毕业设计（论文）-冷冲模具失效与防护及链片模具设计.doc

南昌航空大学继续教育学院毕业设计(论文)专业类名称 模具设计与制造 班级 模具设计与制造 学生姓名 指导教师 教研室主任 二八 年 11 月 1 日毕业设计（论文）任务书i、毕业设计(论文)题目：冷冲模具失效与防护及链片模具设计ii、毕 业设计(论文)技术要求： 1、分析冷冲模具的工艺性，了解其的材料; 2、认真选用合适的材料设备； 3、掌握冷冲模具的工作状态,分析损坏部位； 4、对冷冲模具零件进行测量，零件应符合公差要求; 5、提出合理的防护措施. iii、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间： 1. 9月25日10月5日搜集有关的课题资料，学习并熟悉设计所需软件； 2. 10月6日10月10日翻译外文资料，完成开题报告； 3. 10月11日10月15日进行产品工艺分析及模型的分析 4. 10月16日10月30日撰写毕业论文； 5. 11月1日11月5日交指导老师批改。 ； 、主 要参考资料：1 中国机械工程学会材料学会.模具失效分析.北京:机械工业出版社, 19872 国家机械工业委员会.失效分析.北京:机械工业出版社, 19873 . 钟群鹏,田永江,失效分析基础知识.北京:机械工业出版社, 19904 张清.金属磨损和金属耐磨材料手册.北京:机械工业出版社, 19905 蔡泽高等.金属磨损与断裂.上海:上海交通大学出版社,19856 佐腾忠雄,相尺力.模具材料及热处理.北京:机械工业出版社, 19897 程培源,赵仲治.模具寿命与材料.武汉:武汉工学院讲义,1994 材料科学与工程 学院 模具设计与制造 专业学生（签名）： 刘紫昆日期：自 08 年 9 月 25 日 至 08 年 10 月 30 日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 系（室）主任（签名）：目 录序 言.61、 模具寿命与失效的影响 .71.1 模具寿命与失效的基本概念.71.1.1 模具服役.71.1.2 模具损伤.71.1.3 模具失效.71.1.4 模具正常寿命（s）.71.2 模具寿命与生产率 .81.2.1 模具的设计时间（t1）.81.2.2 模具的制造时间（t2）.81.2.3 模具的安装、调试时间（t3）.81.2.4 模具的修复及维护时间（t4）.81.2.5 模具的工作时间（t5）.81.2.6 模具寿命与生产率.82、 冷冲模具失效分析.92.1 各类模具常见的失效形式.92.2 影响模具失效的因素.102.2.1模具的服役条件.102.2.2机床精度与刚性.102.2.3被加工件变形抗力及表面状态.102.2.4模具预热.102.2.5锻造温度.102.2.6润滑条件.112.2.7冷却条件.112.3 影响模具失效的关键因素.112.3.1模具结构.112.3.2机加工质量.112.3.3模具材料.122.3.4热处理.122.4 对失效模具进行分析.133、 冷冲模具失效常见的形式.133.1 磨损失效.13 3.1.1 磨损分类 .17 3.2 磨粒磨损 .13 3.2.1 磨粒磨损机理 .14 3.2.2 影响磨粒磨损的因素 .14 3.2.3 提高耐磨粒磨损的措施 .16 3.3 粘着磨粒.17 3.3.1 粘着磨损机理 .17 3.3.2 粘着磨损分类 .19 3.3.3 影响粘着磨损的因素 .20 3.3.4 提高耐粘着磨损性能的措施 .21 3.4 疲劳磨损.22 3.4.1 疲劳磨损的机理 .22 3.4.2 影响疲劳磨损的因素 .22 3.4.3 提高耐疲劳磨损性能的措施 .23 3.5 磨损的交互作用.23 3.6 断裂失效.24 3.6.1 断裂分类 .24 3.6.2 模具断裂表现形式 .24 3.6.3 一次性断裂 .24 4、 模具维护和管理 .28 4.1 模具维护.28 4.1.1 现场维护 .28 4.1.2 非现场维护 .28 4.2 模具的管理.29总 结.31 参考文献.32 致 谢 语 .33 附 录 1 附 录 2 附 录 3 附 录 4冷冲模具失效与防护及链片模具设计 学生姓名： 班级：模具设计与制造 指导老师： 摘要:随着生产现代化程度的不断提高，模具的使用精度也越来越高，市场对模具的需求也将越来越大，模具产品市场前景十分广阔。国内企业市场意识的逐步增强，行业竞争力将不断加剧，因此，一种安全、低成本、使用寿命长的生产技术的应用已越来越迫切。 模具失效是指模具丧失了正常工作能力,不能生产出正品。模具失效的基本形式有断裂与疲劳、塑性变形、磨损、咬合、冷热疲劳等。模具的服役条件有机床精度与刚性、被加工件变形抗力及表面状态、模具预热、锻造温度、润滑条件、冷却条件等。在一定的服役.条件下,造成模具失效的关键因素有模具结构、模具机加工质量、模具材料和热处理等。 模具失效是影响其使用寿命和生产效益的重大技术问题.本文介绍了冷冲模具失效的类型,分析了各种失效形式的特点和产生的原因与机理,提出了一些预防模具失效的工艺技术和管理措施,可供模具设计、使用时参考。本论文中设计的模具是链片模，主要是运用与具有链片零件，分析了冲压工艺。关键词:模具 失效 使用寿命 分析 对策 复合模 链片 冲压工艺序 言 模具作为机械工业一种重要的基础工艺装备,以成形效率高、质量好、节约原材料、降低成本等诸多优点,广泛应用于机械工业生产的各个领域。据统计,汽车、家电等产品的60%-85%的零件经模具加工,尤其是标准件、日用五金、塑料制品等均需通过模具生产。如何提高模具的加工质量和使用寿命是人们不断探索的课题,是一个国家模具工业发展技术水平的综合体现。然而,要延长模具的使用寿命,首先要对模具失效进行系统而深入的分析,找出造成模具失效的原因并制定相应的对策,这样才能有效地延长模具的使用寿命,产生巨大的经济效益。本论文就冷冲模具的失效与防护进行分析，在写论文过程中吸收了许多学校近年教学经验，本文得到了熊洪淼导师的帮助，对论文进行全面、认真的审查，在此谨表示深切的谢意。1、 模具寿命与失效的影响1.1 模具寿命与失效的基本概念 模具作为工业部门的重要工艺装备，有其特定的含义与内容。在研究模具失效问题时，常常涉及以下一些基本概念。 1.1.1 模具服役模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。 1.1.2 模具损伤模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态叫模具损伤。 1.1.3 模具失效模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时叫模具失效。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。模具因类型不同、生产的产品不同，失效的形式也不同。如锻模会因锻件尺寸不符合要求或锻模破裂而失效，而塑料件表面要求很光的塑料模，会因模具表面粗糙度变大而失效。模具的失效可分为非正常失效（早期失效）和正常失效。1. 正常失效（早期失效）模具未达到一定的工业技术水平下公认的寿命时就不能服役时，称模具的早期失效。早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损。2. 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。 1.1.4 模具正常寿命（s） 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，模具首次修复生产出的合格产品的数目，称首次寿命s1，模具一次修复后到下一次修复前所生产出的合格产品的数目，称修模寿命s2，模具寿命是首次寿命与修复寿命的总和。模具寿命与模具类型和结构有关，它是一定时期内模具材料性能、模具设计与制造水平、模具热处理水平以及使用及维护水平的综合反映。模具寿命的高低在一定程度上反映一个地区、一个国家的冶金工业、机械制造工业水平。1.2 模具寿命与生产率 产品设计完成后，其生产模具要经历从设计、制造、安装调试、维护，直至失效报废等不同阶段。 1.2.1 模具的设计时间（t1）从模具设计到模具所有工艺文件、图样完成所用的时间，称模具设计时间t1。产品不同，模具的设计时间也不同，少则几天，多则几月。 1.2.2 模具的制造时间（t2） 模具从制造开始到初次使用时所用的时间，称为模具的制造时间（t2）。1.2.3 模具的安装、调试时间（t3） 模具制造出来后，装在相应生产设备上，调试生产第一件合格产品所用的时间，称为模具的安装、调试时间（t3）。 1.2.4 模具的修复及维护时间（t4） 模具服役一段时间后，暂时性地失去功能或为了维护所用的时间，称为模具的修复及维护时间（t4）。t4包括拆卸、重新装在设备上所用的时间。 1.2.5 模具的工作时间（t5） 模具在设备上生产出合格产品所用的时间，称为模具的工作时间（t5）。 1.2.6 模具寿命与生产率 生产率与设备工作节奏有关，也与产品批量及模具寿命有关。 当产品批量小于模具寿命时，为了降低产品成本，只用一套模具，则 q = n/(t1+t2+t3+t4+n/60n)式中 q 生产率（件/h)； h 生产批量（件）； n 设备的工作节奏（次/min) t1、t2、t3、t4的单位为h。 不计设计、制造时间，则：q = n/(t3+t4+n/60n) 当产品批量大于模具寿命时，会消耗多套模具，不计修复时的装卸时间，最高的生产率为qmax = s/(t3+s/60n)实际生产中多数是一套模具完全失效后再换新模具，因此生产率为q = s/（t3+t4+s/60n）在这种情况下，只有t2t3+t3+s/60n时，才能使生产连续进行。 从上面的分析可以看出，减少模具的装配和修模次数与时间，提高模具的首次寿命与修复寿命，都能起到提高生产率的作用；设备工作节奏越快，模具寿命对生产率的影响就越大。大批量生产时，缩短制模时间，采用快换模装置，缩短装模时间，减少修复次数，将增加工作时间在整个时间的相对比例，会有效地提高生产率。2、 冷冲模具失效分析2.1各类模具常见的失效形式模具失效是指模具丧失了正常工作能力,不能生产出正品。模具失效的基本形式有断裂与疲劳、塑性变形、磨损、咬合、冷热疲劳等。由于模具的种类非常繁多,模具结构千差万别,模具成形时的工作条件也不尽相同,即使同一种类模具也存在明显的差异。因此模具的失效形式也是各不相同。表1为各类模具常见的失效形式,先前了解各类模具常见的失效形式,有助于对模具失效进行分析。表1各类模具常见的失效形式模具类别模具名称常见失效形式冷作模具冷冲裁模磨损、崩刃、断裂冷拉深模磨损、咬合、划伤冷镦模脆断、开裂、磨损冷挤压模挤裂、疲劳断裂、塑性变形、磨损热作模具热锻模冷热疲劳、裂纹、磨损、塑性变形热挤压模断裂、磨损、塑性变形、开裂热切边模磨损、崩刃热镦模断裂、磨损、冷热疲劳、堆塌压铸模有色金属压铸模热疲劳破坏、粘附、腐蚀黑色金属压铸模热疲劳破坏、塑性变形、腐蚀塑料模热固性塑料压模表面磨损、吸附、腐蚀、变形、断裂热塑性塑料注射模塑性变形、断裂、磨损玻璃模热疲劳破坏、氧化2.2影响模具失效的因素2.2.1模具的服役条件 了解模具的服役条件,是对模具进行失效分析的前提,是提高模具使用寿命的必备条件。不论是模具生产者,还是模具使用者都必须关心模具的服役条件,改善模具的服役条件。模具的服役条件包括机床精度与刚性、行程次数、被加工件变形抗力及表面状态、模具预热、模具组装、锻造温度、锻打速度、成形工艺、冷却条件、润条件等等。同一模具,其服役条件不同,使用寿命是不同的,有时甚至相差很大。2.2.2机床精度与刚性 机床精度与刚性对模具寿命,特别对冷冲裁与冷挤压模具的寿命影响极大。标准件行业曾做过试验,同样条件下生产的同一种模具,不同标准件厂因机床精度与刚性不同,模具使用寿命相差数倍;薄板冲裁模,其单侧间隙为0.03-0.1mm,在新系列400kn压力机上的刃磨寿命是在旧式c形压力机上的4倍;cr12mov钢制作的硅钢片冲模在新式压力机上的刃磨寿命是在旧式c形压力机上的4-7倍。其主要通过导致凸模受力不均,产生单边磨损严重或折断来影响模具的使用寿命。2.2.3被加工件变形抗力及表面状态 被加工零件的材质不同,厚度不同对模具寿命有很大影响,即使冲制同一种钢材,被加工材料退火充分与否,对模具寿命也有很大影响,有时甚至造成凸模频繁发生早期折断,无法正常生产;被加工材料的表面状态对冷作模的磨损、咬合均有影响。材料表面无氧化黑皮,也无脱碳层,仅存在极薄的氧化膜时,对模具工作最为有利,模具使用寿命较长。如t10a钢制冷冲模冲裁表面光亮的薄钢板的使用寿命为冲裁同等厚度热轧钢板的2倍。2.2.4模具预热 导热性差的钨系热作模具钢制模具,使用前必须进行预热,这样可提高韧性,降低模具型腔表面层的温度梯度和热应力,防止早期开裂。如3cr2w8v钢制压铸模,将模具进行预热后其寿命较不预热提高3倍。对锻模或热挤压模、热镦模也应进行预热尤其是冬天,更有必要对热作模具进行预热。2.2.5锻造温度 热作模具尤其是高温热作模具,若坯料加热温度太高,则可能使模具急剧软化,硬度降低,从而发生塌陷及变形等形式的失效。但若锻打温度太低,则被加工件变形抗力过大,会使模具发生磨损或断裂形式的失效。因此,锻造温度对热作模具的使用寿命影响较大。2.2.6润滑条件 良好的润滑条件可显著减少磨擦热及磨擦力,改善模具的受力状况,从而大大延长模具的使用寿命。如不锈钢表壳挤光模,改机油润滑为二硫化钼配制油剂润滑,模具寿命可提高100倍;热强钢叶片精锻模,改石墨油剂润滑为二硫化钼与玻璃复合润滑,模具寿命可提高5倍。2.2.7冷却条件 热作模具的使用寿命与冷却条件密切相关,若采用冷却方式、介质不当,模具会再出现早期失效,大大缩短其使用寿命。如含钨量较高的热作模具钢制模具,应避免喷水冷却,否则易出现早期热疲劳开裂,应以油水雾和通水内冷为宜。另外,行程次数、模具组装、锻打速度、成形工艺等与模具的使用寿命也密切相关,合理选取能避免模具的早期失效,有效地延长模具的使用寿命。操作者应严格遵守加工工艺,严格控制使用条件,这样才能充分发挥模具材料的潜力,提高其使用寿命。2.3影响模具失效的关键因素 在一定的服役条件下,造成模具失效的关键因素有模具结构、模具机加工质量、模具材料和热处理。2.3.1模具结构 模具结构包括模具几何形状、模具间隙、冲头模具的长径比、端面倾斜角、过渡角大小、热作模具中冷却水路的开设、装配结构等等。不合理的模具结构可能引起严重的应力集中或高的工作温度,从而恶化模具的工作条件。由于模具工作条件很复杂,准确计算其服役应力相当困难,模具设计主要凭借经验。因此,在进行模具结构设计时,应避免出现截面连结处或过渡处的尖角;冲制较深的标记如产品牌号、型号及厂名等;不通孔及不适当的孔距。这易造成模具热处理失败在模具结构中采用未倒角、公差不当、截面太薄、太细、长径比过大、设计超载等都会造成模具过早失效。如cr12mov钢制冷作模具,将原设计的台阶尖角改为圆角过渡,模具的寿命可提高4倍。采用组合或镶套结构,可以避免应力集中,比采用整体式结构的模具使用寿命提高4-5倍。2.3.2机加工质量 模具制造一般采用车、铣、刨、磨、钻及电加工(电火花穿孔、线切割、电火花成形等)等工序。若工艺不当会产生加工缺陷而造成模具早期失效。如铆钉模因表面有明显刃痕,在刃痕处引发早期疲劳断裂;对模具型腔表面研磨时,由于工艺不当,出现磨削过烧和磨削裂纹,其疲劳强度降低,模具易发生早期失效;电火花加工时,在模具加工表面最表层形成所谓“白亮层”,增大了工作面的脆性,易产生早期失效;表面粗糙度选取不当,对模具寿命也有较大的影响。2.3.3模具材料 模具材料是影响模具寿命的一个很重要的因素,模具材料选取不当,使模具易产生早期失效,影响其使用寿命。随着近年来许多新型高效模具钢材的研制成功,显著地提高了模具的寿命。d2钢制的冷冲裁模、滚丝模、滚轧轮等使用寿命较cr12mov钢提高5-6倍;采用ld钢制轴承滚子冷镦模、标准件冷镦凸模较cr12钢使用寿命提高几倍至十几倍;采用gd钢制的接触簧片级进模凸模的使用寿命w6mo5cr4v2提高25倍;用h13钢制铝型材挤压模具的使用寿命较3cr2w8v提高3-5倍。被加工材料变化时,模具材料的选择也有变化,加工碳钢的模具不一定适用于加工不锈钢。因此,模具的选材用材,首先要解决材料强度与塑性、韧性配合的合理性,应根据模具的工作条件及工作定额并结合各类模具材料的特点综合选用,同时又要考虑材料的冶金质量。2.3.4热处理 模具的成形工艺和工作条件,要求其具有一定的强度、硬度、塑性和韧性,同时还应具有一些特殊性能如热稳定性、热疲劳抗力及断裂韧度、高温磨与抗氧化性能、耐磨性能、断裂抗力、抗咬合能力及抗软化能力等等。不同模具其具体要求各不相同,为满足模具的性能要求,就必须对其进行热处理。模具热处理包括预备热处理和最终热处理。预备热处理主要目的是为模具最终热处理做组织准备,其关键是加热温度、冷却速度或等温温度的选择,若选取不当,造成合金元素固溶不充分、析出碳化物分布不均匀、切削硬度不合理等,影响后续加工处理,从而影响到模具的使用寿命。最终热处理的关键是淬火工艺的制定,淬火加热温度过高会引起钢中晶粒长大,从而使冲击韧性下降,导致模具开裂及脆断;过低,使模具易产生塑性变形或压塌等早期失效。冷却速度过快,易出现淬火裂纹,将严重缩短疲劳寿命,甚至引发早期断裂。因此,如果热处理工艺不合理或操作不当,将会产生明显缺陷,如变形、开裂或严重影响到模具钢的组织状态,引起模具早期失效。2.4对失效模具进行分析对失效模具进行分析,是制定提高模具寿命的技术方案及采取技术措施的依据,是至关重要的环节。通过对失效模具进行分析,可找出造成模具失效的原因。对失效模具进行分析,首先要确定模具失效的形式,对单个失效模具,可根据失效模具的具体特征并参照同类模具常见的失效形式来确定其失效形式;对于一批失效模具(同种),可先确定其失效形式的种类,统计每种失效形式所占的比例及每种失效模具的平均使用寿命,找出占比例较大且使用寿命很低的失效形式作为主攻方向。其次,检查模具的服役条件,判断是否是因模具的服役条件恶化,操作工艺不合理或操作不当引起模具失效。最后,可运用金相分析,硬度测试等技术手段从模具结构、机加工质量、模具材料和热处理等方面找原因,判断出造成模具失效的主要原因。如某厂用ch2001钢制作模具生产散热片,上线初期模具即发生根部断裂。现对失效模具进行分析:该模具为铝挤压模,其失效形式为断裂,其工作条件正常、工艺合理、操作符合要求。现以xrd分析,其残留奥氏体量含量为14.3%,偏高,样品经回火处理后,其残余奥氏体下降为约8.4%,判断可能存在回火不足。同时在模具截面金相图中,存在混晶现象,判断可能由于淬火温度过高或保温时间过长所致。由于混晶组织韧性差,加上残留奥氏体为不稳定相,容易因外界所施加的能量而变态产生质脆的马氏体组织,因此模具发生断裂。3、 冷冲模具失效常见的形式 3.1 磨损失效 由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损。模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动，造成磨损。当这磨损使模具的尺寸发生变化了模具的表面状态使之不能继续服役时，叫磨损失效。3.1.1 磨损分类模具成形坯料不同,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。3.2 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叫磨粒磨损。工件表面的硬突出物刮擦模具引起的模损也叫磨粒磨损。 3.2.1 磨粒磨损机理当磨粒与工件和模具表面接触时，作用在磨粒上的作用力可分为垂直表面和平行表面的两个分力，如下图3-1。垂直分力使磨粒压入金属表面，平行分力使磨粒与金属表面产生相对切向运动。磨粒压入金属表面是磨粒磨损的第一阶段，而压入金属表面的磨粒与金属表面的相对切向运动是磨粒磨损的第二阶段，两个阶段的综合即构成完整的磨粒磨损过程。在用模具成形工件时，一般情况模具比工件硬度高，磨粒首先被压入软工件内，在模具与工件相对运动时刮擦模具，从模具表面切下细小的碎片。当模具表面存在沟槽、凹坑时，磨粒不易从凹坑中出来（或粘结在模具表面上）随工件一起运动，磨粒将耕犁或犁皱工件，如图3-2所示。 3.2.2 影响磨粒磨损的因素 1.磨粒的大小和形状 磨粒平均尺寸越大，模具的磨损量越大，但磨粒的尺寸到达一定值后，磨损量保持不变。磨粒的外形越呈多棱形，越锋利，磨损量越大。 图3-1 磨粒磨损机理模型 图3-2 磨粒耕犁与犁皱模型模具与工件表面压力随着模具与工件压力的增加,磨粒压入模具的深度增加,磨损越严重。但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓，如图3-3所示。 图3-3 压力对磨损量的影响3. 磨粒尺寸与工件厚度的相对比值工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入深度越深，对模具的磨损越小。4. 磨粒硬度hm与模具材料硬度ho磨粒硬度hm与模具材料的硬度ho之间的相对值对磨损影响很大。当hmho时，如图3-4中区，为严重磨损状态，此时磨损量较大，曲线趋平。 图3-4 相对硬度对磨损量的影响3.2.3 提高耐磨粒磨损的措施 1.提高模具材料的硬度 一般情况下，模具材料硬度越高，抗磨粒压入的能力越强，耐磨损性越好。 2. 进行表面耐磨处理 模具使用工况恶劣，承受一定的冲击载荷，模具的整体必须具有一定的韧性。因此，对模具表面进行耐磨处理，是在保证一定韧性的条件下，提高模具耐磨性的有效途径。 3. 采用防护措施在模具服役过程中，及时清理模具表面与毛坯上存在的磨粒，防止磨粒的侵入，是提高耐磨性的有效方法。3.3 粘着磨粒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称为粘着磨损。 3.3.1 粘着磨损机理从微观上讲，模具表面总是凹凸不平的。模具与工件表面实际接触面积只有名义上的0.01%0.1%，只有少数微观凸体的峰顶接触，此时，峰点压力很大，有时高达5000mpa，足够引起塑性变形，并且表面温度因摩擦发热很高，严重时，甚至可使表面局部金属软化或熔化，从而破坏了表层的氧化膜和润滑膜，使新的金属材料暴露，造成了材料分子之间相互吸引、相互渗透、相互粘着和咬着的条件，于是它们之间就联接起来。这一过程一般只有几毫秒。随着相对运动的进行和接触部分温度急剧下降，峰顶相当于一次局部淬火，使粘着部分的材料强度增加，并形成淬火裂纹，最后造成撕裂和剥落。粘着磨损过程如图3-5。1） 微凸体开始接触，在接触峰顶产生弹-塑性变形；2） 微凸体接触点产生粘着，并形成粘结点；3） 粘结点附近产生裂纹；4） 粘结点在裂纹处被剪切，使微凸体分离；5） 微凸体附近弹性恢复，一个粘着磨损过程完结。图3-5 粘着磨损微观模型3.3.2 粘着磨损分类按照磨损严重程度,粘着磨损可分为轻微粘着磨损和严重粘着磨损。1. 轻微粘着磨损 当粘结点的强度高于模具与工件的强度时,剪切发生在结合面上图3-6（1）,这种磨损量不大。由于这种磨损只发生在工具与模具表面的氧化膜内，有称为氧化磨损。2. 严重粘着磨损当粘结点的强度高于模具与工件其中之一的材料强度时,剪切发生在工件或模具的基体上。严重粘着磨损又分a涂抹图3-6（2）、b擦伤图3-6（3）、c胶合图3-6（4）。（1）（2）（4） 图3-6 清洁金属粘附结点的剪断3.3.3 影响粘着磨损的因素1. 表面压力当平均压力小于材料硬度的1/3时，磨损量与载荷成正比，且不大；当压力超过临界值时，磨损量急剧上升；当压力很大时，接触表面处于很高温度，粘结点不易冷却，剪切面多发生在接触面，磨损转向下降。随着表面压力有小增大，磨损形式即由氧化磨损转变为严重磨损，在转化为氧化磨损（图3-7）。图3-7 （c）为0.25%的碳钢的磨损行为转变图2. 材料性质根据强度理论，脆性材料的破坏由应力引起，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。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。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。从材料的相组织结构来看，多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高。从晶体结构来看，密排立方结构比面心立方结构的金属抗粘着磨损的性能好。3.材料硬度1）两材料硬度相差较大时，剪切只发生在软金属的浅表层，磨损不大。2）两材料硬度相近时，粘结点强度一般高于两金属材料，剪切会同时发生在两材料的较深的部位，磨损严重。3.3.4 提高耐粘着磨损性能的措施1. 合理选用模具材料选与工件互溶性小的材料，可减小亲合力，降低粘结的可能性。2. 合理选用润滑剂和添加剂润滑油膜可以防止金属表面直接接触，成倍地提高抗粘着磨损的能力。3. 采用表面处理采用多种表面热处理方法，改变摩擦表面的互溶性质和表层金属的组织结构，避免同类金属相互摩擦能降低粘着磨损。3.4 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称为疲劳磨损。3.4.1 疲劳磨损的机理线、面接触的摩擦副中，在承受力和相对运动的情况下，表面及亚表面不仅有多变的接触压力且还有切应力，这些外力反复作用一定周次后，表面就会产生局部的塑性变形和加工硬化。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂纹扩展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。模具疲劳磨损的外载有机械载热载荷。因此可分为机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。3.4.2 影响疲劳磨损的因素1. 材质钢材的冶金质量，如气体含量，非金属夹杂物类型、大小、形貌和分布状态，是影响疲劳磨损的重要因素，特别是脆性和带有棱角状的非金属夹杂物，它们破坏了基体的连续性，在循环应力的作用下，夹杂物的尖角部位产生应力集中，并由于塑性变形加工硬化引起显微裂纹。2. 硬度一般来讲，硬度增加，强度增加，则增加表面抗疲劳能力。但硬度过高，疲劳裂纹扩展快，又引起抗疲劳磨损的能力降低(图3-8)。 图3-8 硬度与疲劳寿命3. 表面粗糙度由于表面粗糙，使接触压力作用在很小的面积上，造成很大的接触应力，表面粗糙度值底，接触面积增大，接触应力下降，有利于提高抗疲劳磨损的能力。3.4.3 提高耐疲劳磨损性能的措施1. 合理选择润滑剂润滑模具与工件表面，可避免模具与工件直接接触，润滑剂的粘度越高，在接触区能较好起到均化接触应力的作用，并缓冲冲击，从而相对地降低了最大接触应力。同时粘度高的润滑剂，还可充填在粗糙表面低洼处，因此，固体润滑剂比液体润滑剂好，在液体润滑剂中，加入适量的极压添加剂有利于模具提高抗疲劳磨损的能力，而粘度较低的润滑剂，易槭入裂纹中，造成高的液体压力，加速裂纹扩展，促进疲劳磨损。2. 进行表面强化处理在常温状态下，通过喷丸、液压等方式使模具工件表面金属受压缩产生塑性变形，并产生一定的宏观残余压缩应力，有利于提高抗疲劳磨损的能力。3.5 磨损的交互作用在模具与工件（或坯料）相对运动中，磨擦磨损情况很复杂，磨损一般不只是以一种形式存在，往往是多种形式并存，并相互促进。图3-12表示了模具磨损几种形式之间的关系。模具与工件表面产生粘着磨损后，部分材料脱落会形成磨粒，进而伴生磨粒磨损。磨粒磨损出现后，使得模具表面更粗糙，又造成进一步地粘着磨损。模具出现疲劳磨损后，同样出现磨损后的磨粒，造成磨粒磨损。磨粒磨损使得模具表面出现沟痕，粗化，这又加重了进一步的粘着磨损和疲劳磨损。模具出现腐蚀磨损后，随之而来的将会是磨粒磨损，进而伴生粘着磨损和疲劳磨损。3.6 断裂失效 3.6.1 断裂分类 断裂对模具业说是最严重的失效形式，它是各各因素产生的裂纹扩展的归宿。根据不同的出发点，断裂有如下几各分类方法。（1） 按断裂性质分 朔性断裂、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 还有其他分类方法。模具材料多为中、高强度钢，断裂的性质多为脆性断裂。本节将按第一种分类方法，讨论模具的脆性断裂。 脆性断裂是指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。脆性断裂包括一次性断裂和疲劳断裂两种。 一次性断裂是指在承受很大变形力或在冲击载荷的作用下，裂纹产生并迅速扩展扫造成的断裂。其断口为结晶状。 疲劳断裂是指在指在较低的应力下，经多次使用，裂纹缓慢扩展后发生的断裂。基断口为纤维状。 3.6.2 模具断裂表现形式 模具断裂表现为局部掉块和整个模具断裂成几大块，如图形3-9所示。图3-9 模具断裂3.6.3 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。（一） 穿晶断裂穿晶断裂是一种因拉应力作用面引起的解理断裂。所为解理断裂是指沿特定晶面的断裂。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。 1位错塞积理论材料在应力作用下，局部发生变形时，某一滑移面的位错源开始启动，产生一系列的位错，位错在切向应力的作用下沿滑移面的一定方向前进，当遇到障碍物、晶界、孪晶界时，发生塞积，从而引起应力集中和导致裂纹萌生，见图3-10。因此，解理的裂纹源总是起始于晶界，也可能起源于孪晶处。 图3-10 位错塞积2位错反应理论在体心立方晶格金属中，（101）面上滑动的位错和（102）面上滑动的位错在滑移面交线010处相遇发生位错反应，形成新位错，而这些新位错形成于不易滑动的（001）面上，越聚越多，塞积而导致（001）面形成裂纹，见图3-11图3-11体心立方晶格金属中位错反应示意图 必须指出的是，要使位错塞积形成穿晶裂纹，就需要这一塞积群前端聚积着的弹性能不被邻近材料中的塑性变形所松弛，也就是要求临近的位错不要启动而放出位错。从原子热运动的观点，在较高温度下，原子运动的热能大，因而临近位错源可借助热运动来启动，其所需要的松弛时间短，所以当位错塞积群前端聚集的弹性能沿未达到形成解理裂纹所需能量时，临近位错源就已启动而释放位错，使集的弹性能松弛，也就是使解理裂纹不易形成。但是在低温下，邻近的位错要得到足够的热运动较困难，位错塞积前前端扫聚集的弹性能难以通过邻近的位错运动而松弛，易导致脆性解理断裂。（二）沿晶断裂 裂纹沿晶界面扩展而造成金属材料的脆断，称为沿晶断裂。 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。造成晶界弱化的基本原因有两方面，一方面是材料本身的原因，另一方面是环境介质或高温的促进作用。 1晶界沿沉淀相造成的沿晶断裂 晶界上的析出相通常是不连续的，呈球块状、棒状和树枝状，有时覆盖面可达50%的晶界面积，沉淀周围形成微孔，这些微孔在力的作用下扩展连通而形成裂纹（图3-12）。 图3-12 孔洞连通形成裂纹 2杂质元素偏聚而造成的沿晶脆断 杂质原子存在于晶界，降低晶界键合能，当晶界的杂质元素会计师达到某一水平时，脆性断裂的途径从解理面变为晶界。 一般来讲，晶粒的晶界强度、晶内强度都随温度而变化，如图3-13所示。在某一温度时，晶界强度、晶内强度相等，这一温度称为等强温度。温度大于乖强温度，易产生沿晶断裂，温度小于等强温度，易产生穿晶断裂。图3-13 晶粒晶界强度与温度4、 模具维护和管理4.1 模具维护 4.1.1 现场维护模具安装在相应设备上工作之前、工作之后和工作间隙停顿时的维护称为现场维护。现场维护对热作模具尤为重要。1预热热作模具盛开的毛坯温度高，在用室温下的模具盛开高温毛坯时，由于巨大的温差使模具与毛坯接触的表面温度急剧上升，带来很大的热应力，易直接造成模具开裂。为了降低热作模具使用时的热冲击，在模具使用前应进行预热。同时，模具钢断裂韧度随着温度的升高而上升，为了提高模具工作时的断裂韧度，也应进行预热。预热是压铸模、热锻模服役中现场维护必不可少的内容。如压铸t8钢肋骨的经渗铝的3cr2w8v压铸模，使用前不预热，产生大量裂纹，模具寿命为509件；在使用4根0.7kw的电热管，将模具预热至少300，并在模腔上喷涂经加热的石墨水剂，使模具温度一直保持在260300，模具寿命为1190件。倡，当模具表面温度超过500550后，强度大为下降，如果模具预热温度过高，会造成模具服役中的温度过高，易产生塑性变形。因此，热作模的预热温度以250300为宜。2间歇工作时的保温模具使用过程中间停机时，模具温度会下降。模具服役一段时间后，由于热胀冷缩以及表面受热继续发生组织转变，将在模具内积累较大的热冲击。这样急冷热带来的热应力与内应力叠加，易在模具内萌生裂纹并引起开裂。因此，停工时，必须对模具进行保温，减小模具经受热冲击。保温也以模具温度在于250300为宜，保温方式可用预热模具两样的方式进行。3停工时的缓冷模具服役后，隔天再用蔌为了维修拆下前，不能让模具直接冷到室温，必须缓冷，使模具的温度缓慢下降，减小“冷冲击”。4.1.2 非现场维护模具从设备上拆下来的维修称非现场维护1去应力退火热作模具服役一定时间后，存在了较大的内应力。过大内应力与工作载荷带来应力相叠加很易达到破坏应力，造成模具的塑性变形与断裂，为了降低模具中的内应力引起的失效概率，当模具使用一段时间后，将模具卸下，进行去应力退火，降低模具中的内应力。中间去应力退火比模具退火温度低3050，去应力退火的间隔时间及次数与盛开件材料重量及模具材料有关。对于铝合金零件压铸模在预计模具寿命的30%和60%进行两次去应力退火，可提高模具寿命50%。2超前修模模具服役一段时间（仍能正常服役）后，为了提高模具总寿命，把模具拆卸下来修理称为超前修模。模具服