模具失效的形式资料

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1、模具失效概念模具失效概念 l知识点: l1、模具失效 l2、模具损伤 l3、模具使用寿命 l模具失效是指模具丧失正常的使用功 能,不能通过一般的修复方法使其重新服 役的现象。 l模具在服役中产生了过量变形、断裂破坏 、表面损坏等现象后,将丧失原有的功能 ,达不到预期的要求,或变的不安全、不 可靠,以致予不能继续正常地服役,这些 现象统称为模具失效。 模具的失效分为非正常失效和正常失效。 非正常失效(早期失效)是指模具未达到一定的工 业水平下公认的寿命时就不能服役。早期失效的 形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。 正常失效是指模具经大批量生产使用,因缓慢塑 性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能

2、继续服 役。 模具损伤模具在使用过程中,出现变形,微 裂纹,腐蚀等现象,但没有立即丧失服役能力的 现象称为模具损伤。 l举例,断裂失效过程 l总之,失效发展过程是: l模具损伤 损伤积累 模具失效的过程。 模具寿命 模具正常失效前,生产出的合格产品的数目,叫 模具正常寿命,简称模具寿命。 模具首次修复前生产出的合格产品的数目,叫首 次寿命。 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,叫修模寿命。 模具寿命是首次寿命与各次修复寿命的总和。 模具寿命与产品成本的关系 产品成本由原材料费、工资费、设备折旧费、模具 设计制造费、管理费等组成。 降低产品成本费,一方面要提高模具寿命,还要考

3、 虑产品批量与模具寿命之间的匹配,应使模具寿命略大 于产品批量。 为了使产品成本最低,在满足产品质量要求的前提 下,应根据批量选用不同的模具材料及制造工艺。 对同一产品同一模具材料,应根据产品批量选取最 合理的模具结构。 模具失效分类模具失效分类 l按时间结果分为: l早期失效 由设计或制造缺陷造成; l随机失效 生产、管理、环境等偶然因素 造成; l耗损失效 长期使用结果,寿命终止。 l按经济效益分为: l正常失效 产品长期使用结果,寿命终止 l缺陷失效 产品设计者或制造者造成质量问 题; l误用失效 产品使用者造成; l受累失效 环境、自然灾害等不可抗拒的偶 然因素造成。 l按失效形式分为

4、: l过量变形 弹性、塑性变形、蠕变造成超差 失效; l模具断裂 韧性、脆性、疲劳、腐蚀、造成 断裂失效; l表面损伤 磨损、接触疲劳、腐蚀造成表面 损伤 。 模具失效形式及机理 模具因类型不同、生产的产品不同,失效的形式也不同 。如:锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破裂; 塑料模具常常因表面光洁度不够而失效。 综合来讲,模具失效形式主要有三类:磨损、断裂、塑 性变形。 模具失效形式及机理 磨损失效 磨损的概念:由于表面的相对运动,从接触表面逐渐 失去物质的现象称为磨损。 模具的磨损:坯料与模具之间接触,成型过程中产生 相对运动,造成磨损。 磨损的结果:(1)模具尺寸发生变化;(2)模具表

5、面状 态发生变化,如粗糙度增加、产生划痕等。 一、磨损分类 根据模具的成形坯料、使用状况,其磨损机 理可以分为:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。 模具失效形式及机理 二、磨粒磨损 磨粒磨损的定义: 在工件 和模具接触表面之间存在 外来硬质颗粒或者工件表 面的硬突出物,刮擦模具 表面,引起模具表面材料 脱落的现象叫磨粒磨损。 模具失效形式及机理 主要特征是模具表面有明显的划痕或犁沟,磨损物为条 状或切屑状。 二、磨粒磨损 (一) 磨粒磨损的机理(图3-1、图3-2) 模具失效形式及机理 磨料磨损时,作用在质点上的力分为垂直分力和水平分 力。 垂直分力使硬质点压入材料表面

6、; 水平分力使硬质点与表面之间产生相对位移,硬质点与 材料相互作用的结果,使被磨损表面产生犁皱或切屑, 形成磨损或在表面留下沟槽。 二、磨粒磨损 (一) 磨粒磨损的机理 模具失效形式及机理 二、磨粒磨损 (二) 影响磨粒磨损的因素 磨粒大小与形状 磨粒硬度和模具材料硬度 模具与工件表面压力 磨粒尺寸与工件厚度的相 对比值 模具失效形式及机理 二、磨粒磨损 (三) 提高耐磨粒磨损的措施 提高模具材料的硬度 进行表面耐磨处理 采用防护措施 模具失效形式及机理 三、粘着磨损 粘着磨损的定义: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 的材料转移到工件上或脱落的现

7、象。 模具失效形式及机理 要特征是磨损产物多 为片状或小颗粒。 (一)粘着磨损的机理 模具与工件表面的实际接触面积只有名义上的 0.01- 0.1%,只有少数微观凸起处接触,压力很大,引起塑性 变形,加上表面因摩擦而温度升高,局部金属软化或熔 化,使表层的氧化膜破裂,使新鲜材料暴露,造成工件 与模具材料纯金属接触,分子间互相吸引、渗透、粘着 ,使这些突起处联接起来。随着相对运动的进行和接触 部分的温度急剧下降,突起处相当于进行了一次局部淬 火,使粘着部分材料强度增加,形成淬火裂纹,最后造 成撕裂和剥落。图3-5为粘着磨损过程。 模具失效形式及机理 (二)粘着磨损的分类 根据磨损程度,分为:轻微

8、粘着磨损(氧化磨损)和严 重粘着磨损(涂抹、擦伤、胶合)。 轻微粘着磨损(氧化磨损):粘结点强度低于模具和工 件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着 面上,表面材料的转移十分轻微。 模具失效形式及机理 (二)粘着磨损的分类 模具失效形式及机理 涂抹:粘结点强度介于模具和工件的强度之间时发 生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较软金 属的浅层内,使较软金属粘附并涂抹在较硬金属表 面上。 (二)粘着磨损的分类 模具失效形式及机理 擦伤:粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接点 剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内,有时硬金属表 面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表面 。如铜与钢

9、摩擦时,剪切大多发生在铜表层内,但钢表 面也残留少量的小坑; (二)粘着磨损的分类 模具失效形式及机理 胶合(咬死):粘结点强度远远高于模具和工件的强度 时发生。 摩擦副之间粘着面积较大,不能作相对运动 称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。 模具失效形式及机理 载荷对碳钢表面磨损量的影响 (三)影响粘着磨损的因素 表面压力 T1(接触压应力小于材料硬 度的1/3),磨损主要是通 过氧化碎屑的脱落而产生的 ,属于轻微氧化磨损区; T1与T2之间为严重磨损区, 磨屑尺寸增大,加厚,且多 为金属屑; 当载荷继续增大超过T2后, 表面内摩擦增大而温度很高 ,可能发生相变,并形成白 层,形成不易破碎

10、的氧化膜 ,因而耐磨。 (三)影响粘着磨损的因素 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料形成的粘着结 点的破坏以塑性流动为主,它发生在离表面一定的深度处 ,磨屑较大。而脆性材料粘结点的破坏主要是剥落,损伤 深度较浅,同时磨屑容易脱落,不堆积在表面上。 密排六方结构的金属材料粘着倾向小,面心立方点阵 的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属; 多相的金属比单相的金属粘着倾向小; 互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格类型的金属) 所组成的摩擦副粘着倾向大;互溶性小的材料(异种金属或 晶格结构不相近的金属)组成的摩擦副粘着倾向小。 模具失效形式及机理 (三)影响粘着磨损的因素 材料硬度 模具

11、材料硬度越大,磨损越小;反之,磨损越大。 模具失效形式及机理 (四) 提高耐粘着磨损性能的措施 合理选用模具材料 选与工件互溶性小的材料,减小亲合力,降低粘结的可能 性。 合理选用润滑剂和添加剂 润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触,另一方面可 减小摩擦,成倍提高抗粘着磨损的能力。 采用表面处理 通过表面化学热处理,如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮 化等热处理工艺,使表面生成一化合物薄膜,或为硫化 物,磷化物,含氮的化合物,使摩擦系数减小,起到减 磨作用也减小粘着磨损。 模具失效形式及机理 四、疲劳磨损 疲劳磨损的定义:工件与模具表面相对运动时,在循 环应力(机械应力与热应力)的作用下,使模具表层

12、金 属材料疲劳脱落的现象。 模具失效形式及机理 接触疲劳磨损,主要特征为磨损表面有裂纹、小坑等 ,磨损产物为块状或饼状。 模具失效形式及机理 四、疲劳磨损 (一) 疲劳磨损的机理 在承受力和相对运动的情况下,模具表面及亚表面 不仅有多变的接触应力而且还有切应力,这些外力反复 作用一定周次后,模具表面就会产生局部塑性变形和加 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。 模具疲劳磨损有机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。 模具失效形式及机理 四、疲劳磨损 (二) 影响疲劳磨损的因素 材质:钢材的冶金质量,

13、如:夹杂物类型、大小、 形貌、分布。特别是脆性、带棱角的非金属夹杂物 。 硬度:一般情况下,材料抗疲劳磨损能力随表面硬 度的增加而增强,而表面硬度一旦越过一定值,则 情况相反。 表面粗糙度:表面粗糙度低,接触面积大,接触应 力小,提高抗疲劳磨损能力。 模具失效形式及机理 四、疲劳磨损 (三) 提高耐疲劳磨损的措施 合理选择润滑剂 润滑剂可避免模具与工件表面直接接触,并均化接 触应力,缓冲冲击。润滑剂粘度越高越好,固体润滑剂 比液体润滑剂好。 进行表面强化处理 采用喷丸、滚压等强化方法,使模具工作表面金属 受压缩产生塑性变形,并产生宏观压缩应力,有利于提 高抗疲劳磨损的能力。 五、气蚀磨损和冲蚀

14、磨损 (一)气蚀磨损 定义:模具表面的气泡破裂,产生瞬间的冲击和高 温,使模具表面形成微小的麻点和凹坑的现象叫气蚀磨 损。 模具失效形式及机理 五、气蚀磨损和冲蚀磨损 (一)气蚀磨损 产生机理:模具与液体表面接触作相对运动时,在液 体与模具接触处的局部压力比液体蒸发压力低的情况下 ,形成气泡,同时溶解在液体中的气体也可能析出形成 气泡,如果这些气泡流到高压区,当承受压力超过气泡 内压力时,气泡就会破裂,在瞬间产生极大的冲击力和 高温,作用于模具表面上。气泡的形成和压溃的反复作 用,使零件表面疲劳破坏,产生麻点,随后扩展成海绵 状空穴,这种磨损称为气蚀磨损。 模具失效形式及机理 五、气蚀磨损和冲

15、蚀磨损 (二)冲蚀磨损 定义:液体或固体微粒高速落到模具表面,反复冲 击模具表面,使模具表面局部材料流失,形成麻点和凹 坑的现象叫冲蚀磨损。 当小液滴速度特别高,高于100m/s 时,产生的冲击 应力会超过材料的屈服强度,造成局部材料断裂。 模具失效形式及机理 五、气蚀磨损和冲蚀磨损 (三)提高抗气蚀磨损和冲蚀磨损的措施 气蚀磨损和冲蚀磨损都称为侵蚀磨损。它们都可以看 成疲劳磨损的派生形式。因为就本质上来说,都是由于机 械力造成的表面疲劳破坏,但液体的化学和电化学作用加 速了它们的破坏速度。在注塑模具和压铸模具中易出现。 若材料具有较好的抗疲劳性和抗腐蚀性,又有较高的 强度和韧性,材料的抗气蚀磨损和冲蚀磨损性能就好。 工艺上,降低流体对模具表面的冲击速度,避免涡流 ,消除产生气蚀的条件,可有效减少气蚀和冲蚀磨损。 模具失效形式及机理 六、腐蚀磨损 定义: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,再加上机械摩擦作用,引起表层材料脱落的现 象叫腐蚀磨损。(腐蚀+磨损) 腐蚀磨损,它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻 点,但麻点比较光滑。磨损物为薄的碎片或粉末。典型工 件如汽缸与活塞、船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。 模具失效形式及机理 六、腐蚀磨损 (一)

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