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1、*1模具失效与维护模具失效与维护*2模具寿命的高低是衡量模具质量的重要 指标之一。它影响产品质量、生产率和成本 。无论是模具的大型化、复杂化还是高精度 、高效率，都依赖于模具寿命的提高。提高 模具寿命的宗旨就是延缓模具的失效。失效 分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多 学科交叉分析，找到模具失效的原因和解决 的措施，从而达到提高模具寿命的最终目的 。*301 失效与失效学1什么是失效？将“产品丧失其规定功能的现象”称之为失效。2机械产品的失效大致可分为三种类型： 完全丧失其规定的功能； 部分丧失其规定的功能，虽仍能工作，但已不能圆 满地完成规定的任务； 严重损伤，再不能安全地继续工作，此时应
2、及时调 换或修补。机械产品的失效形式主要有过量的变形、断裂和表面 损伤等。*43间接经济损失 由于失效迫使企业停产或减产所造成的损失； 引起其他企业停产或减产的损失； 影响企业的信誉和市场竞争能力所造成的损失。4失效学失效学是研究机械装备的失效诊断、失效预测和失效预防的理论、技术和方法及其工程应用的一门学科。 *502 模具失效分析的意义1引起模具失效的因素 材料方面的因素内因：包括材料品质及加工工艺方面的各种因素； 环境方面的因素外因：包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。2失效分析的意义通过对失效残骸的研究，可查明模具失效的机理和过程 ，并对失效的原因做出判断，从而可有针对性地采取改进
3、和 预防措施，避免同类失效的再发生，达到改进模具质量、延 长使用寿命、提高服役安全性和可靠性的目的。*6*703 本课程的性质、任务、学习方法和最终目的模具失效与寿命是模具设计与制造专业的一门专业 课称。本课程的任务是使学生了解模具寿命与失效的关系 及其与工业生产的关系；了解模具结构、模具工作条件、 模具材料性能和模具制造等因素对模具寿命的影响；掌握 分析模具失效的方法，培养解决问题的能力，为合理的模 具设计与模具加工奠定必备的基本理论知识，从而即可以 达到“防患于未然”又可以做到“亡羊补牢”，最终达到提高 模具寿命的目的。*8本课程学习的具体要求是： 熟悉模具失效与寿命中名词术语的概念和定义
4、。 了解模具失效的形式，掌握对不同模具失效形式分析与判断的方法和模具材料抗失效性能指标及应用。 认识提高模具寿命的重要性，掌握有关因素对模具寿命的影响和影响模具失效的基本因素，并能正确应用这些 规律指导模具的设计与制造。 具有正确选择模具材料和模具热处理工艺的能力和将所学知识用于模具设计、模具加工、模具使用和管理的能 力。*9本课程要求：1本课程为考查课。2考核方式为以平时每章的大作业（小论文）的 累计得分并参照出勤和课堂综合表现作为该课程 成绩。3每次作业按规定时间发到：m2006_4答疑在系办公室随时进行。5联系电话：13902028066*10第1章 模具失效的基础知识研究模具的失效问题
5、就必须熟悉各种模具的工作条件 和失效形式，进而学习运用失效分析的基本知识来判断模 具失效的性质，分析失效的原因，最终从各个方面提出预 防失效或推迟失效的防护措施。在防止模具失效的各种因素中，模具材料抵抗失效的 性能指标是最直接、最重要的因素。根据模具的失效形式 ，对模具材料提出合理的性能指标，是模具设计和选材的 依据，也为正确制定模具制造工艺指明了方向。*1111 模具失效和失效分析111 模具失效与模具损伤1 什么是模具失效？ 当模具零件在服役中产生了过量变形、断裂破坏、表 面损坏等现象后，将丧失其原有的功能，达不到预期的要 求，或变得不安全可靠，以致不能继续正常地服役，这些 现象统称为模具
6、失效。广义上讲，模具失效是指一套模具 完全不能再用，生产中一般指模具的主要工作零件不能再 用。如热挤压冲头被镦粗变形，冷冲裁模刃口崩刃或过度 磨损，型腔损坏、变形等。*122模具失效的过程模具失效一般有一个发展过程，以断裂失效为例：零件表面产生缺陷萌生微裂纹裂纹扩展直至断裂*133模具的损伤模具在制造和使用中产生了某些缺陷，如表面轻度磨 损、微裂纹等，但还没有丧失规定的功能而仍可继续服役 ，那么，这些缺陷就称为模具的损伤。显然，损伤可成为 破断的裂源，损伤的积累也可导致失效。损伤损伤损伤失效*14模具未达到一定工业技术水平公认的使 用寿命就不能服役时，称为模具的早期失效 ，也叫做非正常失效。早
7、期失效发生在模具 的使用初期，主要是由于模具设计和制造上 的缺陷一经使用就显露出来，进而诱发失效 。这一阶段的失效几率甚高，但随着使用时 间的延长而迅速减低 模具经过使用初期的考验而未发生失效，就 进入了随机失效阶段。在理想的情况下，未达到 正常寿命的模具不应该发生失效现象。但由于环 境的偶然变化，操作者的人为差错，或者因管理 不善而造成的某些损伤，仍可能导致失效。这种 失效的发生几率很低，且随着使用时间的延长其 增长也很缓慢，呈随机分布 *15112 模具失效的分类按照研究失效的目的不同，常用的失效分类方法有两种；1是按经济法观点分类，目的是明确失效造成损失的法律 责任和经济责任；2是按失效
8、形式及失效机理分类，目的是找出失效原因， 并提出防护措施，以防止或推迟同一形式的失效现象重复发 生的。*161121 按经济法观点对失效分类，可将失效分为四种 情况1正常耗损失效 模具的使用时间已到寿命终止期，属正 常失效，应由产品使用者自己负责。但若产品制造者提供 的使用说明书没有对使用寿命等做出明确规定，则制造者 也要承担一定责任。 2产品缺陷失效 属于产品质量问题，应由产品制造者承 担责任。 3误用失效 属于使用不当造成的失效，应由产品使用者 承担责任。但若产品制造者提供的使用说明书没有对有关 操作做出明确规定，则制造者也要承担责任。 4受累性失效 属于其他原因或自然灾害等不可抗拒的因
9、素所导致的失效。*171122 按失效形式及失效机理分类，大致可分为以下 几类：过量弹性变形1过量变形 韧性断裂脆性断裂疲劳断裂2断 裂 蠕变断裂应力腐蚀断裂磨损3表面损伤 接触疲劳腐蚀*18113 模具失效分析1什么是失效分析？判断失效性质，分析失效原因，研究预防失效的措 施等一系列的技术活动，称为失效分析。2失效分析的目的？主要目的是避免或减少同类失效现象的重复发生，延 长模具的使用寿命，提高经济效益和社会效益。*191131 失效分析的任务 失效分析的任务： 判断失效性质 分析失效原因 提出防护措施失效的形貌特征 失效件的应力状态 失效材料的实际强度 失效的环境因素等 *20模具失效原因
10、的分析和防护措施的提出，可以从以下 几个方面入手：1合理选材 根据模具的工作条件和失效形式，提 出相应的评价材料性能的指标，并由此选 用合适的模具材料及热处理工艺，以满足 使用要求。 2合理的结构设计 模具结构的设计，应尽量使各 部分均匀受载，使应力流线均匀分 布并平滑过渡，减小应力集中，强 化薄弱环节。 3合理加工与装配 模具的加工与装配应选择合理 的工艺方案，正确按照技术要求和 工艺规程实施，注意加工表面质量 ，减少可能造成的应力集中。 4合理使用与保养 按照操作规程对模具正确安 装、合理使用并加强维护保养， 减少环境损伤失效和随机失效。 5严格质量控制 控制模具材料的冶金质量及锻造、冷
11、加工和热处理质量，防止或减少制造中 的内外缺陷，从而防止或减少早期失效 。 6表面强化 在对模具整体进行强韧化的同时， 采取各种方法对模具工作表面进行强化 和改性，是很有效的防护措施，能明显 提高模具的服役寿命。 *211132 失效分析的方法和步骤模具失效的形式不同，失效分析的方法和步骤也不尽 相同。现以较典型的失效形式断裂为例简要说明。1现场调查和模具断裂件的处理 主要包括保护事故现场、察看断裂的形式和部位、 询问操作情况和失效过程等工作。在调查过程中，应注 意收集齐全所有的断裂碎块，以便确定主断口和进行断 口分析。在收集断裂碎块时，应注意保护断口的洁净和新鲜 。对于洁净的断口，应立即放入
12、干燥器内进行保护；对 有油泥污染的断口，应依次用汽油、丙酮（或三氯甲烷 、苯等）、无水乙醇清洗断口，并用热风吹干后放入干 燥器内；对于附有腐蚀产物的断口，可暂不清除腐蚀产 物而直接放入干燥器内。2模具制造工艺和服役历史的调查及质量检验 对模具制造工艺历史的调查，主要通过翻阅有关技 术资料、检测报告，取样检查同批原材料，询问制造者 等方式进行，要核实制造中的各个环节是否符合有关标 准规定和设计、工艺的技术要求。调查的内容一般为： 材质状况、锻造质量、切削加工和磨削加工质量、电火 花成形加工和线切割加工质量、热处理和表面处理质量 、装配质量等。为了进一步了解模具的内在质量，一般可进行无损探伤、 化
13、学成分分析、力学性能测定及组织鉴定等。对模具服役历史的调查，主要是查阅模具运行记录、调整 及维修记录，了解锻压设备及被加工坯料的状况，询问操作者 有关模具的使用条件和使用状况，是否按规程操作及有无异常 现象等。3模具工作条件和断裂状况分析 模具的工作条件主要包括受力状况和温度、介质等工 作环境状况。 受力状况主要包括：载荷性质，如静载荷、冲击载荷、循 环载荷等；载荷类型，如拉深、压缩、扭转、弯曲等；应 力情况，如应力的分布、最大应力的大小及部位，应力集 中状况、断裂部位的应力状态和应力大小等。 工作环境状况主要包括工作温度的高低，工作温度的变化幅度 及其所引起的热应力大小，介质种类、含量及腐蚀
14、性等。 模具的断裂状况主要包括断裂处的塑性变形程度，断口的 取向、位置、表面状况，以及断口和模具结构的关系等。 通过断口状况分析，可初步确定断裂的性质和类型。当模具断裂为多个碎块时，应找出最早断裂的主断口。其 方法是：将各碎块按照模具原来的形状拼合在一起，并察 看其密合程度，密合最差、裂隙最大的断口为最早断裂的 主断口。通过肉眼观察或用量具测量断口处的塑性变形量 ，就可初步确定是韧性断裂还是脆性断裂。根据主断口的取向，可以分析模具断裂的载荷类型和实际应力 状态。例如，脆性断口总是与最大正应力作用的方向垂直，齐 平的韧性断口总是与最大切应力作用的方向平行等。而当断裂 起源于模具外形结构的缺口或应
15、力集中处时，则说明缺口效应 和应力集中对断裂的影响作用很大。 另外，根据断口氧化色的不同，可大致分析模具工作温度的高 低；根据断口有无腐蚀产物，可确定模具的工作介质有无腐蚀 性。*224断口分析 断口的宏观分析是用肉眼、放大镜或低倍立体显微镜 分析断口的形貌。它用来判定：断裂的性质，即快速 断裂、疲劳断裂或应力腐蚀断裂；断裂的类型，如快 速断裂是韧断还是脆断，裂源的位置和断裂的走向如 何；疲劳断裂时的应力大小，应力集中程度和疲劳寿 命。断口的微观分析是用高倍扫描电子显微镜或透射电子显 微镜分析断口的微观形貌。它是宏观断口分析的深化和 必要补充。它用于分析：微观断裂的性质，即微观韧断 或微观脆断
16、；微观断裂的机理，显微组织对断裂的影响 等。此外，它还可用于估算疲劳裂纹宏观扩展速率和疲 劳寿命。对于应力腐蚀断裂，其断口往往附着有腐蚀产物。为 避免腐蚀产物对断口分析的干扰，应先对断口上的腐 蚀产物进行成分和相结构分析，然后用化学或电化学 方法清除之，之后再进行断口分析。当模具中存在材料缺陷和加工缺陷时，往往在缺陷处产 生裂纹并扩展。故应分析裂源和断裂路径与各类缺陷的 关系，以确定缺陷对断裂的影响。常见的缺陷有非金属 夹杂物、碳化物编聚、表面微裂纹、过热、过烧、回火 不充分等。可选取断裂碎块，在裂源和断裂扩展区处， 分别以垂直于断口的截面制备金相试样，用光学或电子 显微镜观察断口处的缺陷和显微组织。5断裂原因的判定 首先，根据模具断裂状况的分析和断口分析的结果，综合 判定模具断裂的性质和类型，并由此
