模具寿命与失效剖析

1、2021-4-27 模具寿命与失效剖析 1 第三章第三章 模具失效的基础知识模具失效的基础知识 第一节第一节 模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理 一、模具失效的种类一、模具失效的种类 1 1、按经济法观点对失效分类、按经济法观点对失效分类 2 2、按失效形式及失效机理分类、按失效形式及失效机理分类 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 2 l模具的使用时间已到寿命终止期，属正常模具的使用时间已到寿命终止期，属正常 失效，应由模具使用者自己负责。失效，应由模具使用者自己负责。 l若模具制造者提供的使用说明书没有对使若模具制造者提供的使用说明书没有对使 用寿命等作出明确规定，制造者也要承担

2、用寿命等作出明确规定，制造者也要承担 一定责任。一定责任。 在这种分类中你得 到什么启示？ 按经济法观点对失效分类 (1)正常耗损失效正常耗损失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 3 (2)模具模具缺陷失效缺陷失效 l属于模具质量问题属于模具质量问题, ,应由模具制造者承担责任。应由模具制造者承担责任。 (3)误用失效误用失效 l属于使用不当造成的失效，应由模具使用者承属于使用不当造成的失效，应由模具使用者承 担责任。担责任。 l若模具制造者提供的使用说明书没有对有关操若模具制造者提供的使用说明书没有对有关操 作作出明确规定，则制造者也要承担责任。作作出明确规定，则制造者也要承担责任。

3、 按经济法观点对失效分类 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 4 l属于其它原因或自然灾害等不可抗拒属于其它原因或自然灾害等不可抗拒 的因素所导致的失效。的因素所导致的失效。 按经济法观点对失效分类 (4)受累性失效受累性失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 5 二、磨损失效的类型和机理二、磨损失效的类型和机理 l由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失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。去物质的现象叫磨损。 l模具在服役时，与成形坯料接触，产生相模具在服役时，与成形坯料接触，产生相 对运动，造成磨损。对运动，造成磨损。 l当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模当磨

4、损使模具的尺寸发生变化或改变了模 具的表面状态使其不能继续服役时，叫磨具的表面状态使其不能继续服役时，叫磨 损失效。损失效。 这种失效使产品有 什么变化特征? 模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 6 1.磨粒磨损的形成和特征 l外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面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料脱落的现象叫磨粒磨损。 l工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨 损也叫磨粒磨损损也叫磨粒磨损。 工件表面的硬凸 物是哪来的? (一

5、)磨粒磨损 模具寿命与失效剖析7 2021-4-27 l 磨粒磨损的形成过程 n用模具成形工件时，由于模具比工件硬度用模具成形工件时，由于模具比工件硬度 高，磨粒首先被压入软工件内，在模具与高，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，从模具表面切工件相对运动时刮擦模具，从模具表面切 下细小的碎片。下细小的碎片。 n当模具表面存在沟槽、凹坑时，磨粒不易当模具表面存在沟槽、凹坑时，磨粒不易 从凹坑中出来从凹坑中出来（或粘结在模具表面上或粘结在模具表面上）随随 着工件运动，磨粒将耕犁或犁皱工件。着工件运动，磨粒将耕犁或犁皱工件。 磨粒磨损 模具寿命与失效剖析8 2021-4-27

6、l 磨粒磨损的主要特征 n摩擦表面上摩擦表面上 有擦伤、划有擦伤、划 痕或形成犁痕或形成犁 皱的沟痕。皱的沟痕。 磨粒磨损 模具寿命与失效剖析9 2021-4-27 2.2.磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 n1)微观切削磨损机理 n磨粒在材料表面的作用磨粒在材料表面的作用 力力F可分为与金属表面可分为与金属表面 平行的分力平行的分力Fx和垂直的和垂直的 分力分力Fy。 nFy使磨粒压入金属表面形成压痕；使磨粒压入金属表面形成压痕； nFx推动磨粒与金属表面产生相对切向运动。推动磨粒与金属表面产生相对切向运动。 磨粒磨损 模具寿命与失效剖析10 2021-4-27 n当磨粒

7、棱角锐利，又当磨粒棱角锐利，又 具有合适的角度时：具有合适的角度时： 在金属表面切削出长在金属表面切削出长 而浅的沟痕，形成切而浅的沟痕，形成切 削屑，在表面留下犁削屑，在表面留下犁 沟。沟。 这种切削形成的切屑很小，但在显微镜下这种切削形成的切屑很小，但在显微镜下 观察，切屑仍具有机床切屑的特点，观察，切屑仍具有机床切屑的特点， 所所 以称为微观切削。以称为微观切削。 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析11 2021-4-27 n当磨粒无锐利的棱角，当磨粒无锐利的棱角， 磨粒棱角的棱边不是磨粒棱角的棱边不是 对着材料表面的运动对着材料表面的运动 方向时：

8、方向时： 磨粒和被摩擦表面之磨粒和被摩擦表面之 间的夹角太小；间的夹角太小； 表面材料塑性很高时表面材料塑性很高时 都不会产生表面切削。都不会产生表面切削。 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析12 2021-4-27 l 2)2)多次塑变磨损机理多次塑变磨损机理 n当磨粒的棱角不太尖锐，突出部分高度较小时， 磨粒不发生表面切削摩擦，而是以较大的力沿金 属表面滑行，表面金属被推向磨粒运动的前方或 两侧，产生堆积，这 些堆积物没有离开金 属基体，但使表面产 生很大塑性变形。这 种不产生切削的犁沟 称犁皱。 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析

9、模具寿命与失效剖析13 2021-4-27 2)2)多次塑变磨损机理多次塑变磨损机理 n在随后的磨粒继续作在随后的磨粒继续作 用时，有可能把堆积用时，有可能把堆积 物重新压平或使已变物重新压平或使已变 形的沟底材料再次被形的沟底材料再次被 犁皱变形。犁皱变形。 n如此反复塑变，导致金属表面产生加工硬如此反复塑变，导致金属表面产生加工硬 化，最终剥落而成为磨屑。化，最终剥落而成为磨屑。 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析14 2021-4-27 n多次塑变后被磨损 的磨屑呈块状或片 状，金属表面可以 观察到反复塑变和 辗压后的层状折痕 以及一些台阶、压 坑及

10、二次裂纹等。 n 2 2）多次塑变磨损机理）多次塑变磨损机理 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析15 2021-4-27 n多次塑变磨损后产生金属表面分离的磨多次塑变磨损后产生金属表面分离的磨 屑是因为材料表层微观组织受磨粒反复屑是因为材料表层微观组织受磨粒反复 作用的应力超过材料表面的疲劳极限所作用的应力超过材料表面的疲劳极限所 造成的。造成的。 l 3 3）疲劳磨损机理）疲劳磨损机理 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析16 2021-4-27 n对于脆性材料，在压痕试验中可以观察到对于脆性材料，在压痕试验中可以观察

11、到 材料表面压痕伴有明显的裂纹材料表面压痕伴有明显的裂纹 n根据这一现象，微观断裂磨损机理认为：根据这一现象，微观断裂磨损机理认为： 脆性材料在磨粒磨损时会使横向裂纹互相脆性材料在磨粒磨损时会使横向裂纹互相 交叉或扩散到表面，造成材料剥落。交叉或扩散到表面，造成材料剥落。 l 4）微观断裂磨损机理 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析17 2021-4-27 n从以上分析可知，各种机理都可以解释从以上分析可知，各种机理都可以解释 部分磨损特征，但都不能解释所有的磨部分磨损特征，但都不能解释所有的磨 粒磨损现象粒磨损现象 n所以磨粒磨损过程可能是这几种机理综所

12、以磨粒磨损过程可能是这几种机理综 合作用的反映，而其中的某一种损害可合作用的反映，而其中的某一种损害可 能起主要作用。能起主要作用。 磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析 模具寿命与失效剖析18 2021-4-27 3.影响磨粒磨损的因素 n1）磨粒尺寸与几何形状 n磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。 但当磨粒的尺寸超过一定值后，体积磨损量但当磨粒的尺寸超过一定值后，体积磨损量 增加的幅度明显减小。增加的幅度明显减小。 n当磨粒的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面当磨粒的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面 磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出

13、较小磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出较小 时，磨损率较小。时，磨损率较小。 磨粒磨损磨粒磨损 模具寿命与失效剖析19 2021-4-27 n2 2）磨粒硬度）磨粒硬度 n磨粒磨损与磨粒硬度磨粒磨损与磨粒硬度 HaHa和金属硬度和金属硬度HmHm之间之间 的相对值的大小有关。的相对值的大小有关。 n区为低磨损状态： HmHm1.25Ha1.25Ha，金属表面产生轻微磨损，磨损率，金属表面产生轻微磨损，磨损率 较小。曲线上升平缓。较小。曲线上升平缓。 n区为磨损过渡状态： 0.8Ha0.8HaHmHm1.25Ha1.25Ha，磨损轻、重转化阶段，磨损轻、重转化阶段， 磨损率急剧增加，曲线上升很陡

14、。磨损率急剧增加，曲线上升很陡。 影响磨粒磨损的因素影响磨粒磨损的因素 模具寿命与失效剖析20 2021-4-27 n区为高磨损状态： Hm0.8Ha，金属表，金属表 面产生严重磨损，磨面产生严重磨损，磨 损量大，磨损率小。损量大，磨损率小。 曲线平缓。曲线平缓。 影响磨粒磨损的因素影响磨粒磨损的因素 n试验结果表明：要减小磨粒磨损量，金属的硬度试验结果表明：要减小磨粒磨损量，金属的硬度 Hm应比磨粒的硬度应比磨粒的硬度Ha高。高。 n实际经验：只要求满足实际经验：只要求满足 Hm1.3Ha，就可达到减，就可达到减 小磨损量的目的。小磨损量的目的。 n因为因为Hm高到一定时，不会再得到更显著的

15、改善。高到一定时，不会再得到更显著的改善。 模具寿命与失效剖析21 2021-4-27 n3 3）模具与工件表面压力）模具与工件表面压力 n模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入 金属表面的深度越深，则磨损量越大。金属表面的深度越深，则磨损量越大。 n但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使 磨损量的增加减缓。磨损量的增加减缓。 n4 4）工件厚度）工件厚度 n工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工 件的深度越深，对模具的磨损量减小。件的深度越深，对模具的磨损量减小。 影响磨粒磨损的

16、因素影响磨粒磨损的因素 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 22 l 1.粘着磨损的形成和特征粘着磨损的形成和特征 l工件与模具表面相对运动时，由于表工件与模具表面相对运动时，由于表 面凹凸不平，某些接触点局部应力超面凹凸不平，某些接触点局部应力超 过了材料的屈服强度发生粘合，粘合过了材料的屈服强度发生粘合，粘合 的结点发生剪切断裂而拽开，使模具的结点发生剪切断裂而拽开，使模具 表面材料转移到工件上或脱落的现象表面材料转移到工件上或脱落的现象 称为粘着磨损。称为粘着磨损。 (二二)粘着磨损粘着磨损 磨损失效的类型和机理磨损失效的类型和机理 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 23 l磨

17、损的四种类型磨损的四种类型 l接触表面发生粘着以后，根据运动产生的切接触表面发生粘着以后，根据运动产生的切 应力、接触处的粘合强度、金属本体强度三应力、接触处的粘合强度、金属本体强度三 者之间的不同关系而产生的不同破坏现象，者之间的不同关系而产生的不同破坏现象， 可以把粘着磨损分为：可以把粘着磨损分为： l1）涂抹；）涂抹；2）擦伤）擦伤 ；3）撕脱；）撕脱； 4）咬死）咬死 粘着磨损粘着磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 24 l磨损的四种类型磨损的四种类型 l1）涂抹 l当较软金属的剪切强度小于接触处的粘合强当较软金属的剪切强度小于接触处的粘合强 度，也小于外加的切应力时，剪切破

18、坏发生度，也小于外加的切应力时，剪切破坏发生 在离粘着结合面不远的较软金属层内，被剪在离粘着结合面不远的较软金属层内，被剪 切的软金属涂抹在硬金属表面上的现象。切的软金属涂抹在硬金属表面上的现象。 粘着磨损粘着磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 25 l磨损的四种类型磨损的四种类型 l2）擦伤 软金属表面产生细而浅的划痕；有软金属表面产生细而浅的划痕；有 时硬金属表面也有划伤的现象。时硬金属表面也有划伤的现象。 l3）撕脱 剪切破坏发生在摩擦副一方或两方剪切破坏发生在摩擦副一方或两方 金属较深处，有较深划痕的现象。金属较深处，有较深划痕的现象。 l4）咬死 摩擦副之间咬死，不能相对运

19、动的摩擦副之间咬死，不能相对运动的 现象。现象。 粘着磨损粘着磨损 模具寿命与失效剖析26 2021-4-27 l 粘着磨损的主要特征粘着磨损的主要特征 n金属表面有细的划痕，沿滑动方向可能形成交金属表面有细的划痕，沿滑动方向可能形成交 替的裂口、凹穴。替的裂口、凹穴。 n摩擦副之间有金属转移，摩擦副之间有金属转移， 表层金相组织和化学成表层金相组织和化学成 分均有明显变化。分均有明显变化。 n磨损产物多为片状或小磨损产物多为片状或小 颗粒，在金属表面形成颗粒，在金属表面形成 大小不等的结疤。大小不等的结疤。 粘着磨损粘着磨损 模具寿命与失效剖析27 2021-4-27 2.2.粘着磨损机理的

20、理论分析粘着磨损机理的理论分析 n在大气中的金属表面都存在氧的吸附层。图在大气中的金属表面都存在氧的吸附层。图3-6表示了经过表示了经过 机械加工后，金属表层的结构。机械加工后，金属表层的结构。 n第一层为氧的物理吸附层、第二层为氧的化学吸附层。这第一层为氧的物理吸附层、第二层为氧的化学吸附层。这 两层是金属与周围空气中的氧交互作用而形成的。两层是金属与周围空气中的氧交互作用而形成的。 n第三层为塑性变形层，是机械加工所引起的。第三层为塑性变形层，是机械加工所引起的。 粘着磨损粘着磨损 模具寿命与失效剖析28 2021-4-27 n在干摩擦情况下，两摩擦表面直接接触。在干摩擦情况下，两摩擦表面

21、直接接触。 粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析29 2021-4-27 n在边界摩擦情况在边界摩擦情况 下，边界膜的厚下，边界膜的厚 度比两摩擦表面度比两摩擦表面 的粗糙度之和要的粗糙度之和要 小，所以两摩擦小，所以两摩擦 表面之间仍有局表面之间仍有局 部接触区。部接触区。 粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析30 2021-4-27 n在液体摩擦情况在液体摩擦情况 下，润滑油膜的下，润滑油膜的 厚度大于两摩擦厚度大于两摩擦 表面粗糙度之和，表面粗糙度之和， 两摩擦表面之间两摩擦表面之间 不直接接触。不直接接触。 粘着磨损机理的理论分析

22、粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析31 2021-4-27 n实验证明：当两块新鲜纯净的金属接触实验证明：当两块新鲜纯净的金属接触 之后再分离，经过检测发现金属能够从之后再分离，经过检测发现金属能够从 一个表面转移到另一个表面的现象，这一个表面转移到另一个表面的现象，这 是原子间键合作用的结果。是原子间键合作用的结果。 n在空气中，摩擦副之间相对运动，在接在空气中，摩擦副之间相对运动，在接 触载荷较小时，金属表面吸附的一层氧触载荷较小时，金属表面吸附的一层氧 化膜能起到防止纯金属新鲜表面直接接化膜能起到防止纯金属新鲜表面直接接 触而产生粘着现象。触而产生粘着现象。 粘着磨损机理的理论分

23、析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析32 2021-4-27 n由于加工的影响，模具和工件表面存在一定的微由于加工的影响，模具和工件表面存在一定的微 观不平度，相互的接触表面只有少数微观凸起的观不平度，相互的接触表面只有少数微观凸起的 部位，实际的接触面积远远小于理论接触面积。部位，实际的接触面积远远小于理论接触面积。 n接触载荷较大时，接接触载荷较大时，接 触处就会产生很高的触处就会产生很高的 应力，以致超过材料应力，以致超过材料 的屈服强度而引起局的屈服强度而引起局 部的塑性变形。部的塑性变形。 粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析33 2021-4-2

24、7 n塑性变形和摩擦过程会产生很高的热量，接触处塑性变形和摩擦过程会产生很高的热量，接触处 的高温，可以使表面润滑油烧干，同时摩擦也可的高温，可以使表面润滑油烧干，同时摩擦也可 以使氧化膜破裂而显露出新鲜的金属表面。以使氧化膜破裂而显露出新鲜的金属表面。 n当裸露金属的新鲜当裸露金属的新鲜 表面直接接触，相表面直接接触，相 互之间的原子产生互之间的原子产生 吸引和渗透而发生吸引和渗透而发生 熔合粘着。熔合粘着。 粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析34 2021-4-27 n在随后的滑动中，刚形在随后的滑动中，刚形 成的粘着点被剪断、拉成的粘着点被剪断、拉 开，并转

25、移到工件表面开，并转移到工件表面 或脱落形成磨屑。或脱落形成磨屑。 n然后又在其他地方形成然后又在其他地方形成 新的粘着点，然后再被新的粘着点，然后再被 破坏，如此循环过程就破坏，如此循环过程就 构成粘着磨损。构成粘着磨损。 粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析 模具寿命与失效剖析35 2021-4-27 l 3.影响粘着磨损的因素 n（1）材料性质）材料性质 n（2）材料硬度）材料硬度 n（3）模具与工件表面压力）模具与工件表面压力 n（4）滑动摩擦速度）滑动摩擦速度 粘着磨损粘着磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 36 l 1.疲劳磨损的形成与特征 l两接触表面相互运动时

26、，在循环应力的两接触表面相互运动时，在循环应力的 作用下，使表层金属疲劳脱落的现象称作用下，使表层金属疲劳脱落的现象称 为疲劳磨损。为疲劳磨损。 （三）疲劳磨损 磨损失效的类型和机理磨损失效的类型和机理 模具寿命与失效剖析37 2021-4-27 l 疲劳磨损的形成过程 n在线、面接触的摩擦副中，在承受力和在线、面接触的摩擦副中，在承受力和 相对运动的情况下，接触表面有多变的相对运动的情况下，接触表面有多变的 接触压力和切应力；接触压力和切应力； n这些外力反复作用一定周次后，表面就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；会产生局部的塑性变形和加工硬化； 疲劳磨损

27、模具寿命与失效剖析38 2021-4-27 l 疲劳磨损的形成过程 n在某些组织不均匀处，由于应力集中，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形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂 物走向发展。物走向发展。 n当裂纹扩展到表面或与纵向裂纹相交时，当裂纹扩展到表面或与纵向裂纹相交时， 形成磨损剥落。形成磨损剥落。 疲劳磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 39 l 疲劳磨损的种类 l模具疲劳磨损的外载有机械载荷和热载模具疲劳磨损的外载有机械载荷和热载 荷。因此疲劳磨损可分为：荷。因此疲劳磨损可分为： l机械疲劳磨损、机械疲劳磨损、 l冷热疲劳磨损。冷热疲劳磨损

28、。 疲劳磨损疲劳磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 40 l 2.疲劳磨损的特征 l接触表面出现许多痘接触表面出现许多痘 状、贝壳状或不规则状、贝壳状或不规则 形状的凹坑，有些凹形状的凹坑，有些凹 坑较深，底部有疲劳坑较深，底部有疲劳 裂纹扩展线的痕迹。裂纹扩展线的痕迹。 疲劳磨损 模具寿命与失效剖析41 2021-4-27 l 疲劳磨损的特点 n疲劳磨损裂纹一般产生在金属的表面和疲劳磨损裂纹一般产生在金属的表面和 亚表面内，裂纹扩展的方向平行于表面，亚表面内，裂纹扩展的方向平行于表面， 或与表面成或与表面成1030的角度，只限于的角度，只限于 在表面层内扩展。在表面层内扩展。 n疲

29、劳磨损没有一个明显的疲劳极限，寿疲劳磨损没有一个明显的疲劳极限，寿 命波动很大。命波动很大。 疲劳磨损 模具寿命与失效剖析42 2021-4-27 l 疲劳磨损的特点 n疲劳磨损除受循环应力作用外，还要经疲劳磨损除受循环应力作用外，还要经 受复杂的摩擦过程，可能会引起表面层受复杂的摩擦过程，可能会引起表面层 一系列物理化学变化以及各种力学性能一系列物理化学变化以及各种力学性能 与物理性能变化等，所以工作环境比整与物理性能变化等，所以工作环境比整 体疲劳更复杂更恶劣。体疲劳更复杂更恶劣。 疲劳磨损 模具寿命与失效剖析43 2021-4-27 l 影响疲劳磨损的因素 n1）材料的冶金质量）材料的冶

30、金质量 n2）材料的硬度）材料的硬度 n3）表面粗糙度）表面粗糙度 疲劳磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 44 l 气蚀磨损 l金属表面产生的气金属表面产生的气 泡破裂，在瞬间产泡破裂，在瞬间产 生的冲击和高温，生的冲击和高温， 使模具表面形成微使模具表面形成微 小麻点和凹坑的现小麻点和凹坑的现 象叫气蚀磨损。象叫气蚀磨损。 哪来的气泡？哪来的气泡？ （四）其他形式磨损 模具寿命与失效剖析45 2021-4-27 l 气蚀磨损的形成过程 n当液体与模具接触处的局部压力比液体蒸当液体与模具接触处的局部压力比液体蒸 发压力低，就会形成气泡。发压力低，就会形成气泡。 n同时溶解在液体中的

31、气体也可能析出形成同时溶解在液体中的气体也可能析出形成 气泡。气泡。 n如果这些气泡承受的压力超过气泡内压力如果这些气泡承受的压力超过气泡内压力 时，气泡就会破裂。时，气泡就会破裂。 哪种模具表面可能与液体哪种模具表面可能与液体 接触接触? ? 模具寿命与失效剖析46 2021-4-27 l 气蚀磨损的形成过程 n在这种气泡的形成和破裂的反复作用下，在这种气泡的形成和破裂的反复作用下， 模具浅表面将萌生疲劳裂纹，最后扩展至模具浅表面将萌生疲劳裂纹，最后扩展至 表面，局部金属脱离表面或气化，形成泡表面，局部金属脱离表面或气化，形成泡 沫海绵状空穴。沫海绵状空穴。 哪种模具表面可能与液体哪种模具表

32、面可能与液体 接触接触? ? 其他形式磨损其他形式磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 47 l 冲蚀磨损 液体和固体微小颗液体和固体微小颗 粒高速落到模具表粒高速落到模具表 面，反复冲击模具面，反复冲击模具 表面，使模具表面表面，使模具表面 局部材料流失，形局部材料流失，形 成麻点和凹坑的现成麻点和凹坑的现 象叫冲蚀磨损。象叫冲蚀磨损。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析48 2021-4-27 l 冲蚀磨损 n当小滴液体以高速当小滴液体以高速(100(100m ms)s)落到模具表面落到模具表面 上，会产生很高的应力，一般可以超过金属上，会产生很高的应力，一般可以超过金属

33、 材料的屈服强度，甚至造成局部材料断裂。材料的屈服强度，甚至造成局部材料断裂。 n但速度不高的反复冲击会萌生疲劳裂纹，形但速度不高的反复冲击会萌生疲劳裂纹，形 成麻点和凹坑。成麻点和凹坑。 气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的一种派生气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的一种派生 形式，在注塑模具与压铸模具中易出现。形式，在注塑模具与压铸模具中易出现。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析49 2021-4-27 l 腐蚀磨损 n在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化 学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用，学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用， 引起表层材料脱落

34、的现象叫腐蚀磨损。引起表层材料脱落的现象叫腐蚀磨损。 其他形式磨损其他形式磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 50 l 腐蚀磨损形成过程腐蚀磨损形成过程 l当一对摩擦副在一定的环境中发生摩擦当一对摩擦副在一定的环境中发生摩擦 时，在摩擦面上会产生与环境介质的反时，在摩擦面上会产生与环境介质的反 应，并形成反应物；应，并形成反应物； l表面反应物在两摩擦副的相对运动中被表面反应物在两摩擦副的相对运动中被 磨掉；磨掉； l反应物被磨掉，就会暴露出未反应表面，反应物被磨掉，就会暴露出未反应表面， 就又开始形成反应物。就又开始形成反应物。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析51 2

35、021-4-27 n腐蚀磨损形式常发生于高温或潮湿的环腐蚀磨损形式常发生于高温或潮湿的环 境中，在有酸、碱、盐等特殊条件下最境中，在有酸、碱、盐等特殊条件下最 易发生。易发生。 n模具常见的腐蚀磨损有：模具常见的腐蚀磨损有： 氧化腐蚀磨损和特殊介质的腐蚀磨损。氧化腐蚀磨损和特殊介质的腐蚀磨损。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析52 2021-4-27 n在摩擦过程中，由于金属表层凸峰的塑在摩擦过程中，由于金属表层凸峰的塑 性变形，促使原有的氧化膜破裂，新的性变形，促使原有的氧化膜破裂，新的 材料暴露，又与氧结合形成脆而硬的氧材料暴露，又与氧结合形成脆而硬的氧 化膜。化膜。 n新生成

36、的氧化膜因摩擦作用而剥落，由新生成的氧化膜因摩擦作用而剥落，由 此造成的磨损称为氧化磨损。此造成的磨损称为氧化磨损。 n模具服役时一般都会出现氧化磨损。模具服役时一般都会出现氧化磨损。 l 氧化磨损 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析53 2021-4-27 n在腐蚀性环境中，金属表面与酸、碱、在腐蚀性环境中，金属表面与酸、碱、 盐等特殊介质发生化学反应，形成化合盐等特殊介质发生化学反应，形成化合 物。在摩擦力的作用下，引起表层化合物。在摩擦力的作用下，引起表层化合 物的脱落，由此引起的磨损称为特殊介物的脱落，由此引起的磨损称为特殊介 质腐蚀磨损。质腐蚀磨损。 l 特殊介质腐蚀磨损

37、其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析54 2021-4-27 l 微动磨损 n模具的嵌合部位或过盈配合处，在循环载荷或振模具的嵌合部位或过盈配合处，在循环载荷或振 动的作用下，虽然不产生宏观的动的作用下，虽然不产生宏观的相对位移，但却相对位移，但却 产生微小产生微小(2(220m)20m) 的相对滑动，在配合的相对滑动，在配合 面上有氧化物磨损粉面上有氧化物磨损粉 末产生，而且不易向末产生，而且不易向 外排出。外排出。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析55 2021-4-27 n 这时，该处的磨损兼有氧化磨损、磨粒磨损和这时，该处的磨损兼有氧化磨损、磨粒磨损和 粘着磨损的特

38、征，并逐渐在嵌合部位形成磨痕粘着磨损的特征，并逐渐在嵌合部位形成磨痕 蚀坑，对于钢材，蚀坑处有大量褐红色氧化物蚀坑，对于钢材，蚀坑处有大量褐红色氧化物 (Fe2O3)聚集。聚集。 n这种磨损称为微动这种磨损称为微动 磨损，又称咬蚀。磨损，又称咬蚀。 咬蚀引起严重的应咬蚀引起严重的应 力集中，最后导致力集中，最后导致 疲劳断裂。疲劳断裂。 其他形式磨损其他形式磨损 模具寿命与失效剖析56 2021-4-27 n在模具与工件在模具与工件( (或坯料或坯料) )相对运动中，摩擦磨相对运动中，摩擦磨 损情况很复杂，磨损一般不只是以一种形式损情况很复杂，磨损一般不只是以一种形式 存在，往往是多种形式并存

39、，并相互促进。存在，往往是多种形式并存，并相互促进。 （五）磨损的交互作用 其他形式磨损其他形式磨损 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 57 三、过量变形失效三、过量变形失效 l材料受到力的作用就会产生变形。随着材料受到力的作用就会产生变形。随着 力的增加，材料的变形总是要经历弹性力的增加，材料的变形总是要经历弹性 变形阶段、塑性变形阶段、出现裂纹到变形阶段、塑性变形阶段、出现裂纹到 裂纹扩展直至断裂阶段的过程。裂纹扩展直至断裂阶段的过程。 模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理 模具寿命与失效剖析58 2021-4-27 n变形失效是逐步进行的，一般属于非灾变形失效是逐步进行的，一般

40、属于非灾 难性的，因此不易被人关注。难性的，因此不易被人关注。 n当变形量超过了模具的精度要求，成型当变形量超过了模具的精度要求，成型 的工件成为次品或废品时，也会造成模的工件成为次品或废品时，也会造成模 具的失效。具的失效。 n另外，过度的变形最终也会导致断裂。另外，过度的变形最终也会导致断裂。 过量变形失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 59 l模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过 模具匹配所允许的数值，使得成型的工件尺模具匹配所允许的数值，使得成型的工件尺 寸或形状精度不能满足要求而不能服役的现寸或形状精度不能满足要求而不能服役的现 象，

41、称为过量弹性变形失效。象，称为过量弹性变形失效。 l判断过量弹性变形失效比较困难，因为在工判断过量弹性变形失效比较困难，因为在工 作状态下引起的变形导致失效的模具，在剖作状态下引起的变形导致失效的模具，在剖 析和测量尺寸时，变形已经恢复。析和测量尺寸时，变形已经恢复。 1.过量弹性变形失效 过量变形失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 60 2塑性变形失效 l模具在使用过程中，由于发生塑性变形改变模具在使用过程中，由于发生塑性变形改变 了几何形状或尺寸，而不能通过修复继续服了几何形状或尺寸，而不能通过修复继续服 役的现象称为塑性变形失效。役的现象称为塑性变形失效。 l塑性变形失效的主要

42、形式有塌陷、镦粗、弯塑性变形失效的主要形式有塌陷、镦粗、弯 曲等。曲等。 过量变形失效 模具寿命与失效剖析61 2021-4-27 n当模具的某些部位所承受的应力超过工作温当模具的某些部位所承受的应力超过工作温 度下模具材料的屈服强度时，就会产生过量度下模具材料的屈服强度时，就会产生过量 的塑性变形而造成模具的失效。的塑性变形而造成模具的失效。 过量变形失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 62 四、断裂失效四、断裂失效 l模具在工作中出现较大裂纹或部分分离而丧失模具在工作中出现较大裂纹或部分分离而丧失 正常服役能力的现象称为断裂失效。正常服役能力的现象称为断裂失效。 l材料的断裂是力

43、对材料作用的最终结果，意味材料的断裂是力对材料作用的最终结果，意味 着材料的彻底失效。着材料的彻底失效。 l模具断裂通常表现为产生局部碎块或整个模具模具断裂通常表现为产生局部碎块或整个模具 断成几个部分。断成几个部分。 模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理 模具寿命与失效剖析63 2021-4-27 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析64 2021-4-27 断裂失效断裂失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 65 1.韧性断裂 l断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂 过程中吸收较多的能量，一般在高于材过程中吸收较多的能量，一般在高于材 料屈服应力条

44、件下的高能断裂。料屈服应力条件下的高能断裂。 l韧性断裂断口的宏观特征为断口截面尺韧性断裂断口的宏观特征为断口截面尺 寸减小，有缩颈现象。寸减小，有缩颈现象。 断裂失效断裂失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 66 2.脆性断裂 l断裂前的变形量很小，没有明显的塑性变形量。断裂前的变形量很小，没有明显的塑性变形量。 断裂过程中材料吸收的能量很小，一般在低于断裂过程中材料吸收的能量很小，一般在低于 允许应力条件下的低能断裂。允许应力条件下的低能断裂。 l脆性断裂断口的宏观特征为断口截面尺寸无明脆性断裂断口的宏观特征为断口截面尺寸无明 显变化，不产生缩颈。显变化，不产生缩颈。 l韧性和脆性

45、两种断裂用肉眼或韧性和脆性两种断裂用肉眼或1020倍放大镜倍放大镜 就可分辨出其断口特征。就可分辨出其断口特征。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析67 2021-4-27 3.沿晶断裂 n裂纹沿多晶体晶界扩展分离产生的断裂裂纹沿多晶体晶界扩展分离产生的断裂, ,也称为晶也称为晶 界断裂。当晶界上存在着脆性相、热裂纹、蠕变界断裂。当晶界上存在着脆性相、热裂纹、蠕变 断裂、应力腐蚀等引起的断裂为沿晶断裂。断裂、应力腐蚀等引起的断裂为沿晶断裂。 n沿晶断裂在室温下沿晶断裂在室温下 往往是脆性断裂，往往是脆性断裂， 断口的微观形貌显断口的微观形貌显 示出多晶体的外形，示出多晶体的外形， 呈呈“冰糖

46、块冰糖块”状。状。 断裂失效断裂失效 2021-4-27 模具寿命与失效剖析 68 l金属材料在高温下金属材料在高温下 的蠕变断裂往往是的蠕变断裂往往是 韧性沿晶断裂，由韧性沿晶断裂，由 于晶界滑动和晶粒于晶界滑动和晶粒 发生塑性变形，微发生塑性变形，微 观断口上有大量韧观断口上有大量韧 窝。窝。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析69 2021-4-27 4.穿晶断裂 n裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。 n当材料韧性较差、存在表面缺陷、承受当材料韧性较差、存在表面缺陷、承受 高的冲击载荷时，易产生穿晶断裂。高的冲击载荷时，易产生穿晶断裂。 n穿晶断裂

47、可能是韧性断裂也可能是脆性穿晶断裂可能是韧性断裂也可能是脆性 断裂。断裂。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析70 2021-4-27 n韧性穿晶断裂破坏时，常以夹杂物或第韧性穿晶断裂破坏时，常以夹杂物或第 二相粒子为核心，形成大量的显微孔洞。二相粒子为核心，形成大量的显微孔洞。 n在应力作用下，这些显微孔洞发生微观在应力作用下，这些显微孔洞发生微观 塑性变形而逐渐长大、聚合，直至断裂。塑性变形而逐渐长大、聚合，直至断裂。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析71 2021-4-27 n韧性穿晶断裂断口韧性穿晶断裂断口 的微观形貌呈韧窝的微观形貌呈韧窝 状。韧窝越大、越状。韧窝越大、越 深，

48、则微观塑性变深，则微观塑性变 形量越大。形量越大。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析72 2021-4-27 n脆性穿晶断裂也称为解理断裂，解理断裂是沿脆性穿晶断裂也称为解理断裂，解理断裂是沿 一定晶面一定晶面( (称为解理面称为解理面),),迅速发生晶体分离的脆迅速发生晶体分离的脆 性断裂。性断裂。 n其断口的微观形貌其断口的微观形貌 特征是由若干解理特征是由若干解理 台阶相汇合形成的台阶相汇合形成的 “河流花样河流花样”。 断裂失效断裂失效 模具寿命与失效剖析73 2021-4-27 n根据河流支流合并为主流的方向，可以确根据河流支流合并为主流的方向，可以确 定裂纹在微观区域内扩展的方向。定裂纹在微观区域内扩展的方向