jīng)受多次沖裁而分析思路：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對刃口進(jìn)行修磨，可提高使用壽命。2023/9/1218分析思路：2023/8/318

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。2023/9/12191.冷拉深模的工作條件（二）冷拉深模拉深模的主要工作零2.冷拉深模的失效形式

拉深模在工作時，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2023/9/12202.冷拉深模的失效形式拉深模在工作時，沖擊力很小，單位面積

拉深模損傷的過程在冷拉深過程中，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2023/9/1221拉深模損傷的過程在冷拉深過程中，模具工作表面的某些局部負(fù)荷（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。2023/9/1222（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冷鐓模主要用來加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。冷鐓模

2023/9/1223冷鐓模主要用來加工各種形狀的螺釘、鉚釘、螺栓和螺母等的毛坯。模具的上模是由凸模和模柄通過螺釘緊固而構(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

2023/9/1224模具的上模是由凸模和模柄通過螺釘緊固而構(gòu)成。下模是由凹模及凹當(dāng)工件鐓壓成形后，由下模的杠桿通過出模機(jī)構(gòu)將零件從凹模中頂出。冷鐓模

2023/9/1225當(dāng)工件鐓壓成形后，由下模的杠桿通過出模機(jī)構(gòu)將零件從凹模中頂出在冷鐓加工過程中，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，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

2023/9/1226在冷鐓加工過程中，沖擊頻率高，可達(dá)60～120次／min，沖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

2023/9/1227冷鐓模最常見的失效形式磨損失效和疲勞斷裂失效冷鐓模202還可能產(chǎn)生凸模的塑性變形和折斷；凹模的?？诿洿?、棱角堆塌、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2023/9/1228還可能產(chǎn)生凸模的塑性變形和折斷；冷鐓模冷鐓模最常見的失效（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)金屬坯料的流動方向與凸模運(yùn)動方向的關(guān)系，冷擠壓可分為四種類型：2023/9/1229（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（四）冷擠壓模

1）正擠壓金屬坯料的流動方向與凸模運(yùn)動方向相同為正擠壓。2023/9/1230（四）冷擠壓模1）正擠壓2023/8/330（四）冷擠壓模

2）反擠壓與凸模運(yùn)動方向相反為反擠壓；2023/9/1231（四）冷擠壓模2）反擠壓2023/8/331（四）冷擠壓模

3）復(fù)合擠壓一部分與凸模運(yùn)動方向相同，另一部分與凸模運(yùn)動方向相反為復(fù)合擠壓；2023/9/1232（四）冷擠壓模3）復(fù)合擠壓2023/8/332（四）冷擠壓模

4）徑向擠壓金屬坯料的流動方向垂直于凸模運(yùn)動方向為徑向擠壓。2023/9/1233（四）冷擠壓模4）徑向擠壓2023/8/333（四）冷擠壓模

冷擠壓時金屬坯料受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力。在模具的作用下，金屬坯料沿凸、凹模間隙或凹模模口劇烈流動，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。2023/9/1234（四）冷擠壓模冷擠壓時金屬坯料受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力。2023（四）冷擠壓模

擠壓時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承受很大的偏載或橫向彎曲載荷。2023/9/1235（四）冷擠壓模擠壓時形成的摩擦功和變形能轉(zhuǎn)化為熱能，模具的（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；冷擠壓凹模有時還會產(chǎn)生脹裂失效。2023/9/1236（四）冷擠壓模冷擠壓模的主要失效形式：2023/8/336二、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。2023/9/1237二、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)1．錘鍛模的工作條件

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

2023/9/12381．錘鍛模的工作條件錘鍛模上模與錘頭固定，下模與工作臺的模1．錘鍛模的工作條件

在工作過程中的機(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

2023/9/12391．錘鍛模的工作條件在工作過程中的機(jī)械負(fù)荷主要是沖擊力和摩（1）模具的受力

錘鍛模在工作過程中受力性質(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2023/9/1240（1）模具的受力錘鍛模在工作過程中受力性質(zhì)比較復(fù)雜，主要有（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2023/9/1241（1）模具的受力b.壓力錘鍛模2023/8/341（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2023/9/1242（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（2）模具的受熱

在鍛造鋼件時，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)模具局部溫度超過模具的回火溫度時，這些部位將繼續(xù)回火過程,從而產(chǎn)生組織和性能的變化；

錘鍛模2023/9/1243（2）模具的受熱在鍛造鋼件時，坯料溫度通常在1000℃以上（2）模具的受熱

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

錘鍛模2023/9/1244（2）模具的受熱模具中溫度分布的不均勻性，將會導(dǎo)致出現(xiàn)熱應(yīng)（3）模具的冷卻為減輕錘鍛模的熱負(fù)荷，在模具工作間歇，對模具進(jìn)行冷卻來控制模具溫度的升高。例如每鍛壓完一個毛坯后，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滑劑，既能減摩，又起到冷卻作用。錘鍛模工作過程中，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2023/9/1245（3）模具的冷卻為減輕錘鍛模的熱負(fù)荷，在模具工作間歇，對模具（4）型腔表面摩擦

被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動，對型腔表面產(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程。

錘鍛模2023/9/1246（4）型腔表面摩擦被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動，對型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。2023/9/12472．鍛模的基本失效形式（1）型腔部分的模壁斷裂；2023/（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，便會發(fā)生快速失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致突然斷裂。2023/9/1248（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。20②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。2023/9/1249②模具的機(jī)械疲勞斷裂2023/8/349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。2023/9/1250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（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。2023/9/1251（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)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。2023/9/1252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，

循環(huán)熱應(yīng)力產(chǎn)生的過程型腔表面受熱膨脹時，要受內(nèi)層的約束使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力；冷卻收縮時，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)過一定的循環(huán)次數(shù)，就會導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。2023/9/1253循環(huán)熱應(yīng)力產(chǎn)生的過程型腔表面受熱膨脹時，要受內(nèi)層的約束使表

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。2023/9/1254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。

2023/9/1255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，會使細(xì)龜裂深熱裂2023/9/1256龜裂深熱裂2023/8/356

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。2023/9/1257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20

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。2023/9/1258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。2023/9/1259溝底的應(yīng)力集中易使熱疲勞裂紋萌生，2023/8/359（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對型腔表面產(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，同時表面的氧化也將加劇。2023/9/1260（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（3）型腔表面的磨損

在型腔表面與坯料滑動摩擦較小的部位，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。2023/9/1261（3）型腔表面的磨損在型腔表面與坯料滑動摩擦較小的部位，由在型腔表面受坯料滑動摩擦較大的部位，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

2023/9/1262在型腔表面受坯料滑動摩擦較大的部位，由于摩擦切應(yīng)力和熱負(fù)荷的

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，從而促使熱粘著磨損的產(chǎn)生。2023/9/1263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

氧化膜對型腔表面的影響當(dāng)模具表面形成薄而致密的氧化膜時，具有潤滑和減摩作用，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，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。2023/9/1264氧化膜對型腔表面的影響當(dāng)模具表面形成薄而致密的氧化膜時，具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。2023/9/1265模具磨損的影響因素模具的溫度；2023/8/365（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，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，就會產(chǎn)生塑性變形。2023/9/1266（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；

鍛模型腔塑性變形形式棱角堆塌模具型腔中的肋、凸臺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，便會出現(xiàn)棱角堆塌等塑變現(xiàn)象。2023/9/1267鍛模型腔塑性變形形式棱角堆塌2023/8/367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。在模具型腔深處，則常在淬火冷卻時未得到馬氏體，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2023/9/1268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。

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。

2023/9/1269塑性變形的影響因素①坯料的變形速度2023/8/369（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，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。2023/9/1270（5）模具燕尾開裂燕尾根部凹槽有應(yīng)力集中，尤其當(dāng)存在加工刀燕尾開裂的影響因素1）結(jié)構(gòu)設(shè)計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。硬度過低對裂紋萌生的抗力低，硬度過高對裂紋擴(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。2023/9/1271燕尾開裂的影響因素1）結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/8/371鍛模在不同的部位工作條件不同，會產(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。2023/9/1272鍛模在不同的部位工作條件不同，會產(chǎn)生不同的失效形式，2023

(二)壓力鑄造模壓力鑄造模是在壓鑄機(jī)上用來壓鑄金屬鑄件的成型模具(簡稱壓鑄模）。2023/9/1273(二)壓力鑄造模壓力鑄造模是在壓鑄機(jī)上用來壓鑄金屬鑄件的成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，還要對型腔表面進(jìn)行冷卻、潤滑。使模具承受頻繁的急熱、急冷作用。2023/9/12741、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

壓鑄不同材料的工作溫度和失效形式1）壓鑄鋅合金時，壓鑄模型腔的表面溫度不超過400℃，熱負(fù)荷較小。模具的工作壽命較長。2023/9/1275壓鑄不同材料的工作溫度和失效形式1）壓鑄鋅合金時，壓鑄模型2）壓鑄鋁合金時，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，模具也會在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下出現(xiàn)斷裂失效。2023/9/12762）壓鑄鋁合金時，壓鑄模型腔的表面溫度可達(dá)600℃左右，且熔3）壓鑄銅合金時，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，也會因受熱軟化而產(chǎn)生塑性變形。壓鑄銅合金時的使用壽命遠(yuǎn)低于壓鑄鋁合金。2023/9/12773）壓鑄銅合金時，壓鑄模型腔的表面溫度可達(dá)750℃以上，模具4）壓鑄鐵合金時，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。2023/9/12784）壓鑄鐵合金時，壓鑄模型腔的表面溫度高達(dá)1000℃以上。2三、塑料模具的工作條件及失效形式2023/9/1279三、塑料模具的工作條件及失效形式2023/8/3791、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℃。

2023/9/12801、塑料模的工作條件塑料模的主要工作零件是成型零件，2023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)。對于需要手工操作的模具，在裝模和脫模時經(jīng)常會受到手用工具的敲擊和碰撞。1、塑料模的工作條件2023/9/1281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塑料制件成型對模具的基本要求

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，模具型腔的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。2023/9/1282塑料制件成型對模具的基本要求1）要求模具成型面具有很小的表2、塑料模的失效形式塑料模在服役過程中，可能會產(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)。2023/9/12832、塑料模的失效形式塑料模在服役過程中，可能會產(chǎn)生磨損、腐蝕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，凝固的塑件從模具中脫出，都會對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，塑料受熱會產(chǎn)生少量的熱分解，放出的HCI、HF等氣體將會腐蝕模腔表面，從而導(dǎo)致失效。2023/9/12841）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，凝固模具在腐蝕的同時又有磨損損傷時，型腔表面的鍍層或其它防護(hù)層將遭到破壞，就會加劇腐蝕過程。兩種損傷交叉作用，加速了腐蝕—磨損失效。2023/9/1285模具在腐蝕的同時又有磨損損傷時，型腔表面的鍍層或其它防護(hù)層將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，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。2023/9/12862）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；模具熱處理時回火不足；工作時受熱繼續(xù)回火轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生相變超塑性等。2023/9/1287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，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。2023/9/12883．?dāng)嗔阉芰夏Ｐ颓唤Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，承受壓力較大時，局部可能當(dāng)模具熱處理時回火不足，組織中仍有較多的殘余奧氏體時，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?023/9/1289當(dāng)模具熱處理時回火不足，組織中仍有較多的殘余奧氏體時，在服役4．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。2023/9/12904．疲勞和熱疲勞塑料模的機(jī)械負(fù)荷是循環(huán)變化的，使型腔表面承型腔表面上的脈動拉應(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2023/9/1291型腔表面上的脈動拉應(yīng)力，有可能使熱疲勞裂紋向縱深擴(kuò)展，成為斷第三節(jié)模具失效分析的方法

一、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)、失效材料的實際性能的指標(biāo)值和工作環(huán)境因素等。2023/9/1292第三節(jié)模具失效分析的方法一、模具失效分析的主要任務(wù)202模具失效分析應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面考慮：1．合理選擇模具材料2．合理設(shè)計模具結(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)模具一、模具失效分析的主要任務(wù)2023/9/1293模具失效分析應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面考慮：一、模具失效分析的主要任二、模具失效分析的方法和步驟

1.現(xiàn)場調(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

2023/9/1294二、模具失效分析的方法和步驟1.現(xiàn)場調(diào)查、斷裂件的收集和處三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介

對模具失效進(jìn)行正確的分析，需要借助許多試驗技術(shù)。常涉及的試驗技術(shù)主要有：宏觀和微觀斷口分析技術(shù)；金相檢驗技術(shù)；無損探傷檢驗技術(shù)；常規(guī)成分、微區(qū)成分和表面成分分析技術(shù)；X射線衍射分析技術(shù)；實驗應(yīng)力分析技術(shù)；力學(xué)性能測試技術(shù)；斷裂力學(xué)測試技術(shù)等。2023/9/1295三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介對模具失效進(jìn)行正確的分析，1.宏觀分析技術(shù)宏觀分析是指用肉眼直接觀察，或用放大50倍以下的放大鏡觀察。宏觀分析技術(shù)對斷裂失效的初步判斷起很大作用。由于眼睛有大的景深，能迅速進(jìn)行大面積檢查；三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/12961.宏觀分析技術(shù)三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/8宏觀分析對顏色和斷裂紋理的改變有十分敏銳的分辨能力，能較快地確定斷裂萌生的位置；對裂紋擴(kuò)展的途徑和裂紋的前沿輪廓以及裂紋快速傳播的人字形花樣和有無剪切唇等，都能較容易地識別出來；1.宏觀分析技術(shù)2023/9/1297宏觀分析對顏色和斷裂紋理的改變有十分敏銳的分辨能力，能較快地宏觀分析對模具失效件尺寸形狀的變化、模具工作的情況、原設(shè)計有無錯誤、加工的質(zhì)量等也都能做出總的評價。宏觀分析所觀察到的情況和初步的判斷可用文字、草圖或照相等方式記錄下來，用彩色照相記錄污染、燒焦或回火色等顏色，都可作為進(jìn)一步分析的參考資料。1.宏觀分析技術(shù)2023/9/1298宏觀分析對模具失效件尺寸形狀的變化、模具工作的情況、原設(shè)計有宏觀分析是失效分析的基礎(chǔ)，非常重要，必須十分細(xì)心地進(jìn)行。宏觀分析中，首先確定損壞的起源，接著是根據(jù)斷口特征，對加載方式、應(yīng)力大小、材料的相對韌性與脆性等給以說明。宏觀斷口分析還可發(fā)現(xiàn)其他細(xì)節(jié)，如表面硬化、晶粒大小和內(nèi)部缺陷，設(shè)計或制造產(chǎn)生的應(yīng)力集中，裝配缺陷等，所有這些都能為查明損壞原因提供證據(jù)。1.宏觀分析技術(shù)2023/9/1299宏觀分析是失效分析的基礎(chǔ)，非常重要，必須十分細(xì)心地進(jìn)行。1.磁粉檢驗或染色滲透檢驗也屬于宏觀分析，可以確定表面或表面以下1mm以內(nèi)的表層缺陷。宏觀酸蝕檢驗可以取得以下信息：①內(nèi)部質(zhì)量(偏析、疏松、夾雜、氣孔等)；②氫脆(白點(diǎn))；③軟硬部位的區(qū)分及硬化層的深度；④流線狀況；⑤焊接質(zhì)量等。還可以顯示損壞部件表面的研磨燒傷、碾碎和其他表面損傷。1.宏觀分析技術(shù)2023/9/12100磁粉檢驗或染色滲透檢驗也屬于宏觀分析，可以確定表面或表面以下硫印、鉛印、磷印和氧化物印等印痕技術(shù)可用來顯示這些元素在試樣上的分布。過大的磨損和腐蝕也是首先通過宏觀檢驗來識別的。1.宏觀分析技術(shù)2023/9/12101硫印、鉛印、磷印和氧化物印等印痕技術(shù)可用來顯示這些元素在試樣2.體視顯微鏡的分析體視顯微鏡是低倍斷口形貌觀察不可缺少的工具，能幫助肉眼進(jìn)一步確定斷裂源和裂紋走向，以及觀察磨損或腐蝕的情況。若要進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以首先用體視顯微鏡分析，找出重點(diǎn)觀察部位，這樣可以提高分析效率，但它的放大倍數(shù)不高，一般不超過200倍。三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121022.體視顯微鏡的分析三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介20233.金相顯微鏡觀測金相顯微鏡是失效分析中常用的手段，如加工工藝(鑄造、鍛造、焊接、熱處理、表面處理等)不當(dāng)或工藝路線不當(dāng)造成的非正常組織或材料缺陷，都可以通過金相檢驗鑒別出來。三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121033.金相顯微鏡觀測三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/對于腐蝕、氧化、表面加工硬化、裂紋特征，尤其是裂紋擴(kuò)展方式(穿晶或沿晶)，都可從金相檢驗得到可靠的信息。但由于金相顯微鏡的分辨率低，景深小，不宜于作斷口觀察。3.金相顯微鏡觀測2023/9/12104對于腐蝕、氧化、表面加工硬化、裂紋特征，尤其是裂紋擴(kuò)展方式(4.掃描電子顯微鏡(SEM)觀測

掃描電子顯微鏡的最大特長是：不需要制備復(fù)型試樣，沒有透射電子顯微鏡復(fù)型制樣帶來的假像；光欄角很小，焦深很大，成像立體感特別強(qiáng)；放大范圍很寬，能從十倍直接放大到十萬倍，特別適合作斷口上的定點(diǎn)觀察；三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121054.掃描電子顯微鏡(SEM)觀測三、失效分析的基本實驗技掃描電子顯微鏡可以觀察深孔底部的形貌，這對觀察氣孔、疏松、氣蝕的底部情況是惟一較好工具；適合作拉伸、彎曲、壓痕、疲勞、刀具切削等動態(tài)形變過程的觀察；當(dāng)備有高溫、低溫裝置時，可觀察金屬與合金的相變過程和氧化過程。掃描電子顯微鏡的不足之處就是不能分辨顏色和不能定結(jié)構(gòu)。4.掃描電子顯微鏡(SEM)觀測2023/9/12106掃描電子顯微鏡可以觀察深孔底部的形貌，這對觀察氣孔、疏松、氣5.透射電子顯微鏡(TEM)觀測透射電子顯微鏡有很高的分辨率，能區(qū)分掃描電鏡不易區(qū)分的形貌細(xì)節(jié)，能確定第二相的結(jié)構(gòu)，如配有能譜，還能測定第二相的成分。三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121075.透射電子顯微鏡(TEM)觀測三、失效分析的基本實驗技術(shù)透射電子顯微鏡不能做400倍以下到很高倍數(shù)的定點(diǎn)連續(xù)觀察，制樣過程較復(fù)雜，有時還會產(chǎn)生假像。為保證不出現(xiàn)假像，一般用重復(fù)法，即在同一部位重復(fù)觀察多次。5.透射電子顯微鏡(TEM)觀測2023/9/12108透射電子顯微鏡不能做400倍以下到很高倍數(shù)的定點(diǎn)連續(xù)觀察，制6.電子探針(EP)觀測電子探針的主要特長在于能測量幾立方微米體積內(nèi)材料的化學(xué)成分，如測量細(xì)小的夾雜物或第二相的成分，檢測晶界或晶界附近與晶內(nèi)相比有無元素富集或貧化。三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121096.電子探針(EP)觀測三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介20電子探針不能代替常規(guī)的化學(xué)分析方法確定總體含量的平均成分；不能做H，He，Li三元素的分析，而且對Be(z=4)到Al(z=13)等元素的靈敏度都很低；也測不出晶界面上的微量元素，如可逆回火脆性晶界面上的富集元素。6.電子探針(EP)觀測2023/9/12110電子探針不能代替常規(guī)的化學(xué)分析方法確定總體含量的平均成分；67.俄歇能譜儀(AEM)分析俄歇能譜儀是進(jìn)行薄層表面分析的重要工具。它的出現(xiàn)對確定回火脆性原因方面起了很大作用。用它分析Li，Be，B，C，N，O時的靈敏度比電子探針高很多三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介2023/9/121117.俄歇能譜儀(AEM)分析三、失效分析的基本實驗技術(shù)簡介俄歇能譜儀不能測定H和He因為這兩種元素只有一層外層電子，不能產(chǎn)生俄歇電子此外，需要10-9～10-10Torr的超高真空，測試“