模具失效形式判定依据

1、技师专业论文题目：模具失效形式判定依据 与技术应用性研究姓 名：职 种： 工具钳工 鉴定级别： 技 师身份证号：联系电话： 单 位：大连市技师学院 二O三年XX月XX日论文摘要随着科学技术的日益创新， 模具行业的迅速发展，改善模具的使用寿命成了人们研究的主要对象。 本文通过理论与实践相结合的方法，阐述了模具失效的形式和失效机理， 论证了模具失效形式的判定依据， 得 出了提高模具使用年限必须从根本上解决模具失效问题的结论，为进一步研究模具使用寿命提供了基本思考路线。关键词：模具失效形式判定依据使用寿命目录、八前言一 . 模具失效1. 模具失效 的定义2. 失效的分类3. 失效的基本影响因素 4模

2、具的失效形式 51. 塑性变形失效 52. 磨损失效 53. 疲劳失效 64. 断裂失效 7三. 模具失效原因及预防措施 71. 结构设计不合理引起失效 72. 模具材料质量差引起的失效 83. 模具热处理工艺不合适 94. 冷却条件的影响 9四. 模具失效判定依据研究 9五. 结论 10参考文献 11一直以来 , 科研工作者对于模具的失效形式均从失效的机理出发 , 结合 失效后的现象做出判定 , 主要失效分类有模具结构性失效、 模具工艺性失效、 操作失误产生的损坏等 ,其失效形式主要表现为 : 塑性变形、磨损、疲劳断裂、 冷热疲劳断裂以及脆性过载断裂等形式。 对于产生失效的机理很多学者从多

3、方面展开了分析 , 其中失效学、热力学、材料工艺学等是最主要的研究基础 , 从机理方面寻找愿意成为本研究方向的重要分支。一般认为 , 从系统论的角 度而言 , 由于模具材料在成型过程中所有经过的环节均可能成为模具失效的 原因或诱因。因此, 在判定模具失效的表现形式上很难找到统一的判据 ,即判 定模具失效与否的定量给定在理论界还属空白 , 这对模具寿命的判定以及模 具寿命预测等带来很大的困难。由此 , 在寻找模具失效判定依据方面着实需 作一些工作。依据模具失效形式的不同以及将在模具失效判定方面主要的参 变量为表面粗糙度和残余应力分布 , 同时加工硬化的现象也是重要的方面 , 由此可以寻找着三个因

4、素方面的关联 , 推导出综合判定依据。其中残余应力 分布问题与加工硬化方面是在保证一定的表面粗糙度要求下的重要的判定 因素。有文献表明高速切削可以大大改善表面变质层的生成，由此认为高速 加工在改变模具加工表面质量方面将会成为重要的研究领域。同时，在考虑失效形式判定依据时，对于隶属加工变质层范畴的显微硬 度和显微变质层均可能成为失效判定依据。. 模具失效1. 模具失效的定义模具经安装调试后，可以正常生产合格的工件，这一过程称为模具的服 役。 一般情况下，我们总是希望模具能有足够长的服役期限，以满足生产 实际的需要。但是模具在制造过程中可能会产生某些缺陷，或者在服役过程中逐 渐出现了某些缺陷，如微

5、裂纹、轻度磨损、变形等等，在此状况下模具虽有 隐患但仍能继续工作， 这种虽有缺陷但未丧失服役能力的状态称为模具的损 伤。模具因某种原因损坏， 或者模具损伤积累至一定程度导致模具损坏， 无法继续服役，称为模具的失效。在生产中，凡模具的主要工作部件损坏， 不能继续冲压出合格的工件时，即认为模具失效。 冲压模具的失效形式一 般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等。模具的失效按照发生时间的早晚，大致可分为两类：正常失效和早期 失效。模具经过大量的生产使用，因摩擦而自然磨损或缓慢地产生塑性变形 及疲劳裂纹，达到正常使用寿命之后失效是属于正常的现象，为正常失效。 模具未达到设计使用规定的期限，既

6、产生崩刃、碎裂、折断等早期破坏；或 因严重的局部磨损和塑性变形而无法继续服役，为早期失效。对于早期失效 的模具，必须查找其产生原因，努力采取补救的措施。2. 失效的分类零件的失效形式比较复杂，根据零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三 大类型失效形式变形失效断裂失效表面损伤失效疲劳断裂蠕变断裂应力腐蚀磨损表面疲劳失效失效断裂失效失效失效腐蚀失效工件失效的模式及其失效机理表I失效类型失效模式失效机理弹性变形失效弹性变形畸变失效塑性变形失效塑性变形翘曲畸变失效弹性变形、塑性变形韧性断裂失效塑性变形低应力脆断失效断裂韧性断裂失效疲劳断裂失

7、效疲劳蠕变断裂失效蠕变断裂介质加速断裂失效应力腐蚀磨损失效磨粒磨损、粘附磨损表面损伤失效表面疲劳失效疲劳腐蚀失效氧化、电化学3. 失效的基本影响因素（1）设计因素设计图纸和设计计算说明书的核心内容是定出合适的材质、 尺寸、结构。 如设计有误，则机械设备或工件将不能使用或过早失效。（2）制造工艺因素工艺制造条件往往是达不到设计要求而导致工件失效的一个重要因素。 如工件在锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹，焊接过程的未焊透、偏析、冷 热裂纹，铸造过程的疏松、夹渣，机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合 适，热处理工艺产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、回火脆性、硬软层硬度梯 度过大，精加工磨削中的磨削裂纹等。

8、（3）装配调试因素在安装过程中，如达不到所要求的质量指标，如啮合传动件 （ 齿轮、杆、 螺旋等 ）的间隙不合适，连接工件必要的“防松”不可靠，铆焊结构的必要 探伤检验不良，润滑与密封装置不良等，在初步安装调试后，未按规定进行 逐级加载跑合等。（4）材质因素选材不当，或选材正确，但化学成分、金相组织和低倍组织等不合格， 是导致失效的重要因素。（5）运转维修因素对运转工况参数 （载荷、速度 ）的监控是否准确，定期大、中、小检修的 制度是否合理，润滑条件是否保证，包括润滑剂和润滑方法是否选得合适， 润滑装置以及冷却、加热和过滤系统功能是否正常。二. 模具的失效形式四大失效形式：塑性变形、磨损、疲劳、

9、断裂1. 塑性变形失效概念：当模具的某个部位所受的应力超过了当时温度下模具材料的屈服极 限时，就会产生塑性变形， 改变了几何形状或尺寸， 而且不能修复再服役时， 叫塑性变形失效。形式：凹模型腔塌陷、型孔扩大、棱角塌陷，凸模出现镦粗、纵向弯曲、 镦粗、弯曲等。原因：模具所受的应力超过了服役温度下模具材料的屈服极限。举例： 工作温度超过模具的回火温度，强度降低而被压塌或压堆。 低淬透性钢制冷墩凹模，淬硬层薄，淬硬层下面的基体抗压屈服强度小于 冷墩应力，孔腔被压塌。注意：在硬度相同的情况下，不同化学成分的钢具有的抗压强度不同。 模具钢的屈服强度一般随碳和某些合金元素的含量增多而升高。例如，当钢 硬度

10、为63HRC寸，下列4种钢的抗屈服强度由高到低顺序为：W18Cr4V > Cr12 > Cr6WV > 5CrNiW2. 磨损失效表现形式：模具形状尺寸改变，刃口钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟 痕、剥落影响因素： 模具钢的硬度：硬度越高，一般情况下耐磨性也越高； 碳化物的性质、大小、分布和数量：在钢中存在有严重的碳化物偏析或大 颗粒的碳化物情况下， 这些碳化物易剥落， 从而引起磨粒磨损， 使磨损加快。 磨损的类型：滑动磨损 冲击磨损举例 : 薄板冲裁、拉伸、弯曲等冷作模具：载荷不大，主要为滑动磨损。模具钢 的碳含量多，合金元素多，耐磨性就大。在模具钢中，目前高速钢和高铬钢

11、的耐磨性较高。 冷镦、冷挤、热锻等冲击磨损条件下工作的模具：过多的碳化物无助于提 高耐磨性，反而因冲击磨粒磨损而降低耐磨性。此时高速钢和高铬钢的碳化 物过多，就容易因冲击磨损而出现表面剥落。这些剥落的硬粒将成为磨粒， 加快磨损速度。研究表明，在冲击磨粒磨损条件下，模具钢碳含量以 0.6% 为上限。3. 疲劳失效疲劳失效过程：萌生裂纹T裂纹扩展T断裂。疲劳断口的三个区域：源区、疲劳扩展区、瞬断区疲劳源：疲劳裂纹萌生于应力较大部位，特别是应力集中部位 （尺寸过渡、 缺口、刀痕、磨削裂纹、夹杂物等处 ）。疲劳断裂时断口分两部分，一部分 为疲劳裂纹发展形成的疲劳处破裂断面，呈现贝壳状，位于贝壳顶点。另

12、一 部分为突然断裂，呈现不平整粗糙断面。载荷特点：循环载荷。影响因素： 屈服强度：屈服强度越高，裂纹萌生所需时间越长。 断裂韧度：断裂韧度越高，裂纹扩展所需时间越长。4. 断裂失效常见形式：崩刃、脱齿、劈裂、折断、胀裂等原因： 载荷大于模具材料的抗拉强度； 应力集中，局部应力大于模具材料的抗拉强度； 冷作模具：冲击载荷大，模具材料的冲击韧度不足； 热作模具：内应力（热应力和组织应力）过大。对策： 对于因载荷大于模具材料的抗拉强度而断裂失效的情况，应选择抗拉强度大的材料； 对于因应力集中而断裂的情况，应选择夹杂物等缺陷少的模具材料，提高 模具加工精度，去除表面粗大刀痕和损伤； 对于冷作模具因冲击

13、载荷较大而断裂的情况， 应选择冲击韧度大的模具材 料，或通过改进热处理工艺提高断裂韧度； 对于热作模具因内应力过大而断裂的情况， 应选择抗热疲劳性能好的模具 材料，热处理时的回火温度应高于模具的工作温度。三. 模具失效原因及预防措施1. 结构设计不合理引起失效。尖锐转角 （ 此处应力集中高于平均应力十倍以上 ） 和过大的截面变化造 成应力集中，常常成为许多模具早期失效的根源。 并且在热处理淬火过程中， 尖锐转角引起残余拉应力，缩短模具寿命。预防措施：凸模各部的过渡应平缓圆滑，任何役小的刀痕都会引起强烈的应 力集中，其直径与长度应符合定要求。2. 模具材料质量差引起的失效。 模具材料内部缺陷，如

14、疏松、缩孔、夹杂成份偏析、碳化物分布不均、 原表面缺陷 （如氧化、脱碳、折叠、疤痕等 ） 影响钢材性能： 夹杂物过多引起失效。钢中存在夹杂物足模具内部产生裂纹的根源， 尤其是脆性氧化物和硅酸 盐等，在热压力加工中不发生塑性变形， 只会引起脆性的破裂而形成微裂纹。 在以后的热处理和使用中访裂纹进一步扩展，而引起模具的开裂。此外，在 磨削中，由于大颗粒夹杂物剥落造成表面孔洞。表面脱碳引起失效。模具钢在热压力加工和退火时， 常常由于加热温度过高， 保温时间过长， 而造成钢材表面脱碳， 严重脱碳的钢材在机械加工后， 有时仍残留有脱碳层， 这样在淬火时，由于内外层组织的不同 （ 表面脱碳层为铁索体，内部

15、为珠光 体） 造成组织转变不一致，而产生裂纹。碳化物分布不匀，引起失效。Crl2、Cr112MoV等模具钢含碳量和合金元素较高，形成了许多共晶碳化物，这些碳化物在锻造比较小时，易呈现带状和网状偏析，导致淬火时常出现沿 带状碳化物分布的裂纹，模具在使用中裂纹进一步扩展，而造成模具开裂失 效。预防措施：钢在缎轧时，模具应反复多方向锻造，从而钢中的共晶碳化物击 碎得更细小均匀，保证钢碳化物不均匀度级别要求。3. 模具热处理工艺不合适。加热温度的高低、保温时间长短、冷却速度快慢等热处理工艺参数选择 不当，都将成为模具失效因素。加热速度：模具钢中含有较多的碳和合命元素，导热性差，因此，加热速 度不能太快

16、，应缓慢进行，防止模具发生变形和开裂。在空气炉中加热淬火 时，为防止氧化和脱碳，采用装箱保护加热，此时升温速度不宜过快，而透 热也应较慢。这样，不会产生大的热应力，比较安全。若模具加热速度快， 透热快，模具内外产生很大的热应力。如果控制不当，很容易产生变形或裂 纹，必须采用预热或减慢升温加速度来预防。氧化和脱碳的影响。模具淬火是在高温度下进行的，如不严格控制，表曲 很易氧化和脱碳。另外，模具表面脱碳后，由于内外层组织差异、冷却中出 现较大的组织应力、导致淬火裂纹。预防措施：可采用装箱保护处理，箱内填充防氧化和脱碳的填充材料。4. 冷却条件的影响。不同模具材料， 据所要求的组织状态、 冷却速度是

17、不同的。 对高合金钢， 由于含较多合金元素，淬透性较高，可以采用油冷、空冷甚至等温淬火和等级淬火等热处理工艺。四模具失效判定依据研究根据塑料模具失效原因的分析，找出表征各有效技术因素的量，其中主 要包括：表面粗糙度的判断，硬度判断，纤维硬度判断，残余应力判断，微 观形貌判断，抗冲击能力判断， 表面裂痕判断， 残余应力分布不均匀判据等。 其中有些被测量现在可以借助一些测量设备直接获取， 有些测量在机械测量 方面还没有给出确定的定义和测量方法。由此可以看出，对于加工表面的质量判定依据并不是唯一的，但其中 单独的因素均为表面质量的判定，如果我们进行模具表面质量描述时，判据 均不能够单独成立，所以，作

18、者提出一种新的判据方式和判定手段，采用失 效学的原理命名为表面失效因子，对于表面失效的问题，关键有两个物理观 测量及表面粗糙度和残余应力分布情况，用公式表示可以标定位失效因子SI二Rai : Ra252二m： m2-SnPn二Sl+-Srdn其中就是失效因子，我们可以认为Pn 越高，失效可能性就越高，其中如果比值超过 1 则证明其洼能存在危险， 超过一定的数值即可判定此末句加工表面失效。 因此针对模具失效的判定过 程只要找到足够多的测量数值即可对失效情况做出客观的判定， 由此由原来 的定性判定可形成定量判定的方式，当然这还是事后判断的依据，在进一步 推导可形成模具的表面质量的寿命预测因子， 这可以记录最原始的测量数据 并于标准的参考两比值，采用相同的比值方式等价于寿命比值，可预测和估 算模具寿命。五结 论模具作为工业生产中的重要工艺装备，在国民经济的发展中起到了举足 轻重的作用。加入世贸后，各国经济往来十分频繁，世界各国经济高速发展, 中国也渐渐地转变为世界制造中心。然而中国模具虽有较大的发展，但与先 进国家相比还存在较大的差距。模具的失效过快严重缩短了模具的使用寿 命，也大大降低了生产效率，提高了模具的制造成本，从而使国企在国际竞 争的道路上处于劣势的行列。作为国家的栋梁，我们每一个人都有责任与义 务将自己的智慧奉献