第05章常用模具寿命分析.ppt

1、第一节第一节 冲裁模冲裁模一、冲裁模一、冲裁模 (一一)冲裁模的工作特点冲裁模的工作特点1冲裁过程冲裁过程 图图1是采用弹性卸料板的冲裁示意图。板料分离过是采用弹性卸料板的冲裁示意图。板料分离过程分为四个阶段（图程分为四个阶段（图2）：弹性变形阶段、塑性变形阶）：弹性变形阶段、塑性变形阶段、萌生裂纹阶段、裂纹扩展分离阶段。完成分离后，段、萌生裂纹阶段、裂纹扩展分离阶段。完成分离后，凸模上行，一次冲裁过程结束。板料分离后，断面由四凸模上行，一次冲裁过程结束。板料分离后，断面由四部分组成（图部分组成（图3）。）。2模具刃口受力分析模具刃口受力分析 冲裁过程中，模具刃口的受力情况如附图冲裁过程中，模

2、具刃口的受力情况如附图4所示。所示。.冲裁过程的第一阶段，凸、凹模的端面受正压力冲裁过程的第一阶段，凸、凹模的端面受正压力F1、F2；从第二阶段开始，由于凸模已伸人板料中，而板料的中间部分已从第二阶段开始，由于凸模已伸人板料中，而板料的中间部分已伸入凹模刃口内，产生了侧压力伸入凹模刃口内，产生了侧压力F3，F4，同时，由于凸、凹模与，同时，由于凸、凹模与板料发生相对运劫，产生了摩擦力板料发生相对运劫，产生了摩擦力F1、F2、F3、F4。此外，由于。此外，由于凸、凹模之间存在间隙，冲裁凸、凹模之间存在间隙，冲裁时时F1和和F2不在同一直线上，存不在同一直线上，存在距离在距离b，固板料还受转矩，固

3、板料还受转矩M作用，作用，M使板料发生穹弯和翘使板料发生穹弯和翘曲。板料穹弯和翘曲后，使得曲。板料穹弯和翘曲后，使得凸模刃口和凹模刃口与板料的凸模刃口和凹模刃口与板料的接触面积变小，冲裁载荷更局接触面积变小，冲裁载荷更局限于凸、凹模刃口边缘，使凸、限于凸、凹模刃口边缘，使凸、凹模刃口处受力更加强烈。凹模刃口处受力更加强烈。.(二二)冲裁模的主要失效形式及影响因素冲裁模的主要失效形式及影响因素1冲裁模主要失效形式冲裁模主要失效形式（1）正常失效形式为磨损：主要为粘着磨损，同时也）正常失效形式为磨损：主要为粘着磨损，同时也伴生磨粒磨损，使用时间过长会产生疲劳磨损。从部位伴生磨粒磨损，使用时间过长会

4、产生疲劳磨损。从部位来看，分为来看，分为刃口磨损、侧面磨损、端面磨损刃口磨损、侧面磨损、端面磨损。因凸、凹。因凸、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，模刃口处于端面最大压应力和侧面最大压应力的交汇处，同时也处在端面最大摩擦力和侧面最大摩擦力的交汇处，同时也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。因此凸、凹模的刃口工况最恶劣，磨损最严重。通常，凸模刃口的压力通常，凸模刃口的压力F1大于凹模刃口的压力大于凹模刃口的压力F2，同时，在完成一个冲裁动作时，凸模与分离体的内轮廓同时，在完成一个冲裁动作时，凸模与分离体的内轮廓部分往复摩擦，凹模

5、与分离体的外轮廓部分单程摩擦，部分往复摩擦，凹模与分离体的外轮廓部分单程摩擦，因此，因此，冲裁模的凸模比凹模磨损得快一些冲裁模的凸模比凹模磨损得快一些(见附图见附图5)。.（2）冲裁模的非正常失效形式有不均匀磨损、凸模整体）冲裁模的非正常失效形式有不均匀磨损、凸模整体折断和凸、凹模局部掉块。折断和凸、凹模局部掉块。.2影响冲裁模失效的主要因素影响冲裁模失效的主要因素 冲裁间隙：间隙小，凸、凹模刃口对板料的作用力合冲裁间隙：间隙小，凸、凹模刃口对板料的作用力合力的距离力的距离b减小，塑性剪切区中拉应力小，压应力大，造减小，塑性剪切区中拉应力小，压应力大，造成板料剪切区中球量为压应力，球量大，偏量

6、小。压应成板料剪切区中球量为压应力，球量大，偏量小。压应力球张量大，使板料塑性好，不易产生裂纹，不利于裂力球张量大，使板料塑性好，不易产生裂纹，不利于裂纹的形成与扩展，不利于板料剪切过程的进行；偏量小，纹的形成与扩展，不利于板料剪切过程的进行；偏量小，使得所需剪切力和冲裁力上升，从而导致凸、凹模刃口使得所需剪切力和冲裁力上升，从而导致凸、凹模刃口应力增加。间隙对冲裁力的影响如附图应力增加。间隙对冲裁力的影响如附图6所示。同时，板所示。同时，板料对凸、凹模的侧压力料对凸、凹模的侧压力F3、F4和侧向摩擦力和侧向摩擦力F3、F4(见见附图附图4)，也随间隙减小而增大，导致凸、凹模侧壁磨损，也随间隙

7、减小而增大，导致凸、凹模侧壁磨损加剧。小间隙时，易造成二次剪切，而且二次剪切产生加剧。小间隙时，易造成二次剪切，而且二次剪切产生的金属碎屑也会因摩擦发热粘附在凸模的金属碎屑也会因摩擦发热粘附在凸模(或凹模上或凹模上)，刮，刮擦凹模擦凹模(或凸模或凸模)。.凸、凹模的磨损还来源于卸料板、顶件器与凸、凹模之间凸、凹模的磨损还来源于卸料板、顶件器与凸、凹模之间的滑动摩擦。小间隙时，使卸料和顶件困难，也加剧了凸、的滑动摩擦。小间隙时，使卸料和顶件困难，也加剧了凸、凹模的侧壁磨损。凹模的侧壁磨损。当模具导向精度不高、板料粗糙不平时，易产生偏载，当模具导向精度不高、板料粗糙不平时，易产生偏载，小间隙时，易

8、出现凸、凹模刃口相切小间隙时，易出现凸、凹模刃口相切(啃模啃模)现象，造成模现象，造成模具的早期失效。具的早期失效。但间隙太大时，板料转矩增大，摩擦力但间隙太大时，板料转矩增大，摩擦力F1与与F2增大，增大，刃口处所受的拉应力增大，也会增加模具刃口磨损和断裂。刃口处所受的拉应力增大，也会增加模具刃口磨损和断裂。生产实践表明，较大间隙能提高模具寿命，一般，模生产实践表明，较大间隙能提高模具寿命，一般，模具寿命是小间隙的具寿命是小间隙的23倍，有时可达倍，有时可达67倍。因此，在满倍。因此，在满足冲裁件断面质量的情况下，应尽量采用大间隙。足冲裁件断面质量的情况下，应尽量采用大间隙。.压边状态：由于

9、间隙的存在，凸、凹模刃口作用力存压边状态：由于间隙的存在，凸、凹模刃口作用力存在一段距离在一段距离b，形成转矩，形成转矩M，造成板料弯曲和主翘曲以及，造成板料弯曲和主翘曲以及坯料相对于凹模端面的滑动。冲裁时，部分材料被拉进坯料相对于凹模端面的滑动。冲裁时，部分材料被拉进凹模内，板料剪切区水平拉应力减小，板料塑性增加，凹模内，板料剪切区水平拉应力减小，板料塑性增加，并使所需的冲裁力也增加。同时，冲裁件断面斜度增大。并使所需的冲裁力也增加。同时，冲裁件断面斜度增大。落下的外轮廓件尺寸变大，由于回弹作用，落下的外轮落下的外轮廓件尺寸变大，由于回弹作用，落下的外轮廓件始终紧紧地胀着凹模侧壁，在随后的卸

10、料或顶件中，廓件始终紧紧地胀着凹模侧壁，在随后的卸料或顶件中，严重摩擦凹模侧壁。不落下的内轮廓件紧紧地套住凸模，严重摩擦凹模侧壁。不落下的内轮廓件紧紧地套住凸模，在随后的卸料过程中，强烈磨损凸模侧壁。在随后的卸料过程中，强烈磨损凸模侧壁。采用弹性卸料板，可提供一定的压边力，这样冲裁采用弹性卸料板，可提供一定的压边力，这样冲裁板料穹弯和翘曲以及板料与凹模端面之间的相对滑动可板料穹弯和翘曲以及板料与凹模端面之间的相对滑动可减轻，降低冲裁力以及板材对冲头和凹模的摩擦磨损。减轻，降低冲裁力以及板材对冲头和凹模的摩擦磨损。.(三三)提高冲裁模寿命的措施提高冲裁模寿命的措施1.尽量采用大间隙尽量采用大间隙

11、-冲裁力冲裁力,避免啃模和不均匀磨损避免啃模和不均匀磨损.2.采用弹性卸料板采用弹性卸料板-提供一定的压边力，减轻坯料滑动及翘曲，减提供一定的压边力，减轻坯料滑动及翘曲，减小对刃口的磨损。小对刃口的磨损。3.采用导向装置采用导向装置-均匀间隙，克服刃口不均匀磨损均匀间隙，克服刃口不均匀磨损.4.增加凸模刚度增加凸模刚度-刚度不足，抗偏载能力低，易产生弯曲、折断和刚度不足，抗偏载能力低，易产生弯曲、折断和不均匀磨损，一般凸模柄部面积和头部面积分别为工作端面面积的不均匀磨损，一般凸模柄部面积和头部面积分别为工作端面面积的2倍和倍和4倍。倍。5.选耐磨性好的模具材料选耐磨性好的模具材料凸模工作条件恶

12、劣，凸模选材的耐磨性凸模工作条件恶劣，凸模选材的耐磨性应高于凹模材料应高于凹模材料.6.采用表面强化技术采用表面强化技术-有效提高模具表面的耐磨性有效提高模具表面的耐磨性.7.超前维修超前维修-冲裁模使用一段时间后，刃口处会出现不均匀磨损和冲裁模使用一段时间后，刃口处会出现不均匀磨损和磨损沟痕，提前修模，可避免因凸、凹模间隙不均，产生附加弯矩，磨损沟痕，提前修模，可避免因凸、凹模间隙不均，产生附加弯矩，防止磨损沟痕处产生裂纹，提高模具寿命。防止磨损沟痕处产生裂纹，提高模具寿命。.(四四)冲裁模选材冲裁模选材-根据工件大小和批量选用模具材料根据工件大小和批量选用模具材料.1.小件、小批量选用小件

13、、小批量选用T10A或或T12A。2.小件、大批量选用小件、大批量选用W18Cr4V、硬、硬质合金、钢结硬质合金。质合金、钢结硬质合金。3.形状复杂、截面大、批量中等，形状复杂、截面大、批量中等，选选Cr12、Cr12MoV或硬质合金镶块。或硬质合金镶块。二二、拉深模、拉深模在凸、凹模作用下，在凸、凹模作用下，坯料产生塑性变形，使板材成型坯料产生塑性变形，使板材成型为杯状或中空的形状为杯状或中空的形状.（一）工作特点：（一）工作特点：1.拉深过程：拉深过程：.2.模具的受力分析模具的受力分析 拉深载荷通过凸模圆角部位传给拉深载荷通过凸模圆角部位传给工件工件,工件外部通过凹模端面和压边圈工件外部

14、通过凹模端面和压边圈之间向内流动之间向内流动.成型时过程中成型时过程中,工件给工件给凸模圆角半径部位压力凸模圆角半径部位压力F4及摩擦力及摩擦力F4,给凹模圆角半径部位压力给凹模圆角半径部位压力F3及摩及摩擦力擦力F3,给压边圈压力给压边圈压力F1和摩擦力和摩擦力F1,给凹模端面压力给凹模端面压力F2和摩擦力和摩擦力F2.拉深开始时拉深开始时,凹模圆角半径处与凹模圆角半径处与板料有相对运动板料有相对运动,F4为动摩擦力为动摩擦力,对凸模圆角半径有磨损。随着凸模对凸模圆角半径有磨损。随着凸模圆角半径处板材的应变硬化，在随后的拉深过程中相对运动很小，圆角半径处板材的应变硬化，在随后的拉深过程中相对

15、运动很小，摩擦力不大。但凹模圆角半径处、凹模端面和压边圈与板料存在相摩擦力不大。但凹模圆角半径处、凹模端面和压边圈与板料存在相对滑动，正压力及摩擦力很大。对滑动，正压力及摩擦力很大。.(二二)拉深模的主要失效形式拉深模的主要失效形式 主要失效形式是磨损，表现为粘着磨损。从部位上看，在凹主要失效形式是磨损，表现为粘着磨损。从部位上看，在凹模、压边圈端面、凸凹模圆角半径处，尤其以压边圈口部及凹模模、压边圈端面、凸凹模圆角半径处，尤其以压边圈口部及凹模端面圆角半径以外区域粘着磨损最为严重端面圆角半径以外区域粘着磨损最为严重.拉深模凸模、凹模和压边圈工作部拉深模凸模、凹模和压边圈工作部位没有锋利的尖角

16、，模具零件受力不像位没有锋利的尖角，模具零件受力不像冲裁模那样局限在很小的范围内，同时冲裁模那样局限在很小的范围内，同时凸凹模的间隙一般都比板材厚度大，模凸凹模的间隙一般都比板材厚度大，模具较少出现应力集中，工作时不易出现具较少出现应力集中，工作时不易出现偏载，因此，拉深模很少出现断裂和塑偏载，因此，拉深模很少出现断裂和塑性变形失效。但是拉深模工作时，板料性变形失效。但是拉深模工作时，板料与凹模和压边圈产生相对滑动，存在很与凹模和压边圈产生相对滑动，存在很大的摩擦。大的摩擦。.(三三)拉深模粘结瘤拉深模粘结瘤 拉深过程中，板料上的拉深过程中，板料上的凸起部位在受热、受压、受凸起部位在受热、受压

17、、受剪切的情况下，被模具的凸剪切的情况下，被模具的凸起部位刮下成碎片，堆积在起部位刮下成碎片，堆积在模具凸起部位的前方。当压模具凸起部位的前方。当压力很大时，这些碎片就被压力很大时，这些碎片就被压人模具表面的凹坑内。由于人模具表面的凹坑内。由于高压时会产生脉冲高温，使模具表面凹坑中的碎片软化、熔化，并高压时会产生脉冲高温，使模具表面凹坑中的碎片软化、熔化，并与模具表面牢固结合，形成粘结瘤，如图与模具表面牢固结合，形成粘结瘤，如图11所示。粘结瘤出现后，所示。粘结瘤出现后，将严重损伤工件表面，加速模具的不均匀磨损。将严重损伤工件表面，加速模具的不均匀磨损。.(四四)影响拉深模寿命的主要因素影响拉

18、深模寿命的主要因素1工件材料和模具材料的亲和力工件材料和模具材料的亲和力 亲和力大的材料粘着倾向大。粘着磨损或粘结瘤严重亲和力大的材料粘着倾向大。粘着磨损或粘结瘤严重.Fe、Cr、Ni与与Fe的互溶性大，纯铁、的互溶性大，纯铁、Cr不锈钢、不锈钢、Ni等板材在用钢模拉深时等板材在用钢模拉深时易粘模，而易粘模，而A1、Cu、Mg、Zn与与Fe的互溶性小，相应的板材在用的互溶性小，相应的板材在用钢模拉深时，粘着磨损的倾向小钢模拉深时，粘着磨损的倾向小.2压边力压边力 压边力越大，凹模和压边圈与板料之间的摩擦力越大，粘着磨压边力越大，凹模和压边圈与板料之间的摩擦力越大，粘着磨损的倾向就大。若压边力太

19、小，板料拉深时在切向应力的作用下，损的倾向就大。若压边力太小，板料拉深时在切向应力的作用下，造成板料与凹模、板料与压边圈的不均匀接触，易在凹模、压边圈造成板料与凹模、板料与压边圈的不均匀接触，易在凹模、压边圈上出现磨损沟痕，加速不均匀磨损。上出现磨损沟痕，加速不均匀磨损。3模具表面粗糙度模具表面粗糙度 模具表面越光洁，表面凸起部位越多，凸起部位压力下降，耐模具表面越光洁，表面凸起部位越多，凸起部位压力下降，耐磨性越好。但太光的表面不利储存润滑剂，反而造成模具和板料直磨性越好。但太光的表面不利储存润滑剂，反而造成模具和板料直接接触，加重模具磨损。接接触，加重模具磨损。.(五五)提高拉深模寿命的措

20、施提高拉深模寿命的措施1正确选择模具材料正确选择模具材料 选择与坯料亲和力小的材料。钢板选有色金属，有色金属坯选择与坯料亲和力小的材料。钢板选有色金属，有色金属坯料选钢模。不同产品批量，不同工件形状、大小，选用不同的材料选钢模。不同产品批量，不同工件形状、大小，选用不同的材料，从而降低模具成本。料，从而降低模具成本。例如：小批量的圆形件，选例如：小批量的圆形件，选T8、T10、45钢；中批量中、小件，钢；中批量中、小件，选选MnCrW、CrWV；形状不规则的中、小件，选；形状不规则的中、小件，选Crl2MoV；大批；大批量小件，选硬质合金；大型拉延模、汽车覆盖件模，可选铸铁。量小件，选硬质合金

21、；大型拉延模、汽车覆盖件模，可选铸铁。2合理润滑合理润滑 在坯料与凹模之间涂抹润滑剂改善粘着磨擦条件，有效地防在坯料与凹模之间涂抹润滑剂改善粘着磨擦条件，有效地防止或降低磨损。止或降低磨损。3表面处理表面处理 如如Crl2钢拉深模，气相沉积钢拉深模，气相沉积TiC后，使用寿命可提高后，使用寿命可提高830倍倍.三、锤锻模三、锤锻模(一一)锤锻模具的工作特点锤锻模具的工作特点1坯料温度高（坯料温度高（9501050）-模具易软化，氧化和热疲劳模具易软化，氧化和热疲劳.2冲击力大、速度快，局部易应力集中，造成塑性变形和断裂冲击力大、速度快，局部易应力集中，造成塑性变形和断裂.3摩擦剧烈（高温、高压

22、）摩擦剧烈（高温、高压）-易发生强烈摩擦磨损易发生强烈摩擦磨损.4急热急冷急热急冷-产生循环热应力，使模具出现疲劳磨损与疲劳裂纹，产生循环热应力，使模具出现疲劳磨损与疲劳裂纹，并导致开裂并导致开裂.(二二)锤锻模的主要失效形式锤锻模的主要失效形式-磨损磨损,塑性变形塑性变形,断裂。断裂。统计表明，磨损、塑性变形失效约占统计表明，磨损、塑性变形失效约占70，断裂，断裂(裂纹裂纹)约占约占30，一般下模较上模易失效。，一般下模较上模易失效。从失效部位看，型腔中水平面和凸台易发生塑性变形，侧面从失效部位看，型腔中水平面和凸台易发生塑性变形，侧面易出现磨损，型腔深处以及燕尾凹圆角半径处易断裂。易出现磨

23、损，型腔深处以及燕尾凹圆角半径处易断裂。(三三)影响锤锻模寿命的主要因素影响锤锻模寿命的主要因素1、锻件、锻件锻件材料强度：强度高，模具受力大，寿命低。锻件材料强度：强度高，模具受力大，寿命低。锻件质量：锻件质量增大，打击力和打击功增大。锻件质量：锻件质量增大，打击力和打击功增大。锻件形状：圆饼类中复杂形状锻件的锻模寿命低，长轴类中直锻件形状：圆饼类中复杂形状锻件的锻模寿命低，长轴类中直长轴锻件的锻模寿命高；锻件相对厚度增加，模具型腔深度增加，长轴锻件的锻模寿命高；锻件相对厚度增加，模具型腔深度增加，充填困难，模具寿命低。充填困难，模具寿命低。.2锻模锻模锻模硬度锻模硬度：型腔硬度、强度低，易

24、产生磨损和塑性变形，但硬：型腔硬度、强度低，易产生磨损和塑性变形，但硬度过高又易萌生裂纹，导致开裂度过高又易萌生裂纹，导致开裂.型腔深度：型腔越深，充填困难，模具寿命低。型腔深度：型腔越深，充填困难，模具寿命低。圆角半径：凹圆角小，易引起应力集中，萌生裂纹圆角半径：凹圆角小，易引起应力集中，萌生裂纹.承击面积：承击面积小，冲击力增加，模具易断裂承击面积：承击面积小，冲击力增加，模具易断裂.3模锻工艺模锻工艺 模具寿命一般取决于终锻型腔的寿命。采用制坯、预锻工序，模具寿命一般取决于终锻型腔的寿命。采用制坯、预锻工序，可减少坯料在终锻型腔中的变形量，减小变形力和摩擦，模具寿可减少坯料在终锻型腔中的

25、变形量，减小变形力和摩擦，模具寿命高命高.4设备吨位设备吨位 设备吨位过大，打击力大，模具寿命低；吨位太小，打击次设备吨位过大，打击力大，模具寿命低；吨位太小，打击次数增加，模具与热坯料接触时间增加，热负荷增加，寿命也低。数增加，模具与热坯料接触时间增加，热负荷增加，寿命也低。.5.使用过程使用过程-包括预热、保温、润滑、冷却及工作节奏包括预热、保温、润滑、冷却及工作节奏预热温度高，强度下降，易产生塑性变形；预热温度低，瞬间表预热温度高，强度下降，易产生塑性变形；预热温度低，瞬间表面温度变化大，热应力大，易萌生裂纹面温度变化大，热应力大，易萌生裂纹.保温、冷却及控制工作节奏是为了减少工作时模具

26、温度波动幅度保温、冷却及控制工作节奏是为了减少工作时模具温度波动幅度和降低模具温度，影响与预热大致相同和降低模具温度，影响与预热大致相同.(四四)提高锤锻模寿命的主要措施提高锤锻模寿命的主要措施1合理选取模具硬度合理选取模具硬度-根据锻模大小来选取。根据锻模大小来选取。小型锻模：型腔小型锻模：型腔4247HRC，燕尾，燕尾3539HRC.中型锻模：型腔中型锻模：型腔3944HRC，燕尾，燕尾3337HRC.大型锻模：型腔大型锻模：型腔3539HRC，燕尾，燕尾28 35HRC.2合理选取模具材料合理选取模具材料形状简单的中、小型锻模：形状简单的中、小型锻模：5CrMnMo；形状复杂的中、小型锻

27、模：形状复杂的中、小型锻模：5CrNiMo；黄铜锻模：黄铜锻模：5CrNiMo、3Cr3M03V；高合金钢、不锈钢、耐热钢锻模：高合金钢、不锈钢、耐热钢锻模：4Cr5MoSiV、3Cr2W8V、4Cr5MoSiVl。.3.进行表面强化处理进行表面强化处理渗碳、渗硼等渗碳、渗硼等.4正确使用与维护正确使用与维护锻前将模具预热到锻前将模具预热到250300；工间休息时要对模具保温；工间休息时要对模具保温；模具使用结束后应缓冷；模具使用结束后应缓冷；锻造过程中应经常将模具型腔涂冷却剂和润滑剂；锻造过程中应经常将模具型腔涂冷却剂和润滑剂；要控制工作节奏，避免模具温度升得过高；要控制工作节奏，避免模具温

28、度升得过高；模具使用一段时间后，应及时去应力退火，并超前修模模具使用一段时间后，应及时去应力退火，并超前修模四、冷镦模四、冷镦模-以轴承滚柱凹模为例。以轴承滚柱凹模为例。(一一)凹模的工作条件凹模的工作条件1凹模的形状结构凹模的形状结构-组合式。由上模、底模、外套、压板等组合式。由上模、底模、外套、压板等.2.凹模材料及热处理凹模材料及热处理上模、底模上模、底模:Crl2MoV,1100、油淬，、油淬，510、二次回火，、二次回火，硬度要求硬度要求60HRC以上。以上。外套、压板：外套、压板：GCrl5.3.工作设备和被加工坯料工作设备和被加工坯料 凹模用于冷镦轴承滚柱，凹模用于冷镦轴承滚柱，

29、在在A148型冷镦机上工作。工作压力为型冷镦机上工作。工作压力为1600kN，冷镦速度为每分钟，冷镦速度为每分钟72次。被冷镦的坯料为次。被冷镦的坯料为GCrl5钢，硬度为钢，硬度为170207HBS.(二二)凹模的寿命和失效形式凹模的寿命和失效形式 统计表明，组合凹模中上模寿命最低，是影响模具统计表明，组合凹模中上模寿命最低，是影响模具寿命的关键。寿命的关键。小规格凹模的工作寿命为小规格凹模的工作寿命为3000粒粒(滚柱滚柱)，大规格凹，大规格凹模的寿命更低，有时只有几十粒。模的寿命更低，有时只有几十粒。失效形式主要是失效形式主要是擦伤、剥落和开裂。擦伤、剥落和开裂。1.擦伤擦伤-由于坯料对

30、模腔表面剧烈摩擦造成的不同程度由于坯料对模腔表面剧烈摩擦造成的不同程度伤痕，影响滚柱的表面粗糙度和尺寸。伤痕，影响滚柱的表面粗糙度和尺寸。2.剥落剥落多发生在上模端面口棱处，冲击接触疲劳引起多发生在上模端面口棱处，冲击接触疲劳引起.3.开裂开裂-裂纹起源于严重擦伤处，或由于剥落造成凹坑裂纹起源于严重擦伤处，或由于剥落造成凹坑的尖角处；另一种裂纹从型腔内表面一直延伸到凹模外的尖角处；另一种裂纹从型腔内表面一直延伸到凹模外表面，穿透整个模壁。表面，穿透整个模壁。.4失效分析结论失效分析结论凹模主要失效形式是径向开裂和型腔表面剥落。凹模主要失效形式是径向开裂和型腔表面剥落。型腔表面剥落是由表面擦伤和

31、冲击接触疲劳造成的型腔表面剥落是由表面擦伤和冲击接触疲劳造成的.凹模开裂是周期性冲击切向拉应力作用的结果，裂纹凹模开裂是周期性冲击切向拉应力作用的结果，裂纹萌生于型腔表面擦伤处或剥落凹坑尖角处。萌生于型腔表面擦伤处或剥落凹坑尖角处。Crl2MoV钢中含有大量碳化物，可能是造成裂纹萌生、钢中含有大量碳化物，可能是造成裂纹萌生、扩展而引起失效的一个重要原因。扩展而引起失效的一个重要原因。擦伤的产生说明模腔内表面的硬度和耐磨性不足擦伤的产生说明模腔内表面的硬度和耐磨性不足o.(三三)影响凹模寿命的因素及改进措施影响凹模寿命的因素及改进措施 凹模失效分析表明，最严重的失效形式是开裂，引起开裂的凹模失效

32、分析表明，最严重的失效形式是开裂，引起开裂的根本原因是凹模的韧性较差，抗拉强度不足。凹模的剥落也说明根本原因是凹模的韧性较差，抗拉强度不足。凹模的剥落也说明了材料的韧性不够。擦伤促成了剥落和开裂，但防止擦伤应当提了材料的韧性不够。擦伤促成了剥落和开裂，但防止擦伤应当提高材料的硬度和耐磨性，与提高材料的韧性相矛盾。为此，高材料的硬度和耐磨性，与提高材料的韧性相矛盾。为此，应首应首先抓住提高韧性这一根本因素，采取技术措施进行试验。先抓住提高韧性这一根本因素，采取技术措施进行试验。采用提高韧性的热处理工艺采用提高韧性的热处理工艺；改用高强韧新钢种改用高强韧新钢种：基体钢：基体钢012Al代替代替Cr

33、l2MoV，寿命提高，寿命提高4倍倍.高强韧性基体钢高强韧性基体钢+表面强化处理表面强化处理采用高耐磨、高强韧性冷模具钢采用高耐磨、高强韧性冷模具钢ER5，强度、韧性和耐磨性均，强度、韧性和耐磨性均优于优于Crl2MoV钢，成本适中，有可能进一步提高使用寿命。钢，成本适中，有可能进一步提高使用寿命。.五、热挤压模五、热挤压模-穿孔冲头为例。穿孔冲头为例。(一一)热穿孔冲头工作条件热穿孔冲头工作条件 热穿孔冲头结构形状及工作示意图。热穿孔冲头结构形状及工作示意图。冲头用冲头用3Cr2W8V钢制钢制造，常规工艺淬火、回火，硬度为造，常规工艺淬火、回火，硬度为50HRC左右。被挤压毛坯材料左右。被挤

34、压毛坯材料为为30CrMnSi钢，尺寸为钢，尺寸为85mm62mm，加热至，加热至1200进行反挤进行反挤压加工。锻压设备为压加工。锻压设备为4000kN立式水压机，工作频率为每分钟立式水压机，工作频率为每分钟5-6次，次，每次脱模后对冲头喷自来水冷却。每次脱模后对冲头喷自来水冷却。(二二)冲头工作寿命及失效形式冲头工作寿命及失效形式 现场统计结果，平均工作寿命现场统计结果，平均工作寿命199件，最高寿命件，最高寿命324件，最低件，最低寿命寿命117件。主要失效形式是件。主要失效形式是冲头头部镦粗变形。冲头头部镦粗变形。冲头原来外表喷水冷却方式效果不大。若改为内冷空心结构，冲头原来外表喷水冷

35、却方式效果不大。若改为内冷空心结构，用石墨机油外冷兼润滑，应能改善冷却效果。用石墨机油外冷兼润滑，应能改善冷却效果。.第一种冲头壁厚第一种冲头壁厚17.2mm，口部螺纹有空刀槽，平均，口部螺纹有空刀槽，平均寿命为寿命为200件，失效形式主要是早期断裂。裂纹起源于螺件，失效形式主要是早期断裂。裂纹起源于螺纹末端空刀槽，然后向外扩展成环状裂纹。纹末端空刀槽，然后向外扩展成环状裂纹。第二种冲头壁厚第二种冲头壁厚17.2mm，口部螺纹无空刀槽，平均，口部螺纹无空刀槽，平均寿命为寿命为400件。由于没有空刀槽处的应力集中，不再发生件。由于没有空刀槽处的应力集中，不再发生早期断裂，以头部圆角软化变形失效。

36、早期断裂，以头部圆角软化变形失效。第三种冲头壁厚减薄至第三种冲头壁厚减薄至13.7mm，改进螺纹口部结构，改进螺纹口部结构，使其具有卸荷作用，减小应力集中。平均寿命为使其具有卸荷作用，减小应力集中。平均寿命为630件，件，最高能加工最高能加工1217件。失效形式以圆角变形为主，少数发件。失效形式以圆角变形为主，少数发生尾部断裂，裂纹起源于尾部外表面拐处生尾部断裂，裂纹起源于尾部外表面拐处.(四四)失效分析结论失效分析结论实心冲头改为空心内冷结构冲头，将壁厚减至实心冲头改为空心内冷结构冲头，将壁厚减至14mm以下，获得以下，获得较好的冷却效果，是防止冲头早期软化变形失效的有效措施。较好的冷却效果

37、，是防止冲头早期软化变形失效的有效措施。空心冲头口部采用内螺纹连接时，螺纹末端不应留空刀槽，以空心冲头口部采用内螺纹连接时，螺纹末端不应留空刀槽，以免造成应力集中，导致断裂失效。免造成应力集中，导致断裂失效。冲头尾部外表面拐角处有较大应力集中，易萌生疲劳裂纹，应冲头尾部外表面拐角处有较大应力集中，易萌生疲劳裂纹，应进一步改进。进一步改进。最后需要指出，当模具的实际工作温度达到最后需要指出，当模具的实际工作温度达到700以上时，采以上时，采用马氏体型热模钢制造模具，无法获得高的工作寿命。在这种情用马氏体型热模钢制造模具，无法获得高的工作寿命。在这种情况下，改用高锰奥氏体高热强无磁模具钢况下，改用

38、高锰奥氏体高热强无磁模具钢70Mnl5制造模具，经高制造模具，经高温固溶处理和温固溶处理和700时效处理，可具有更高的热强性，从而能进一时效处理，可具有更高的热强性，从而能进一步提高热作模具的寿命。步提高热作模具的寿命。.六、塑料压注模六、塑料压注模-以线圈架塑料压注模为例。以线圈架塑料压注模为例。(一一)模具的工作条件和加工工艺模具的工作条件和加工工艺模具形状和结构尺寸如图，成型压力模具形状和结构尺寸如图，成型压力25MPa，工作温度，工作温度200；模具材料模具材料T10A，淬火，淬火+回火后硬度回火后硬度60-62HRC.（二）模具寿命及失效形式（二）模具寿命及失效形式平均寿命不足平均寿

39、命不足2000件，主要失效形式为型腔拉毛和棱边堆塌件，主要失效形式为型腔拉毛和棱边堆塌.(三三)模具失效分析。模具失效分析。硬度检查发现，型腔表面和棱角处的硬度硬度检查发现，型腔表面和棱角处的硬度56-58HRC,说明有一说明有一定程度的软化。金相组织观察，模具淬硬层的组织为回火马氏体定程度的软化。金相组织观察，模具淬硬层的组织为回火马氏体+粒状渗碳体粒状渗碳体+少量残余奥氏体。少量残余奥氏体。根据模腔表面硬度降低的现象，可推测工作温度高于模具的回根据模腔表面硬度降低的现象，可推测工作温度高于模具的回火温度。原来模具回火不足，工作时受热后继续回火过程，马氏体火温度。原来模具回火不足，工作时受热

40、后继续回火过程，马氏体继续分解，残余奥氏体发生转变，从而在压力作用下产生继续分解，残余奥氏体发生转变，从而在压力作用下产生“相变超相变超塑性塑性”流动，引起棱边堆塌和型腔表面拉毛。流动，引起棱边堆塌和型腔表面拉毛。另外，移动式模具经常承受装卸模具时的冲撞作用，也隐藏着另外，移动式模具经常承受装卸模具时的冲撞作用，也隐藏着导致模具开裂、崩角的可能性。导致模具开裂、崩角的可能性。.(四四)防止模具早期失效的措施及效果防止模具早期失效的措施及效果适当提高模具回火温度，增加回火保温时间。若采用适当提高模具回火温度，增加回火保温时间。若采用250回火，即高于模具工作温度，明显减少堆塌、起回火，即高于模具

41、工作温度，明显减少堆塌、起皱、拉毛等现象。皱、拉毛等现象。采用采用200、1.5h回火回火1次，次，260、1.5h回火回火1次次,硬度硬度为为56-58HRC。在保持较高硬度的同时，改善韧性，未。在保持较高硬度的同时，改善韧性，未再发生早期棱边堆塌和表面拉毛失效，模具压注线圈架再发生早期棱边堆塌和表面拉毛失效，模具压注线圈架18000件，仍能继续使用。件，仍能继续使用。.七、压铸模七、压铸模-以铝合金压铸模型芯为例。以铝合金压铸模型芯为例。(一一)工作条件及失效形式工作条件及失效形式 铝合金压铸模型芯结构及工作示意图。材料用铝合金压铸模型芯结构及工作示意图。材料用3Cr2W8V，淬，淬火、回

42、火后，硬度为火、回火后，硬度为50HRC左右。压铸模工作温度为左右。压铸模工作温度为600左右，左右，压入型腔速度为压入型腔速度为45-180ms，压力为，压力为200012000Ncm2，保压，保压时间为时间为520s，每次压射间隔时间约为，每次压射间隔时间约为2075s。压铸模工作时，。压铸模工作时，模具成型表面受高温、高速铝合金液的反复冲刷，产生较大的应模具成型表面受高温、高速铝合金液的反复冲刷，产生较大的应力。为了防止粘附铝合金液，频繁涂抹防粘涂料，易引起成型表力。为了防止粘附铝合金液，频繁涂抹防粘涂料，易引起成型表面温度的剧烈波动。每次脱模后对型芯表面喷水冷却，使模具成面温度的剧烈波

43、动。每次脱模后对型芯表面喷水冷却，使模具成型表面受急热急冷的循环热应力。型表面受急热急冷的循环热应力。(二二)模具的服役寿命及失效形式模具的服役寿命及失效形式 平均寿命不足平均寿命不足3万件，型芯的主要失效形式为热疲劳龟裂万件，型芯的主要失效形式为热疲劳龟裂.(三三)模具失效分析模具失效分析 实际观察，型芯热疲劳裂纹产生在端面的中心部位。推断在实际观察，型芯热疲劳裂纹产生在端面的中心部位。推断在热应力条件下工作的型芯，由于结构体积较大，使表层和心部形热应力条件下工作的型芯，由于结构体积较大，使表层和心部形成较大的温度梯度，型芯自由膨胀受阻，在心部产生的热应力超成较大的温度梯度，型芯自由膨胀受阻

44、，在心部产生的热应力超过材料高温下的屈服强度而发生塑性应变。随后，型腔表面喷水过材料高温下的屈服强度而发生塑性应变。随后，型腔表面喷水冷却和模具再受热、再冷却的温度变动循环过程中，塑性应变引冷却和模具再受热、再冷却的温度变动循环过程中，塑性应变引发疲劳裂纹，此导致材料产生龟裂。发疲劳裂纹，此导致材料产生龟裂。(四四)解决和防止模具热疲劳龟裂的措施解决和防止模具热疲劳龟裂的措施(1)对心部已产生热疲劳龟裂的型芯，可将产生裂纹的心部切除，对心部已产生热疲劳龟裂的型芯，可将产生裂纹的心部切除，然后做一个镶件放入心部切除的位置，并在背面用螺钉吊住，型然后做一个镶件放入心部切除的位置，并在背面用螺钉吊住

45、，型芯可以继续使用。芯可以继续使用。.(2)采取减小温差的工艺措施。采取减小温差的工艺措施。在操作前将模具进行预热，可提高其韧性，降低模具表面层的在操作前将模具进行预热，可提高其韧性，降低模具表面层的温度梯度和热应力，防止早期开裂。温度梯度和热应力，防止早期开裂。将模具预热至将模具预热至300，并在模腔上喷涂经加热的石墨水剂，使，并在模腔上喷涂经加热的石墨水剂，使模温一直保持在模温一直保持在250300时，模具寿命可提高时，模具寿命可提高l倍以上。倍以上。模具冷却时，为减小热应力，可以把冷却水加热到模具冷却时，为减小热应力，可以把冷却水加热到3040。(3)采用减小应力或改变应力性质的处理工艺

46、采用减小应力或改变应力性质的处理工艺o3Cr2W8V钢模具进行中去除应力退火，模具寿命提高钢模具进行中去除应力退火，模具寿命提高1-2倍。倍。对压铸模成型表面进行喷丸处理，使表层形成压应力，使表层对压铸模成型表面进行喷丸处理，使表层形成压应力，使表层的细微裂纹封闭而不易扩展，推迟热疲劳裂纹的形成和扩展，从的细微裂纹封闭而不易扩展，推迟热疲劳裂纹的形成和扩展，从而使模具寿命得到提高。而使模具寿命得到提高。.(4)用用H13钢替代钢替代3Cr2W8V钢制造铝合金压铸模。钢制造铝合金压铸模。3Cr2W8V钢由于含钨量较高，导热性下降，钢的膨钢由于含钨量较高，导热性下降，钢的膨胀系数也大，因此冷热疲劳

47、抗力较差。胀系数也大，因此冷热疲劳抗力较差。若用若用H13钢，虽然回火抗力及热稳定性稍次于钢，虽然回火抗力及热稳定性稍次于3Cr2W8V钢，但冷热疲劳抗力比钢，但冷热疲劳抗力比3Cr2W8V钢要高得多，钢要高得多，模具寿命可提高模具寿命可提高110倍。倍。另外，另外，3Cr2W8V钢的最佳工作硬度为钢的最佳工作硬度为4248HRC，硬度高于硬度高于50HRC时，韧性降低而促进裂纹源的扩展，易时，韧性降低而促进裂纹源的扩展，易造成模具开裂。造成模具开裂。.1、各类冷作模具钢应具备哪些特性?2、各类热作模具钢应具备哪些特性?3、各类塑料模具应具备哪些特性?4、模具表面处理的目的是什么?模具表面处理

48、常用的方法有哪些?举例分析冲裁模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（1班）举例分析拉深模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（2班）举例分析冷挤压模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（3班）举例分析压铸模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（4班）举例分析热锻模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（5班）举例分析热塑性材料成型模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（6班）举例分析热固性材料成型模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（7班）举例分析具有腐蚀性环境的塑料模具的工作条件、失效形式和性能要求，总结其选材和热处理工艺特点；分析其模具材料的发展方向。（8班）.