模具失效与防护第二章.ppt

1、第二章影响模具故障的基本因素有： 1、模具结构设计对故障的影响2、模具材料对故障的影响3、模具空白对照的锻造和预处理对故障的影响4、模具热处理缺陷对故障的影响5、模具冷加工对故障的影响6、模具使用情况对故障的影响、模具故障的影响因素：劳动、模具早期故障原因统计表、第一节模具结构设计对故障的影响一、冷模具结构设计防护措施(一)工作间隙冷拔模工作间隙：优选拔模间隙或边缘间隙。 冷冲压过程示意图a )弹性变形阶段b )塑性形变阶段c )剪切阶段，边缘间隙对冷冲压模具寿命的影响1Q235钢、板厚6mm 2Q235钢、板厚10mm 31Cr18Ni9Ti钢、板厚8mm、(2)确保结构刚性，(1)合理的凸

2、型截面形状和尺寸尽量减小其屏幕纵横比2 )适当增大凸形柄部的装载面积和固定长度3 )加厚冲孔板的厚度，采用多层淬火大板块，避免大板块面积小、厚度薄、硬度不足而发生变形、凹陷等损伤，使冲孔板产生附加的挠曲应力。 4 )可以在细长的凸型上设置导向板等辅助支撑。 注射模云推送杆能呈现出系统的形象，塑料注射模也需要正确的导向。 如果导向精度不高，挤压系统的云推送杆就会产生力的不均衡，轻量者塑料表面的损伤，云推送杆的磨损加剧，重量者云推送杆会文明棍或折断。 (3)为了减轻工件载荷，减轻打孔机单位压力与其寿命的关系，在设计上应注意：1.合理制定冲压加工工艺，改变工件形状和冷挤压工艺，改善工件形状；1 )工

3、件形状和冷挤压工艺；a )逆挤压工艺2 )合理选择变形量，采用相应的光纤预制棒技术，采用光纤预制棒，a )刹车盘零配件；b )光纤预制棒，a )一次挤制成型。 b )挤压成光纤预制棒，最后挤压成形。 (3)其他作业环节4 )冷挤压过程中的可靠润滑也是降低挤压压力的重要要素，2 .模具形状构造1 )凸型形状对挤压压力的影响、反挤压黑色金属时的凸型形状对其单位压力的影响1平底凸型2圆锥台端凸型、160 3圆锥台端凸型、120 4半球端凸型， 2种挤出打孔机的形式a )凸端型b )平端型2 )正挤出模具的截面变化量和入口角的大小对挤出压力的影响，模具几何参数对挤出压力的影响a )锥形入口模具b )截

4、面变化量和入口角对挤出压力的影响材料1.5钢球化退火磷化MoS2， 3，3 )圆角半径的影响、正挤出模具截面过渡圆角尺寸对寿命的影响、圆角半径、外(凸)圆角半径：对工艺的影响大。 过小，在模锻过程中容易导致锻件的折日式榻榻米缺陷。 内(凹)圆角半径：对模具寿命的影响大。 过小时，圆角半径会产生大的应力集中，容易产生龟裂，发生断裂。 3 .注意特殊的减荷构造，排气通路设计a )线圈骨架零配件b )线圈骨架冷挤压打孔机型、细芯子侧供给注射型构造改善图a )改善前b )改善后，(4)减少应力集中1 .打孔机型构造、中空零配件正挤压打孔机型的构造形式a )一体型b )过盈配合组合式c )粘接固定组合式

5、， 其他的打孔机型的组合形式凸型的组合形式a )固定凸型罩b )可动凸型罩c )多层凸型罩d )带芯棒的凸型罩，2 .组合凹型构造，弯曲凹型改良映像a )一体型b )组合型，凹型的各种分割组合形式a )，e )一体型b )，c )，f )，f )，等等挤出模具结构a )整体结构b )组装结构，挤出模具结构a )整体结构b )组装结构，塔锻模具结构a )整体结构b )组装结构，图a )结构，k容易产生裂纹，采用b )结构后，避免了裂纹的产生，提高了寿命。 3 .预应力插筋的预应力插筋结构：冲模由高强材料制成，工作部分为压力高硬的耐磨材料，兼具模腔耐磨和整体强韧的优点。 螺栓冷镦锻模改良形象a )

6、一体型b )嵌套式、汽车轮胎螺母柱模构造a )三层构造b )四层构造、汽车轮胎螺母柱模，虽然采用了三层，但作业时模6.0锥角部的切线抗拉应力达到988N/mm2，模寿命为5000件左右，变更为四层后，切线抗拉应力预应力插入式联合制模a )纵分割式b )横分割式，通过采用联合制模，能够根据工作的状况，对每个模件选择不同的材料，加工容易，更换容易，模具整体的寿命提高。 二、热模具结构设计防护措施、热挤压块摇滾乐改良图a )改善前b )改善后，(一)突出前端角不热挤压有色合金的3Cr2W8V钢制块摇滾乐，其角部总是发生软化变形，早期发生故障。 如果将角变更为R20mm角，寿命将加倍。 (二)采用内冷

7、结构打孔机钢片热量，免不得工作温度超过其回火温度而软化。 水中冷结构设计的中空模具，能有效降低模具温度，减慢软化过程。 (3)减轻热机械的负荷，热压打孔机结构的改善示意图a )改善前b )改善后，在工件的加工要求不允许模具外形结构的变更的情况下，同样可以设计为组合结构。 轴承轴承套圈热压模具的改进示意图a )整体式b )组合，第二节模具材料对故障的影响1、模具材料的性能(1)模具材料的基本性能1 .使用性能(1)强度(2)冲击韧性(k ) :材料承受冲击载荷和冲击能量的能力。 (3)耐磨耗性：材料的耐磨耗性。 (4)耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀的能力。 (5)硬度：材料抵抗外部物体压入的能力

8、。 (6)热安定性：材料在高温下，保持其组织、性能稳定的能力。 (7)耐热疲劳性：高温下材料承受压力频繁变化的能力。 2、工艺性(1)锻造工艺性：材料对锻造工艺的适应性。 (2)切削加工的工艺性：材料切削加工的难易度。 (3)热处理工艺性：材料在热处理时，得到必要的组织、性能和形状尺寸的难易度。 (4)淬透性：材料在一定条件下淬透时，获得淬透层深度的能力。 (二)模具的工作条件和使用性能1 .室温冲击力小的情况2 .室温冲击力大的情况3 .高温冲击力小的情况4 .高温冲击力大的情况2 .模具材料的选定原则和影响(一)被加工零配件批量生产模具的期望寿命取决于其加工零配件的生产批次。 生产批次小时

9、，大量加工能够选择廉价、容易制造的模具材料的产品时，请选择高性能、高品质的材料。 薄钢板冲裁模具材料选定表，(2)被加工材料的性质1 .根据被挤压材料，冷挤压模具所承受的负荷差较大。 被挤压材料和冷挤压应力的关系，2 .热强钢的热变形阻力远远高的合金结构钢。 3 .拧紧镍基合金板时，容易发生咬合。 4 .塑胶制品表面质量要求高。 5 .聚氯乙烯等塑料在注射成型工艺中分解腐食性瓦斯气体。 (3)模具材料的性能和故障特点，螺栓冷上定径套模具，螺栓冷上定径套模具：由Cr12钢制成，工作中经常出现早期裂纹故障，寿命仅有1.2千件。 用T8A制作，内孔喷泉激发壳淬火，有效克服早期裂纹现象，寿命达2万件以

10、上。三、模具材料的工作硬度的影响1 .模具的最佳工作硬度与模具材料的种类和具体的服务条件有关。T8A钢制铝铆钉型的工作硬度与寿命的关系，HRC5556，硬度高，脆性大。 HRC4749，硬度低，脚丫子不到强度。 HRC5153是最佳值。 2 .为了提高一套模具的总寿命，便于维护，凸模、凹模的硬度应合理配合。 冲裁箔的“无间隙”冲模，或用小批量冲裁薄板的冲模。 生产采用“半硬模具和全硬打孔机”硬度配方，打孔机采用5658HRC，模具采用3842HRC。 四、模具钢冶金质量影响的具体表现形式有非金属夹杂、碳化物偏析、中心稀疏和白点等。 (1)非金属夹杂经锻压加工后，非金属夹杂呈流线分布，钢纵、横性

11、能存在差异。 如果打孔机的流线的流动与轴线平行，则在打孔机上垂直于可能发生纵裂的轴线时，容易发生横折。 (二)碳化物偏析碳化物偏析：过共析合金钢材和莱氏体钢中的碳化物在结晶过程中呈现不均匀的结晶或析出，形成大块状，呈网状或带状偏析。 (3)中心空隙量和白点集中收缩孔：钢水在凝固时体积收缩，最后凝固的部位由于得不到钢水的补充而形成了收缩孔。 稀疏：分散收缩孔。 钢水在结晶过程中，枝状晶得不到钢水的补充，形成微细分散的收缩孔。 白点：钢中溶有氢，随着温度的下降，氢在钢中的溶解度降低，析出的氢在钢的空隙和非金属夹杂中与氢分子结合，引起极高的压力，引起钢中的微裂纹。 这个裂缝的内壁是银白色的，叫白点。

12、 危害：此类缺陷往往导致模具空白对照的锻造裂纹、淬火裂纹、服役中的脆性破坏。 锻造不当，空隙量出现在模具表面时，模具表面受力时会产生凹陷。 第三节模具空白对照的锻造和预处理对故障的影响一、模具空白对照的锻造缺陷(一)锻造的一般缺陷过热：加热温度过高或高温下加热时间过长，导致晶粒粗大化的现象。 过烧：如果加热温度远远超过正常的加热温度，晶界就会熔化氧化。 (二)碳化物形态和分布均匀性差，如采用大锻造，正确控制运动停止温度和运动后的蒸发制冷速度，使钢中的碳化物细分化，改善碳化物分布均匀性，减轻偏析程度。 (3)流线的流动和分布不合理，钢锭的锻造过程形成纤维状组织形象，对于重负荷模具，如果受最大抗拉

13、应力的方向与流线的方向垂直，容易发生早期裂纹故障。 模具沿着流线初始裂纹故障模式图，合理的流线分布：使流线的流动与最大拉伸应力方向一致，与最大剪切应力方向垂直的纤维分布尽量不配合零配件轮廓切断，“全纤维分布”即非金属夹杂纤维和变形晶粒完全呈轮廓形状分布。 纤维状组织是稳定的非金属化合物，热处理和其他方法改变不了。 只有通过锻造等压力加工手段才能改变其方向和分布。采用不同的加工方法制作齿轮纤维状组织，二、模具空白对照锻造工艺(一)产品材料质量检验与准备：屏幕纵横比L/d2.53，尽量选用小规格钢材。 (二)锻锤吨位选择过小，锻炼不深，心部组织不能改善过大，冲击过强，锤子容易破裂。 (3)锻造温度

14、区间和锻造后的蒸发制冷结构钢的锻造温度区间宽至400C，高合金工具钢只有200C。 (4)模具空白对照的锻造方式1 .基本锻造方式(1)轴向镦粗：在钢材的轴向反复镦粗。 适用模具：工件部分沿圆周分布的重负荷模具，例如滚模、圆刀等。 (2)横向镦粗：将钢材在轴向镦粗后向9.0方向转动，在与流线垂直的方向上多次镦粗成形。适用模具：作业部分(型腔或边缘)位于端面的模具。 多向上定径套：综合轴、横锻的优点，是将钢材沿三次元方向交替重复的锻造。 2 .精密模具的锻造特征精密模具：淬火前对工作孔进行钻孔，形成间隙的薄板冷模具和淬火后加工馀量极小的塑料模具、模具等。 锻造方式：小型模组采用轴向镦粗，流线呈轴

15、向或辐状分布的中型模组采用多向上定径套，流线和碳化物呈无方向分布。 3 .重负荷模具的锻造特点受力的特点：承受较大的机械负荷，在兵役中容易发生破坏故障。 锻造的主要目的：热处理后获得高韧性。 要求：选择一盏茶能量锻锤，采用一定的锻造方式，使模具空白对照的矩阵型结构致密，使碳化物粒子细小均匀。 使流线在云同步上合理分布，钢材表层配置在工作部位，与容易破坏流线的面垂直行走。 三、模具空白对照的预备热处理(一)预处理对切削加工的影响适用于一般钢材切削加工的硬度范围为160230HBS。 具有复杂型腔的模具锻件硬度控制在179217HBS。 (二)预处理对淬火质量的影响共析和过共析钢，通过预处理获得细

16、球化体组织，不仅有利于切削加工，也有利于提高淬火质量。 (3)模具空白对照的预处理工序1 .正火2 .球化退火3 .高温回火4 .调质处理、第四节模具的热处理缺陷对故障的影响1、模具热处理的一般缺陷(1)过热和过热：引起晶粒粗大、碳化物凝聚，降低冲击韧性，容易产生早期破坏。 过烧：晶界局部熔化，变形明显，性能急剧下降，模具只能报废。 (二)氧化、脱碳和腐蚀氧化使表面形成氧化皮，腐蚀使表面形成麻点，氧化和腐蚀影响模具表面的粗糙度和精度。 (3)淬火裂纹的原因：模具预处理组织不良，碳化物偏析严重，冷加工应力过大，淬火作业不当，模具本身形状复杂薄度不均等。 (4)淬火温度过高或过低的冷冲模：淬火温度过高时，韧性降低。 但是，为了不使过渡相变得不完全，不能降低硬度、耐磨耗性和其他力学性能。 热模具：为了保证高温强度、热安定性、热疲劳抵抗力，最好采用高淬火温度。 淬火温度过低会影响寿命。 (5)回火不足回火不足：影响内部应力的消除和韧性的提高，容易引起早期破坏。 热模具：回火温度应尽可能接近(或超过)工作温度。 模具工作的时候表面层继续回火转移，防止表面抗拉应力发生和其