模具寿命复习资料.docx

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模具寿命复习资料

第一章绪论

一、1、模具成型工艺包括：

普通模锻，挤压，拉拔，冲压，压铸，塑料成型。

2、模具的分类：

（1）按模具加工材料的再结晶温度分,分为冷变形模具，热作模具，温变形模具。

（2）按模具加工坯料的工作温度分，热作模具，冷作模具，温作模具。

（3）按模具成形的材料分，金属成形模具，非金属成形模具。

（4）按模具的用途分，锻造模具，冲压模具，挤压模具，拉拔模具，压铸模具，塑料模具，橡胶模具，陶瓷模具，玻璃模具，其他模具。

3、模具寿命的基本概念：

模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数。

4、模具失效：

模具受到损坏,不能通过修复而继续服役。

广义上讲，模具失效是指一套模具完全不能再用。

生产中一般指模具的主要工作零件不能再用。

5、模具失效形式：

非正常失效（早期失效），正常失效。

非正常失效：

模具末达到一定的工业技术水平下公认的寿命,就不能服役。

早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损。

正常失效：

模具经大量的生产使用,因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役时，称模具的正常失效。

6、模具正常寿命：

模具正常失效前,生产出的合格产品的数目,称模具正常寿命，简称模具寿命S。

7、模具失效形式主义有三种：

磨损，断裂，塑性变形。

磨损：

由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象。

磨损失效：

当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继续服役。

8、模具成形坯料不同，使用状况不同，其磨损情况不同，但按磨损机理可分为：

磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损。

9、磨粒磨损：

外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象。

工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨损也叫磨粒磨损。

10、粘着磨损：

工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。

11、粘着磨损按照磨损严重程度分为：

轻微粘着磨损，严重粘着磨损（涂抹，擦伤，胶合）。

磨损程度排序：

轻微粘着磨损，涂抹，擦伤，胶合。

12、模具和工件的材料对粘着磨损的影响：

根据强度理论，脆性材料的破坏由正应力引起，塑性材料的破坏取决于切应力。

表面接触中最大正应力作用在表面，最大切应力出现在离表面一定深度。

所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。

（故模具材料一般选取强度、硬度较高的材料.）

13、

（1）相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副，粘着效应较强，容易发生粘着磨损。

（2）异性金属或者互溶性较小的材料组成的摩擦副，不易产生粘着磨损。

相同金属、晶格类型、原子间距、电子密度、电化学性能相近的材料副互溶性大，易于粘着而导致粘着磨损失效。

 金属与非金属（如塑料、石墨等），互溶性小，粘着倾向小。

16、疲劳磨损：

两接触表面相互运动时，在循环应力（机械应力与热应力）的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。

17、模具疲劳磨损的外载有：

机械载荷和热载荷。

因此可分为：

机械疲劳磨损和冷热疲劳磨损。

18、磨料磨损，粘着磨损，都是起因于固体间的直接接触，如果两表面间被一层油膜隔开，而两表面中间又没有磨粒存在，则这两种磨损就不会发生，也即说是可以避免的。

但对于疲劳磨损来说，即使摩擦副表面有良好的润滑，疲劳磨损仍可能发生，因为这种磨损是在循环变化的接触应力多次重复下材料因疲劳而发生的.

19、对于任何一副机械零件,疲劳磨损一般是难以避免的.

20、磨损的机理：

关于疲劳磨损的机理,目前比较集中的有两种学说:

第1种学说：

疲劳裂纹从表面产生

第2种学说：

疲劳裂纹从接触表面层下产生

21、疲劳裂纹从表面产生：

由于外载荷的作用，表面层的应力及摩擦力引起表层塑性变形，导致表层硬化,最后在表层出现初始裂纹

该裂纹由表面向里发展,经过交变加载后,裂纹发展到一定深度,并呈悬臂梁形状。

随后,在载荷继续作用下,裂纹折断,剥落,形成豆班状凹坑.

22、疲劳裂纹从接触表面层下产生：

由于接触应力的作用，在离表面一定深度的最大切应力处，塑性变形最激烈。

在载荷反复作用下而反复变形，使材料局部弱化，在最大切应力处首先出现裂纹。

然后，沿最大切应力的方向扩展到表面，从而形成疲劳磨损。

如果在最大切应力处的附近存在夹杂物等缺陷，则初始裂纹就从这些缺陷处产生。

23、断裂失效：

模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分，丧失服役能力的现象。

24、模具的断裂是由裂纹萌生及裂纹扩展两个过程来实现的，能对这两个过程产生影响的因素，也就是影响断裂失效的因素。

25、断裂分类及断裂形式：

一）断裂分类

（1）按断裂性质分：

塑性断裂、脆性断裂

（2）按断裂路径分：

沿晶断裂、穿晶断裂、混晶断裂（3）按断裂机理分：

一次性断裂、疲劳断裂

模具材料多为中、高强度钢，断裂的性质多为脆性断裂。

断裂时不发生或发生较小的宏观塑性变形（小于2％～5％）的断裂称脆性断裂。

26、一次性断裂：

按裂纹扩展路径的走向，一次性脆性断裂可分为：

穿晶断裂和沿晶断裂两种类型:

（1）穿晶断裂：

因拉应力作用而引起的解理断裂。

（解理断裂：

沿特定晶面的断裂。

）

当模具材料韧性差，存在表面缺陷、承受高的冲击载荷时，易发生穿晶断裂。

（2）沿晶断裂:

裂纹沿晶界面扩展而造成金属材料的脆断。

（一般来讲晶界键合力高于晶内，只有晶界被弱化时才会产生沿晶断裂。

）

27、晶粒晶界强度和温度的关系：

当温度大于等强温度时，易产生沿晶断裂.

当温度小于等强温度时，易产生穿晶断裂。

28、断裂失效思考题

已知K1c=20（查表）,用探伤手段测得裂纹（或缺陷）尺寸（即ac）=0.0002mm

问:

有裂纹的这个模具，能承受的最大外载荷是多少（Mpa）?

题2:

已知模具中发现的裂纹长度a0=0.0002mm,模具材料最大应力强度因子Kmax=50,最小应力强度因子kmin=49,C=0.0001,

m=1,模具承受的最大外载荷σc=200Mpa.

问:

有裂纹的这个模具剩余寿命还有多少?

29、塑性变形失效及多种失效形式的交互作用：

一、塑性变形失效：

模具在使用过程中，发生塑性变形，改变几何形状或尺寸，而不能修复再服役。

塑性变形的失效形式表现为塌陷、弯曲、镦粗等（图3—32）。

30、模具寿命的影响因素：

模具结构：

模具结构对模具受力状态的影响很大，合理的模具结构，能使模具在工作时受力均匀，应力集中小；也不易受偏载。

因此可以提高模具寿命。

模具结构影响包括以下几方面：

一、模具零件的两个面相交处，都会用圆角半径相连，如图4-1。

圆角半径是模具零件上的一个重要参数，包括外（凸）圆角半径和内（凹）圆角半径。

二、几何形状：

图4–4表示的是同一工件用的两种正挤压凸模。

采用图4-4a型结构,较图4-4b型结构挤压力降低20%，模具寿命也相应提高。

二、模具结构形式：

（－）整体模具与组合模具

整体模具不可避免的存在凹的圆角半径，很易造成应力集中，并由此引起开裂。

31、模具工作条件：

注意：

温度对材料强度，模具与工件的接触面的情况影响:

①在成形高温工件时，模具因接受热量而升温,随着温度的上升,模具的强度下降，易产生塑性变形，图4–10。

②模具同工件接触的表面与非接触表面温度差很大，在模具中造成温度应力；

③成形过程中，工件与模具是间断接触的，造成连续不断的热冲击，易萌生裂纹，造成疲劳磨损及断裂

④在高温下，模具与工件表面原子活性增加，增加相互粘结、发生粘着磨损的可能，也加速氧化磨损。

32、温度对模具寿命影响的规律:

坯料温度愈高，模具材料强度下降越厉害，温度应力及热冲击愈大，模具寿命愈低。

33、设备特性（设备的精度和刚度）：

设备运动部分的导向精度高，上、下模不易错移，不易出现附加的横向载荷和转矩，模具磨损模具寿命高。

34、

35、模具材料性能（包括使用性能和工艺性能）：

（一）使用性能：

1．强度

（l）屈服强度:

材料抗塑性变形的能力。

（2）断裂强度:

材料抗断裂破坏的能力。

（3）裂纹临界应力强度因子:

材料抗裂纹扩展的能力。

2．冲击韧度:

材料承受冲击载荷或冲击能量的能力。

3．耐磨性:

材料抗磨损的能力。

4．耐蚀性:

材料抗周围介质腐蚀的能力。

5．硬度:

材料抗外部物体压入的能力。

6．热稳定性:

材料在高温下，保持其组织、性能稳定的能力。

7.耐热疲劳性:

高温下，材料承受应力频繁变化的能力。

（二）工艺性能：

1、锻造工艺性能：

材料对锻造工艺的适应性。

2、切削加工工艺性能：

材料切削加工的难易程度。

3、热处理工艺性能:

材料在热处理时，获得所需组织、性能和形状尺寸的难易程度。

4.淬透性:

材料在一定条件下进行淬火,获得淬透层深度的能力。

36、模具制造：

37、一、模块的锻造：

锻造的原因:

模具用钢多为高碳、高合金钢，不同程度的存在成分偏析、组织偏析、碳化物粗大不均、晶粒粗大等缺陷，使得钢材的性能差，同时，所用原材料的形状与尺寸也可能与模块要求不符。

锻造的目的:

获得所需要的模块的内部组织和使用性能以及近似形状尺寸。

三、锻造操作方法：

模块毛坯锻造工序有:

基本工序、辅助工序、修理工序。

其中基本工序包括：

镦粗、拔长、冲孔、扩孔

修整工序有：

鼓形滚圆、端面平整。

1.镦粗----使坯料高度减小而横截面增大的工序。

常用工序:

平砧镦粗。

图4-15。

38、由于变形不均，应力分布也不均匀。

小变形区的外表面受到较大的切向拉应力。

容易引起表面纵向裂纹。

当高径比H0/D0=2.5～1.5时，镦粗易出现双鼓形（图4-17）。

39、生产中避免镦粗时表面纵裂缺陷的具体方法

①凹形坯料镦粗

凹形坯料镦粗工艺可在一定程度上避免表面纵向裂纹产生,但有局限性，凹形坯料镦粗需要首先对坯料进行侧凹成形，而径向侧凹成形工艺实施起来比较困难，而且很难保证径向侧凹的一致性；

②软金属垫镦粗

软金属垫镦粗工艺也可在一定程度上避免表面纵向裂纹产生,但需要耗费软垫金属材料，而且不可能完全消除鼓形.

③坯料叠起镦粗

坯料叠起镦粗对减少纵裂缺陷有一定效果,但坯料叠镦对成形高径比较大的坯料因易发生失稳而受到限制，同时，叠镦时要求坯料严格对中，使实际工艺操作极为不便。

40、2．拔长：

使坯料横截面减小、长度增加的工序.常用于锻造轴类和杆类等零件。

拔长过程中在坯料沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系列镦粗工序的组合，

★具有与镦粗变形相类似的特征，即坯料侧表面产生鼓形，内部的变形分布不均匀。

拔长工序中，相对送进量（L0/h0）对锻造质量影响较大。

41、当相对送进量L0/h0<0.5，变形区出现双鼓形（图4-22a），

★变形集中在上下表层，中心部分锻不透，而且出现轴向拉应力，容易引起内部横向裂纹。

41、当L0/h0＞1，拔长出现单鼓形，（图4-22b）。

心部变形很大,得以锻透，但侧面鼓形，容易引起侧面裂纹及角裂。

42、相对送进量L0/h0<0.5或L0/h0＞1→裂纹产生，为避免锻造裂纹的产生，应取相对送进量L0/h0=0.5～0.8。

有利于焊合坯料内部的孔隙、疏松。

43、模具的电加工与机加工：

模具加工包括:

模具外形加工和工作型腔（面）加工。

44、电加工后的材料组织（生成加工变质层）

电加工变质部分简图（电加工表层组织）

从表到里由四个部分组成：

（l）附着碳素物质层形成

（2）蒸发熔融转化层形成

（3）熔融残留层（4）热变质层

45、模具热处理（模具热处理是模具制造工艺中的第三个步骤）

热处理对模具的性能有着十分重要的影响,几乎所有的模具都经过热处理这道工序.

如果热处理操作不当,将会影响模具的使用性能和寿命.

46、模具材料

一、模具材料的分类：

按模具类别的不同分为：

冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其他模具材料。

二、按材料的类别分为：

钢铁材料，非铁金属材料，非金属材料。

模具材料的性能相对于一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方面考虑：

47、冷作模具钢：

冷作模具钢的性能要求:

高硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。

48、新研制和引进的冷作模具钢：

GD钢，D2钢，A2钢等。

49、

50、

51、热作模具钢：

再结晶:

当冷变形金属被加热到较高温度时,由于原子活动能力增大,晶粒的形状开始发生变化,由破碎拉长的晶粒变成完整的等轴晶粒,这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称为再结晶.

再结晶温度:

再结晶不是一个恒温过程,它是自某一温度开始,随温度升高而进行的形核、长大的过程,我们把冷变形金属发生再结晶的最低温度称为再结晶温度.

52、热作模具:

对金属材料加热到再结晶温度以上进行压力加工的模具。

53、

（一）按加工形式分

（1）热冲切模具:

热切边模、热切料模。

（2）热变形模具:

锤锻模、压力机锻模、热挤压模。

（3）压铸模具:

铝合金压铸模、铜合金压铸模、黑色金属压铸模。

54、

（二）按模具所加工的材料分：

（1）加工金属材料模具:

加工黑色金属（钢）、有色金属的模具。

（2）加工非金属材料模具:

加工玻璃、塑料等模具。

55、热作模具的一般性能要求：

抗热性优；综合性能好（即强度和韧性足够）；淬透性大；耐磨性高。

56、热作模具对硬度的要求:

a.热作模具工作温度相对低时则要求的硬度要高，工作温度相对高时，硬度要低。

b.模具的尺寸愈大，则硬度要低；尺寸愈小，硬度要高。

形状愈复杂，则硬度要低；反之，形状愈简单，硬度要高。

57、塑料模具钢：

一、塑料模具的失效分析：

磨损失效，塑性变形失效，断裂失效

二、塑料模具钢的性能要求：

（1）使用性能：

1、硬度高，2、一定的抗热性，3、尺寸稳定性好，4、有一定的耐蚀性。

（2）工艺性能：

1、热处理变形小，淬透性高。

2、切削加工性好，优良的抛光、耐磨性能.3、冷压成型性要好.4、焊接性能优良，锻造工艺性能良好。

58、塑料模具钢的选用：

1．冷压成型塑料模选材，以低碳钢（渗碳钢）为主.

2．切削成型塑料模选材，以调质钢为主进行调质处理后加工。

3．强烈磨损的热固性或热塑性塑料模选材，可选用冷作模具钢制模.

4．高级塑料模（高精度、超镜面、型腔复杂、大截面模具，制品为大批量生产）选材选用超低碳马氏体时效钢,也可采用少Ni无Co的低合金马氏体时效钢。

简要的说，模具材料选材主要考虑因素是：

1.首先满足材料的使用性能；

2.考虑材料的工艺性能

3.模具切削加工成型后热处理工艺。

模具寿命分析的一般步骤：

一、模具的工作特点分析

二、模具的主要失效形式分析

三、影响模具失效的主要因素分析

四、提高模具寿命的措施

五、模具材料的选用

60、

（一）冲裁模的主要失效形式为：

磨损

从磨损机理上看,主要为:

粘着磨损，磨粒磨损（伴生），疲劳磨损（使用时间过长）

61、从磨损的部位来看，可细分为:

刃口磨损，侧面磨损，端面磨损

由于凸、凹模刃口处于端面最大压应力和侧面最大压应力的交汇处，同时处在端面最大摩擦力和侧面最大摩擦力的交汇处，因此凸、凹模的刃口工况最恶劣，磨损最严重。

）

62、冲裁间隙的选择原则：

采用较大间隙能提高模具寿命，一般情况下，模具寿命是小间隙的2一3倍，有时可达6～7倍。

因此，在满足冲裁件断面质量的情况下，尽量采用大间隙。

63、二、拉深模的主要失效形式

磨损

（1）磨损形式:

粘着磨损

（2）磨损部位:

凹模、凸模、压边圈端面、凹模圆角半径处

三、锤锻模的主要失效形式：

磨损，塑性变形，断裂