第一篇：壓鑄模具失效形式以及如何提高壽命（共）

壓鑄鋁合金零件失效分析

摘要：本文結合工廠的壓鑄模具的實際失效情況，總結分析了壓鑄模的主要失效形式,系統地提出了分析壓鑄模具失效的方法和手段。從工程實用的角度提出了避免早期失效、提高模具壽命的方法。

壓鑄是一種節能、低價、高效的金屬成形方式。壓鑄件具有尺寸精度高，表面光潔，強度和硬度高的特點，一般不需要機械加工或稍經加工便可使用，適合批量生產。但是在使用過程中，由于各種原因壓鑄模容易失效。

關鍵字:壓鑄模具 失效 提高壽命 1 壓鑄模具常見失效形式

下面結合工廠實際情況分析了壓鑄模具的失效形式和失效機理。

1.1熱裂

熱裂是模具最常見的失效形式，如圖1所示。熱裂紋通常形成于模具型腔表面或內部熱應力集中處，當裂紋形成后，應力重新分布，裂紋發展到一定長度時，由于塑性應變而產生應力松弛使裂紋停止擴展。隨著循環次數的增加，裂紋尖端附近出現一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續擴展，最后裂紋間相互連接而導致模具失效。

1.2整體脆斷

整體脆斷是由于偶然的機械過載或熱過載導致模具災難性斷裂。材料的塑韌性是與此現象相對應的最重要的力學性能。材料中有嚴重缺陷或操作不當,會引起整體脆斷，如圖2所示。

1.3侵蝕或沖刷

這是由于機械和化學腐蝕綜合作用的結果,熔融鋁合金高速射入型腔,造成型腔表面的機械磨蝕。同時,金屬鋁與模具材料生成脆性的鐵鋁化合物,成為熱裂紋新的萌生源。此外,鋁充填到裂紋之中與裂紋壁產生機械作用,并與熱應力疊加,加劇裂紋尖端的拉應力,從而加快了裂紋的擴展。提高材料的高溫強度和化學穩定性有利于增強材料的抗腐蝕能力。壓鑄模具常見失效分析方法

為了延長模具的使用壽命,節約成本,提高生產效率,就必須研究模具的失效形式和導致模具失效的原因以及模具失效的內部機理。由于壓鑄模具失效的原因比較復雜,要從模具的設計、材料選擇、工作狀態等很多方面來進行分析。圖3為壓鑄模具常見失效分析圖。

圖 3 壓鑄模具常見失效分析方法

2.1裂紋的表面形狀及裂紋擴展形貌分析

失效模具型腔表面主要是沖蝕坑，大小比較均勻，冒口所對部位有明顯的沖蝕坑外，表面明顯具有一定方向的劃痕，劃痕上分布有大小不等的鋁合金塊狀物。由于正對澆口部位直接受金屬液的沖刷，該部位具有明顯的沖刷犁溝，同時可觀察到劃痕間有裂紋。裂紋從裂紋源出發，并向西周擴展。裂紋內有大量的夾雜物，裂紋邊緣有二次裂紋。由于模具使用時間短，一般部位表面主要是沖蝕坑和焊合，而澆口所對部位主要為液態金屬沖刷形成的犁溝和熱疲勞裂紋。

由于高溫液態金屬的沖刷，模具型腔表面首先沖擊坑及犁溝，模具的表面變得凸凹不平，造成局部應力遠遠大于名義應力，產生應力集中的現象，這些部位是裂紋產生的危險部位。另外，分布在模具型腔表面的夾雜物，如氧化物、硫化物等，在熱循環過程中與基體脫離，直接成為熱疲勞裂紋。一方面夾雜物同集體的彈性模量不同，當熱應力及機械力作用時，在其周圍形成應力集中;另一方面在冷卻時夾雜物與基體有不同的熱收縮，造成鑲嵌應力，兩者疊加的結果，在夾雜

物周圍產生很大的應力場。應力集中的結果使沖擊坑、犁溝及夾雜物成為疲勞裂紋的誘發核心和擴展優取向。

2.2殘余應力分析

壓鑄模具的殘余應力較為復雜,主要是在機械加工、電火花加工、熱處理及生產過程中熱沖擊產生的熱應力等原因產生。模具使用一定時間后,模具的表面的殘余應力為壓應力,裂紋前端無論是平行于裂紋擴展方向還是垂直于裂紋的擴展方向,都受壓應力。型腔表面裂紋前端的殘余應力大于裂紋沿深度方向裂紋前端的殘余應力,模具的型腔表面溫度變化大,產生的熱應力的殘余應力要大,而且模具投入使用之前的機械加工和熱處理過程中模具表面產生的殘余應力要大于模具內部。由于液態金屬的沖刷,澆口所對部位的溫度要高于一般部位,加上沖擊力的作用,澆口所對部位的殘余應力大于一般部位.殘余應力范圍90MPa-420MPa。

模具型腔表面殘余應力的存在對裂紋的擴展有一定的影響,殘余應力場中的裂紋擴展研究表明,殘余應力可以增加裂紋的閉合程度,減緩裂紋的擴展速率.模具型腔表面形成的殘余應力的大小及壓應力存在的深度對減弱模具熱疲勞裂紋的萌生和擴展有一定益處。

模具經過一定時間使用后,模具表面的殘余應力為壓應力,裂紋前端無論是平行于裂紋擴展方向還是垂直與裂紋擴展方向都受壓應力。所以在模具的使用過程中隔一段時間要進行清洗和維修。

提高模具壽命的方法

對壓鑄模具失效及提高壓鑄模壽命的研究，無論是從實驗方法還是對模具壽命的估算，都沒有一個統一的標準，使壓鑄模具的使用壽命遇到了一個瓶頸，因此提高模具壽命是工程界一個十分艱巨的任務。

3.1精心設計壓鑄件和壓鑄模具

模具的局部開裂、型腔表面磨損以及型壁面交界處的裂紋等失效，往往是由于壓鑄件的工藝設計不合理所造成的。因此，設計壓鑄件必須注意以下幾點：

(1)在滿足壓鑄件結構強度的條件下，宜采用薄壁結構，這不僅減輕了壓鑄件的質量，而且也減少了模具的熱載荷。

(2)壓鑄件壁厚應均勻，避免熱節，以減少局部熱量集中引起模具過早的熱疲勞失效。

(3)壓鑄件所有轉角處，應有適當的鑄造圓角，以避免在模具相應部位形成棱角，產生裂紋和塌陷。

(4)壓鑄件上應盡量避免深而窄的凹穴，以避免模具相應部位出現尖劈，使散熱條件惡化而產生斷裂。

(5)壓鑄件應該有合理的脫模斜度，以避免開模抽芯取件時擦傷模具型壁。

3.2保證模具的加工質量

模具的加工制造、安裝、裝配的實際精度對模具的壽命有影響，需要引起重視，其中的磨削加工對模具壽命的影響很大，至少會從三個方面對損壞模具壽命：

(1)砂輪不鋒利引起的摩擦使模具表面出現磨銷裂紋。(2)摩擦熱使模具表面軟化，降低了模具抗熱疲勞能力和內腐蝕能力。

(3)表面存在磨銷應力，降低了模具的抗熱疲勞能力和機械疲勞能力。

3.3選用優質鋼材

壓鑄模具材料質量的提高于改進對其熱疲勞壽命的提高影響極大。其中，氣體中雜質的含量高、成分偏析及碳化物的不均勻程度嚴重，都會降低模具的熱疲勞壽命。鋼中的夾雜物往往是萌生裂紋的核心，夾雜物的尺寸大于某一臨界尺寸后，疲勞強度隨夾雜物顆粒尺寸的加大而下降。疲勞強度的下降與顆粒尺寸的立方成正比 [1][2]。

(1)采用先進的毛坯鍛造工藝

采用先進的毛坯鍛造工藝有兩個目的，一是使碳化物分布均勻，二是形成合理的流線分布，以提高鋼材的耐磨性和各項同性以及抗咬合能力 [1]。

(2)采用合理的熱處理規范

作為壓鑄模具材料必須具有較高的熱強度和回火穩定性，這樣才有可能獲得高的熱疲勞抗力和耐磨性。從壓鑄工作條件和提高抗熱疲勞性能出發，回火溫度應盡量提高一些，但必須低于二次硬化溫度。此外，為了使一次回火生成的馬氏體充分回火，以及使殘余奧氏體馬氏體化，還應采取二次回火。

(3)采用表面強化處理

采用表面強化工藝提高模具表面的強度、耐磨性及耐蝕性，可以延長熱裂紋萌生的孕育期，防止熱裂紋的擴展，由此提高模具的使用壽命。常見的表面強化處理有：噴丸強化法、壓應力冷作撞擊法、蒸汽處理法、電火花放電強化法、高頻淬火、軟氮化、鎢鎳合金沉積法等 [1][2][3]。

(4)采用良好的操作規程

在操作前預熱模具是十分重要的。不僅可以提高鋼的韌性。同時也可以減少模具斷面的溫度梯度，以降低模具的熱應力。但預熱模具溫度不能太高，過高的預熱溫度則會降低表層的屈服強度，反而會降低模具的使用壽命。合金的冶煉和保溫也都應該嚴格按操作規范執行，特別是重視精練排氣，減少材料內部的裂紋源 [3]。

要進一步提高模具的使用壽命，最重要的就是開發新的鋼種并運用;建立全面的質量管理制度，提高職工的綜合素質。

小結

模具的多種失效方式是影響壓鑄模具使用壽命的因素,本文結合工廠實際情況，通過對壓鑄模具失效及原因分析,系統地提出了若干改進方法,進而提高模具使用壽命。本文研究的內容對提高壓鑄模具的壽命有一定指導作用。

參考文獻

[1] 楊欲國.壓鑄工藝及設備[D].北京：機械工業出版社，1995.[2 ] 賴華清.壓鑄工藝及模具[D].北京：機械工業出版社，2006.[3] 李蘊林.壓鑄工藝分析及改進[D].武漢：華中理工大學，1993.

第二篇：壓鑄模具畢業論文

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第1章 緒論

1.1課題意義

1.1.1 壓力鑄造的特點

高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過程的兩大特點。壓鑄中常用的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內，有時甚至高達500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范圍內，它的充填時間很短，一般為0.01～0.2s，最短的僅為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產的產品有著其獨特的優點。可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。其壓鑄出的最小壁厚：鋅合金為0.3mm；鋁合金為0.5mm。鑄出孔最小直徑為0.7mm。鑄出螺紋最小螺距0.75mm。對于形狀復雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產量小，通常也采用壓鑄生產，尤其當采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時，采用壓鑄生產最為適宜。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。鑄件的尺寸精度為IT12～IT11面粗糙度一般為3.2～0.8μm，最低可達0.4μm。因此，個別壓鑄件可以不經過機械加工或僅是個別部位加工即可使用[1]。

壓鑄的主要優點是：

(1)鑄件的強度和表面硬度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結晶，因此，壓鑄件表面層晶粒極細，組織致密，所以表面層的硬度和強度都比較高。

壓鑄件的抗拉強度一般比砂型鑄件高25%～30%，但收縮率較低。(2)生產率較高。壓力鑄造的生產周期短,一次操作的循環時間約5 s～3 min ,這種方法適于大批量生產。

雖然壓鑄生產的優勢十分突出，但是，它也有一些明顯的缺點：(1)壓鑄件表層常存在氣孔。這是由于液態合金的充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。因此，一般壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫條件下工作。這是由于加熱溫度高時，氣孔內的氣體膨脹，導致壓鑄件表面鼓包，影響質量與外觀。同樣，也不希望進行機械加工，以免鑄件表面顯露氣孔。

(2)壓鑄的合金類別和牌號有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金 1

沈陽工業大學本科生畢業設計 的壓鑄。而對于鋼鐵材料，由于其熔點高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實際生產。至于某一種合金類別，由于壓鑄時的激冷產生劇烈收縮，因此也僅限于幾種牌號的壓鑄。

(3)壓鑄的生產準備費用較高。由于壓鑄機成本高，壓鑄模加工周期長、成本高，因此壓鑄工藝只適用于大批量生產[2]。1.1.2壓鑄模具設計的意義

模具是壓鑄件生產的主要工具，因此在設計模具時應盡量注意使模具總體結構及模具零件結構合理，安全可靠，便于制造生產，壓鑄模澆排系統需合理設計。模具的加工、裝配要到位，配合需適當，壓鑄模具的優化也是一個重要方面。壓鑄模具的優良程度很大程度上取決澆注系統以及排溢系統的設計。壓鑄生產中，因為模具澆道形狀、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數選擇不合理導致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現。而對澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機壓射工藝參數經過優化后可以大大減少這些缺陷[3]。綜上所述，壓鑄模具的合理設計對于生產出高質量的鑄件具有重要意義。

1.2壓鑄發展歷史、現狀及趨勢

1.2.1壓鑄的發展歷史

壓鑄始于19世紀，其最初被用于壓鑄鉛字。早在1822年，威廉姆·喬奇（Willam Church）博士曾制造一臺日產1.2～2萬鉛字的鑄造機，已顯示出這種工藝方法的生產潛力。1849年斯圖吉斯（J.J.Sturgiss）設計并制造成第一臺手動活塞式熱室壓鑄機，并在美國獲得了專利權。1885年默根瑟（Mersen-thaler）研究了以前的專利，發明了印字壓鑄機，開始只用于生產低熔點的鉛、錫合金鑄字，到19世紀60年代用于鋅合金壓鑄零件生產。壓鑄廣泛應用于工業生產還只是上世紀初，用于現金出納機、留聲機和自行車的產品生產。1904年英國的法蘭克林（H.H.Franklin）公司開始用壓鑄方法生產汽車的連桿軸承，開創了壓鑄零件在汽車工業中應用的先例。1905年多勒（H.H.Doehler）研制成功用于工業生產的壓鑄機、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納（Wagner）設計了鵝頸式氣壓壓鑄機，用于生產鋁合金鑄件。這種壓鑄機是利用壓縮空氣推送鋁 2

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合金經過一個鵝頸式通道壓入模具內，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問題, 這種機器沒有得到推廣應用。但這種設計是生產鋁合金鑄件的第一次嘗試。20世紀20年代美國的Kipp公司制造出機械化的熱室壓鑄機，但鋁合金液有浸蝕壓鑄機上鋼鐵零部件的傾向，鋁合金在熱室壓鑄機上生產受到限制。1927年捷克工程師約瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）設計了冷壓室壓鑄機，由于貯存熔融合金的坩鍋與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適合工業生產的要求，克服了氣壓熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄技術向前邁出重要一步[3]。20世紀50年代大型壓鑄機誕生，為壓鑄業開拓了許多新的領域。隨著壓鑄機、壓鑄工藝、壓鑄型及潤滑劑的發展，壓鑄合金也從鉛合金發展到鋅、鋁、鎂和銅合金，最后發展到鐵合金，隨著壓鑄合金熔點的不斷增高而使壓鑄件應用范圍也不斷擴大[4]。

1.2.2我國壓鑄產業的發展

我國壓鑄工業在近半個世紀的發展中有了長足的進步。作為一個新興產業，其每年都以8%～12%的良好勢頭快速發展。目前，我國擁有壓鑄廠點及相關企業2600余家，壓鑄機近萬臺，年產壓鑄件50余萬噸。其中鋁壓鑄件占67.0%、鋅壓鑄件31.2%、銅壓鑄件1.0%、鎂壓鑄件0.8%。我國的壓鑄廠點及相關企業中，壓鑄廠點2000余家，占企業總數的80%以上，壓鑄機及輔助設備企業、模具企業、原輔材料企業近398家，占13.7%，科研、大專院校、學會等其他單位合計112個，占總數的3.8%[5]。壓鑄機生產方面，我國約有壓鑄機生產企業20多個，年生產能力超過1000臺，壓鑄機的供應能力很強。其中的中小型壓鑄機的質量較好，大型壓鑄機、實時控制的高性能的壓鑄機仍需進口，2000噸以上的壓鑄機正在研制中[5]。種種情況表明，中國的壓鑄產業已經相當龐大。

但是，與壓鑄強國相比，中國的壓鑄業還有著較大的差距。中國壓鑄企業的規模較小，企業素質不高，技術水平落后，生產效率較低。雖然與美國、日本等壓鑄先進國家相比，我國壓鑄件的生產占有一定的數量優勢，但我國壓鑄企業以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距。另外，雖然我國生產的中小型壓鑄機質量較好，但大型壓鑄機、實時控制的高性能的壓鑄機仍需進口，每年進口壓鑄機100臺以上[6]。由此可見，我國不能算作壓鑄強國，只能是壓鑄大國。

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近年來，由于中國工業的迅速發展，壓鑄產業已經逐漸向很多市場邁進。以中國的轎車工業壓鑄市場為支柱，中國的壓鑄業已經向摩托車行業、農用車行業、基礎設施建設市場、玩具市場、家電產業等多個方向快速拓展，其勢頭方興未艾[7]。

1.2.3壓鑄產業的發展趨勢

由于整個壓鑄過程都是在壓鑄機上完成，因此，隨著對壓鑄件的質量、產量和擴大應用的需求，開始對壓鑄設備提出新的更高的要求，傳統壓鑄機已經不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機以及新工藝、新技術應運而生。例如，為了消除壓鑄件內部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質量，出現了雙沖頭（或稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實現真空壓鑄，出現了水平分型的全立式壓鑄機；為了提高壓射速度和實現瞬時增加壓射力以便對熔融合金進行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發展了三級壓射系統的壓鑄機。又如，在壓鑄生產過程中，除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構外，還安裝成套測試儀器，對壓鑄過程中各工藝參數進行檢測和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監控裝置和合型力自動控制裝置以及電子計算機的應用等[8]。以下介紹的便是壓鑄行業中出現的新工藝技術。

(1)真空壓鑄

真空壓鑄是利用輔助設備將壓鑄型腔內的空氣抽除且形成真空狀態，并在真空狀態下將金屬液壓鑄成形的方法。其真空度通常在380～600毫米汞柱的范圍內，可以通過機械泵獲得。而對于薄壁與復雜的鑄件，真空度應該更高。由于型腔抽氣技術的圓滿解決，真空壓鑄在20世紀50年代曾盛行一時，但后來應用不多。目前，真空壓鑄只用于生產要求耐壓、機械強度高或要求熱處理的高質量零件，其今后的發展趨向是解決厚壁鑄件和消除熱節部位的縮孔，從而更有效地應用于可熱處理和可焊接的零件。

真空壓鑄的特點是：顯著減少了鑄件中的氣孔，增大了鑄件的致密度，提高了鑄件的力學性能，并使其可以進行熱處理。消除了氣孔造成的表面缺陷，改善了鑄件的表面質量。可減小澆注系統和排氣系統尺寸。由于現代壓鑄機可以在幾分之一秒內抽成需要的真空度，并且隨著鑄型中反壓力的減小，增大了鑄件的結晶速度，縮短了鑄件在鑄型中的停留時間。因此，采用真空壓鑄法可 4

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提高生產率10%～20%.采用真空壓鑄時，鎂合金減少了形成裂紋的可能性（裂紋時鎂合金壓鑄時很難克服的缺陷之一，經常發生在型腔通氣困難的部位），提高了它的力學性能，特別是可塑性。

（2）充氧壓鑄

國外在分析鋁合金壓鑄件的氣泡時發現，其中氣體體積分數的90%為氮氣，而空氣中的氮氣體積分數應為80%，氧氣的體積分數為20%。這說明氣泡中部分氧氣與鋁液發生了氧化反應。因此出現了充氧壓鑄的新工藝[9]。

充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高鑄件質量的一個有效途徑。所謂充氧壓鑄是在鋁液充填型腔，用氧氣充填壓室和型腔，以置換其中的空氣和其他氣體，當鋁金屬液充填時，一方面通過排氣槽排出氧氣，另一方面噴散的鋁液與沒有排除的氧氣發生化學反應而產生三氧化二鋁質點，分散在壓鑄件內部，從而消除不加氧時鑄件內部形成的氣孔。這種三氧化二鋁質點顆粒細小，約在1μm以下，其重量占鑄件總重量的0.1%～0.2%,不影響力學性能，并可使鑄件進行熱處理[10]。

（3）精速密壓鑄

精速密壓鑄是一種精確地、快速的和密實的壓鑄方法，又稱套筒雙沖頭壓鑄法。國外在20世紀60年代中期開始在壓鑄生產中應用這一方法。精密速壓鑄法在很大程度上消除了氣孔和縮松這兩種壓鑄件的基本缺陷，從而提高了壓鑄件的使用性能，擴大了壓鑄件的應用范圍。

（4）半固態壓鑄

半固態壓鑄是當金屬液在凝固時，進行強烈的攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得50%左右甚至更高的固體組分漿料，并將這種漿料進行壓鑄的方法。

半固態壓鑄的出現，為解決鋼鐵材料壓鑄模壽命低的問題提供了一個方法，而且對提高鑄件質量、改善壓鑄機鴨舌系統的工作條件，都有一定的作用，所以是用途的一種新工藝[11]。

1.3畢業設計內容

本課題設計內容是鋅合金底盤座鑄件壓鑄模具設計，主要包括澆注系統和排溢系統，成形零件，抽芯機構，推出機構以及模體結構等，其設計步驟如下：

（1）設計壓鑄模具總體結構；

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（2）設計澆注系統；（3）設計成型零件系統；（4）設計抽芯系統機構；

（5）設計模體、頂出及復位機構。

主要設計方法為：運用UG繪制整個模具的裝配圖、立體圖和具體的零件圖、立體圖。然后對整個模具的工作過程進行模擬以保證其動作過程靈活。

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第2章 壓鑄模具的整體設計

2.1 鑄件工藝性分析

2.1.1 鑄件立體圖及工程圖

所用零件為鋅合金底盤座，材料YX041，鑄造精度CT5，鑄件中心是一個較深的型腔，側壁有凸臺，凸臺上有直徑為80mm的通孔。殼體的底端有4個直徑為30mm的小孔，鑄件平均壁厚3.8mm，其立體圖如圖2-1，工程圖如圖2-2。

圖2-1 鑄件立體圖

圖2-2 鑄件工程圖

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2.1.2 鑄件分型面確定

壓鑄模的定模與動模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線決定的。而模具上垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。此殼體鑄件的分型面選擇現有三種方案如圖2-3所示。

選擇Ｉ面，使鑄件整體放在定模中，保證了鑄件的同軸度，有利于氣體的排出，同時I-I面也是鑄件的最大投影面。

選擇Ⅱ面，鑄件的同軸度不易保證。

選擇Ⅲ面，由于合模不嚴會使分型面處產生飛邊，不易清除痕跡，也不利于澆注系統的放置。

綜上分析決定選取I-I面為該鑄件的分型面。

圖2-3 鑄件分型面選擇

2.1.3 澆注位置的確定

鑄件中心有型芯，所以不宜采用中心澆注，因此采用底端澆注，澆注位置選在平臺的端面。

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2.2 壓鑄成型過程及壓鑄機選用

2.2.1 臥式冷室壓鑄機結構

臥式冷室壓鑄機基本組成如圖2-4所示。

圖2-4 臥式冷室壓鑄機

1—增壓器；2—蓄能器；3—壓射缸；4—壓射沖頭；5—壓室；6—定座板；7—拉桿；8—動座板；9—頂出缸；10—曲肘機構；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—機體；15—控制柜；16—電機及泵

此類壓鑄機的基本結構分為5部分：

(1)壓射機構

主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機構。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數都是通過它來控制的，其中包括壓室、壓射沖頭、壓射缸、增壓器和蓄能器。

(2)合模機構

其作用是實現壓鑄模的開啟和閉合動作，并在壓射成型過程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時，模具被推開或發生偏移。

(3)頂出機構

在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅動壓鑄模的推出機構，將成型壓鑄件及澆注余料從模具中頂出，并脫出模體，其中包括頂出缸和頂桿。

(4)傳動系統

通過液壓傳動或機械傳動完成壓鑄過程中所需要的各種動作。包括電機、各種液壓泵及機械傳動裝置。

(5)控制系統

控制系統控制柜指令液壓系統和機械系統的傳動元件，按壓鑄機壓射過程預定的工藝路線和運行程序動作，將液壓動作和機械動作有機的 9

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結合起來，完成準確可靠、協調安全的運行規則[12]。2.2.2 壓鑄成型過程

臥式冷室壓鑄機的壓住成型過程主要分為4個步驟，如圖2-4所示。

(a)合模過程

(b)壓射過程

(c)開模過程

(d)鑄件推出過程

圖2-5 壓鑄成型過程

(a)合模過程

壓鑄模閉合后，壓射沖頭1復位至壓室2的端口處，將足量的液態金屬3注入壓室2內。

(b)壓射過程

壓射沖頭1在壓射缸中壓射活塞高壓作用下，推動液態金屬3通過壓鑄模4的橫澆道

6、內澆口5進入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭1仍然作用在澆注系統，使液態金屬在高壓狀態下冷卻、結晶、固化成型。

(c)開模過程

壓鑄成型后，開啟模具，使壓鑄件脫離型腔，同時壓射沖頭1將澆注余料頂出壓室。

(d)推出鑄件過程

在壓鑄機頂出機構作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，10

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并脫離模體，壓射沖頭同時復位[13]。2.2.3壓鑄機型號的選用及其主要參數

本課題設計的壓鑄件在分型面的投影面積為729cm2,壓鑄件的重量為5.20kg,鋅合金一般件的推薦壓射比壓為13～20MPa，動模板最小行程為108mm,采用常用的臥式冷室壓鑄機，其型號為J1163E。

壓鑄機主要參數如下：壓射力為368～600kN；壓室直徑為70～100mm；最大澆注量（鋁）為9kg；澆注投影面積為403～1649；動模板行程為600mm；拉缸內空間水平?垂直為750mm?750mm。

2.3 澆注系統設計

壓鑄模澆注系統是將壓鑄機壓室內熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態下填充入壓鑄模型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內澆口、以及溢流排氣系統等。它能調節充填速度、充填時間、型腔溫度，因此它決定著壓鑄件表面質量以及內部顯微組織狀態，同時也影響壓鑄生產的效率和模具的壽命[14]。2.3.1 帶澆注系統鑄件立體圖

鑄件立體圖如圖2-6所示，溢流槽設于分型面四個對角處，用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。

圖2-6 帶澆注系統鑄件

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2.3.2 內澆口設計

（1）內澆口速度

由參考文獻[15]查得，鋅合金鑄件內澆口充填速度50m/s，選取為40m/s。

（2）充填時間

經計算，壓鑄件的平均壁厚約為3.8mm，利用參考文獻[16]中的經驗公式。

t=35(b-1)

（2-1）

式中t-充填時間，ms；b-壓鑄件平均壁厚，mm 可求出t=35(3.8-1)=98ms≈0.1s。（3）內澆口截面積的確定

內澆口截面積的確定可由公式（2-2）得出：

(2-2)式中：—內澆口橫截面積，cm2；G—通過內澆口金屬液的總質量，g；

—內澆口流速，cm；

/s的推薦值為30～?—液態金屬的密度，g/cm3； ； —型腔的填充時

/s間，s；V—通過內澆口金屬液的體積，計算得出數值如下：

—型腔的充填速度，cm。

(4)內澆口厚度、長度、寬度的確定

由內澆口厚度、寬度和長度的經驗數值表，適當選取此鋅合金鑄件內澆口厚度為2.5mm，長度為22.5mm，寬度為100mm。2.3.3 橫澆道設計

（1）橫澆道的形式及尺寸

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根據鑄件及內澆口特點，選用T形澆道，截面為矩形，澆道形狀及尺寸如圖2-7。

（2）橫澆道與內澆口的連接方式

圖2-7 橫澆道立體圖及具體尺寸

為了防止金屬液對型芯的正面沖擊，橫澆道與內澆口采用了端面聯接的方式，見圖2-8。

圖2-8 端面聯接方式

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圖2-8中具體尺寸為：2.3.4 直澆道設計

；；。

直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆口套內徑與壓室內徑相同，由于壓鑄機選擇型號為J1163E，其壓室直徑為70，80，100。選取100為澆口套內徑，其他尺寸根據情況自行設計，具體尺寸見附錄。2.3.5 排溢系統設計

排溢系統由排氣道、溢流槽、溢流口組成。如圖2-9所示，選用半圓形結構的排溢系統。

圖2-9 排溢系統結構

（1)溢流槽尺寸設計

溢流槽尺寸選取：溢流口厚度h=0.5mm；溢流口長度l=4mm；溢流口寬度s=72mm；溢流槽半徑r=15mm。

（2）排氣道設計

排氣道相關尺寸選取為：排氣槽深度為0.12mm；寬度為15mm。

2.4 壓鑄模具的總體結構設計

壓鑄模由定模和動模兩個主要部分組成。定模固定在壓鑄機壓室一方的定 14

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模座板上，是金屬液開始進入壓鑄模型腔的部分，也是壓鑄模型腔的所在部分之一。定模上有直澆道直接與壓鑄機的噴嘴或壓室連接。動模固定在壓鑄機的動模座板上，隨動模座板向左、向右移動與定模分開和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機構設于其內。

壓鑄模具的基本結構及零件明細表如圖2-10所示，它通常包括以下六個部分。

（1）成型零件部分。在合模后，由動模鑲塊和型腔鑲塊形成一個構成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構成成型部分的零件即為成型零件。成型零件包括固定的和活動的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側型芯等。有時成型零件還構成澆注系統的一部分，如內澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。

（2）澆注系統。澆注系統是熔融金屬由壓鑄機壓室進入壓鑄模成型空腔的通道，如圖中澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內澆口、排溢系統等。

由于成型零件和澆注系統的零件均與高溫的金屬液直接接觸，所以它們應選用經過熱處理的耐熱鋼制造。

（3）模體結構。各種模板、座架等構架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個結構件組成一個模具整體，并能夠安裝到壓鑄機上，如圖中的墊塊、支撐板、動模壓板、定模套板、定模座板和動模座板等。

導柱和導套是導向零件，又被稱為導準零件。它們的作用是引導動模板與定模板在開模和合模時能沿導滑方向移動，并準確定位。

（4）頂出和復位機構。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫出的機構，包括推出零件和復位零件，如圖中的推桿、推桿固定板和推板。同時，為使頂出機構在移動時平穩可靠，往往還設置自身的導向零件推板導柱和推板導套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復位，還在推板底部設置限位釘。

（5）側抽芯機構。當壓鑄件側面有側凹或側凸結構時，則需要設置側抽芯機構，如圖中斜滑塊、側型芯、斜滑塊限位釘、彈頂銷、彈簧等。

（6）其它。除以上各結構單元外，模具內還有其它用于固定各相關零件的內六角螺栓以及銷釘等[17]。

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圖2-10 模具總裝圖

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第3章 成型零件及斜滑塊結構設計

3.1 成型零件設計概述

成型零件是與高溫金屬液接觸的零件，用于形成澆注系統和鑄件。成型零件由澆注系統成型零件和鑄件成型零件兩部分組成。

（1）澆注系統成型零件：澆道鑲塊、澆口套，用于形成澆注系統。（2）鑄件成型零件：型芯、鑲塊、斜滑塊塊，用于形成鑄件。成型零件的結構形式主要可以分為整體式和組合式兩類。

1）整體式結構 型腔和型芯都由整塊材料加工而成，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。

2）整體組合式結構 型腔和型芯由整塊材料制成，裝入模板的模套內，再用臺肩或螺栓固定。

3）局部組合式結構 型腔和型芯由整塊材料制成，局部鑲有成型鑲塊的組合形式。

4）完全組合式結構 由多個鑲拼件組合而成的成型空腔。

成型零件直接接觸高溫、高壓、高速的液態金屬，受機械沖擊、磨損、熱疲勞和化學侵蝕的反復作用，熱應力和熱疲勞導致的熱裂紋則是破壞失效的主要原因，所以對成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4級，對粗糙度的要求比鑄件粗糙度高2級。

由于本文中采用斜滑塊抽芯系統，其也與液態金屬直接接觸，故放入本章介紹[18]。

3.2澆注系統成型零件設計

（1）澆口套的結構

在澆口套中形成直澆道，常用澆口套的結構形式如圖3-1所示。圖（a）由于制造和裝卸比較方便，在中小型模具中應用比較廣泛。圖（b）是利用臺肩將澆口套固定在兩模板之間，裝配牢固，但拆裝均不方便。

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圖（c）是將壓鑄模的安裝定位孔直接設置在澆口套上。

圖（d）、（e）型式用于中心進料圖（f）是導入式直澆道的結構型式。本課題選用圖（a）的形式。

圖3-1 澆口套結構形式

（2）澆口套與壓室的連接方式 連接方式如圖3-2所示。

圖3-2（a）為平面對接：為了保證同軸度應提高加工精度和裝配精度。圖3-2（b）保證了它們的同軸度要求。

圖3-2 澆口套與壓室連方式接

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本課題采用（a）類連接，即平面對接的方式，此類連接便于裝卸。（3）澆口套的尺寸與配合精度

澆口套尺寸根據具體情況設計，具體尺寸參見附錄。

配合精度：D1取H7h6、D2取e8、D取F8、D0取H7、d取e8。（4）澆注系統成型零件的材料和硬度的要求

壓鑄模具的澆注系統成型零件直接與高溫、高壓、高速填充的液態金屬液接觸，在短時間內溫度變化很大，壓鑄模的工作環境十分惡劣，因此對澆注系統成型零件材料的選擇應慎重。底座鑄件模具設計按國家標準選取的材料為4Cr5MoSiV1,熱處理要求為44～48HRC。

3.3 鑄件成型零件設計

3.3.1 成型收縮率

成型收縮率是指鑄件收縮量與成型狀態鑄件尺寸之比，收縮分三種情況（見圖3-3）：

（1）自由收縮 在型腔內的壓鑄件沒有成型零件的阻礙作用，圖中L1。（2）阻礙收縮 如圖中L2，有固定型芯的阻礙作用。（3）混合收縮 如圖中L3，這種情況較多。

圖3-3 壓鑄件收縮率的分類

由參考文獻[16]中查得鋅合金的自由收縮率為0.6%～0.8%，阻礙收縮率為0.3%~0.4%，混合收縮率為0.4%～0.6%。取YX041鋅合金的自由收縮?1=0.7%，阻礙收縮為?2?0.4%，混合收縮為=0.5%。

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3.3.2 脫模斜度

（1）脫模斜度的選取標準

1）不留加工余量的壓鑄件。為了保證鑄件組裝時不受阻礙，型腔尺寸以大端為基準，另一端按脫模斜度相應減少；型芯尺寸以小端為基準，另一端按脫模斜度相應增大。

2）兩面均留有加工余量的鑄件。為保證有足夠的加工余量，型腔尺寸以小端為基準，加上加工余量，另一端按脫模斜度相應增大；型芯尺寸以大端 為基準，減去加工余量，另一端按脫模斜度相應減少。

3）單面留有加工余量的鑄件。型腔尺寸以非加工面的大端為基準，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應減少。型芯尺寸以非加工面的小端為基準，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應放大。

（2）脫模斜度的尺寸

配合面外表面最小脫模斜度α取0?15?，內表面最小脫模斜度β取0?30?。非配合面外表面最小脫模斜度α取0?30?，內表面最小脫模斜度β取1°。由于底座內腔深度>50mm，則脫模斜度可取小[19]。3.3.3 壓鑄件的加工余量

由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進行機械加工。同時，由于壓鑄件內部可能有氣孔，所以應盡量避免再進行機械加工。但是，某些部位還是應該進機械加工。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒有鑄出的一些形狀，去除內澆口、溢流口后的多余部分等。

底座鑄件的加工余量選取根據參考文獻[15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長確定，孔按直徑確定。3.3.4鑄件成型尺寸的計算

成型零件表面受高溫、高壓、高速金屬液的摩擦和腐蝕而產生損耗，因修型引起尺寸變化。把尺寸變大的尺寸稱為趨于增大尺寸，變小的尺寸稱為趨于變小尺寸。在確定成型零件尺寸時，趨于增大的尺寸應向偏小的方向取值；趨于變小的尺寸應向偏大的方向取值；穩定尺寸取平均值。

根據參考文獻[16]，成型零件尺寸的計算公式如下：

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’?‘A?（A?A??n?）?’

式中：A'—成型件尺寸；??—成型零件制造偏差；A—壓鑄件尺寸（含脫模斜度、加工余量）；?—收縮率；n—補償系數；?—壓鑄件尺寸偏差。

n為損耗補償系數，由兩部分構成，其一是壓鑄件尺寸偏差的1磨損值，一般為壓鑄件尺寸偏差的1‘差?=（15～14）?。

2，其二是

4，因此n??0.7?。成型零件尺寸制造偏已知鑄件尺寸公差等級為CT5，根據參考文獻查表可得鑄件基本尺寸的相應尺寸公差。由鑄件圖可知型腔尺寸有：Φ100，h270，4R25，Φ190，h224，h6。型芯尺寸有：Φ182.5，Φ80，4Φ30.2，h210,4R50，h2。中心尺寸有：L121，L220。

(1)型腔尺寸計算

型腔的尺寸是趨于增大尺寸，應選取趨于偏小的極限尺寸。計算公式為：

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(2)型芯尺寸計算

型芯的尺寸是趨于減小的尺寸，應選取趨于偏大的極限尺寸。計算公式為：

(3)中心距位置尺寸計算

中心距離尺寸是趨于穩定的尺寸，其偏差規定為雙向等值。公式為：

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3.4 成型零件裝配圖

定模與動模合攏后形成的空腔通常稱為型腔，而構成型腔的零件即為成型零件。成型零件包括固定和活動的鑲塊與型芯。模具成型零件立體圖如圖3-4所示，裝配圖如圖3-5所示。

圖3-4 鑄件成型零件立體圖

圖3-5 鑄件成型零件裝配圖

1—澆口套；2—定模鑲塊；3—動模斜滑塊：4—鑲塊：5—彈簧頂銷

6—小型芯；7—主型芯

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3.5 斜滑塊機構設計

3.5.1 側抽芯系統概述

當鑄件上具有與推出方向不一致的側孔、側凹或側凸形狀時，在壓鑄成型后，此處的成型零件會阻礙壓鑄件的推出，必須設置可以移動的側型芯。在鑄件推出前，先將型芯抽出，消除障礙后，再將壓鑄件推出，合模時，再將型芯回復到原來的成型位置。完成側抽芯的抽出和復位動作的機構稱為側抽芯機構。

側抽芯機構有多種形式，但應用較多的是斜銷機構和斜滑塊機構。斜銷機構較復雜，但用途較廣；斜滑塊機構簡單，僅用于側凹較淺的情況[20]。

(1)斜銷側抽芯結構。圖3-6是斜銷側抽芯的工作過程。斜銷側抽芯機構主要用于側孔抽芯，分型面為垂直分型面。

(2)斜滑塊側抽芯機構。如圖3-7所示，(a)為合模狀態，(b)開模，(c)抽出型芯。在定模板的推動下，斜滑塊復位。

本課題根據零件的結構特點選擇了斜滑塊側抽芯機構。

圖3-6 斜銷側抽芯結構工作過程

（a）合模狀態

（b）開模狀態

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(c)抽芯狀態

圖3-7 斜滑塊機構工作過程

3.5.2 斜滑塊機構基本結構

斜滑塊抽芯機構，主要由定位銷和斜滑塊組成。特點是：結構緊湊，動作可靠，常用于側成型面積較大，側孔、側凹較淺，所需抽芯力不大的情況。斜滑塊抽芯基本結構如圖3-8所示。

圖3-8 斜滑塊抽芯基本結構

1－定模板；2－限位銷；3－斜滑塊；4－動模套板；

5－型芯；6－推桿；7－動模固定板

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3.5.3 斜滑塊的拼合形式

斜滑塊拼合形式如圖3-9所示。

在圖3-9中，（a）、（b）、（c）是兩瓣式的拼合形式。（a）是常用形式，（b）可能產生溢料現象，（c）能解決溢料問題。（d）、（e）、（f）為三瓣式或多瓣式的拼合形式[21]。

由于本課題設計的底盤座鑄件比較簡單，因此選用圖3-9中（a）兩瓣式的拼合形式，不但滿足要求而且設計比較簡單。

圖3-9 斜滑塊拼合形式

3.5.4 斜滑塊的導滑形式

斜滑塊導滑形式如圖3-10所示。T形槽形式加工比較簡單，因此本課題選用T形槽形式。3.5.5 斜滑塊尺寸設計

（1）抽芯距離計算

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根據參考文獻[16]的公式：

其中—外形內凹成形深度（mm）；

=24，K取5mm，因此，=29mm。

K—安全值，斜滑塊機構一般取3～5mm。本課題鑄件的

圖3-10 斜滑塊導滑形式（a）T形槽；（b）燕尾槽

（2）推出高度l確定

推出高度是斜滑塊在推出是軸向運動的全程，即抽芯行程后推出行程，根據參考文獻[16]可知，斜滑塊的可推出高度不可大于斜滑塊厚度L的55%，留在套版內的長度需大于30mm。因此，選取推出高度l=108mm。

（3）倒向斜角的確定 導向角計算公式為：

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由參考文獻[15]可知倒向斜角一般在據前面所得計算結果，可以計算出=

～。

間選取，一般不超過，根3.5.6 斜滑塊抽芯機構表面粗糙度和材料選擇

（1）零件表面粗糙度

側抽芯機構零件愛你表面粗糙度選取：斜滑塊的外表面Ra?0.8μm，型腔表面Ra?0.4μm，其他非配合面Ra?3.2μm。

（2）材料選擇

斜滑塊的材料選用4Cr5MoSiV1,熱處理要求44~48HRC,斜滑塊限位釘的材料選用45鋼，熱處理要求25~32HRC。3.5.7 彈簧限位銷設計

由于定模型芯的包緊力較大,開模時,斜滑塊和逐漸可能被留在定模型芯上,或斜滑塊受到定模型芯的包緊力而產生位移,使鑄件變形。此時應設置強制裝置，確保開模后斜滑塊穩定地留在動模套板內。本課題即考慮到定模型芯的包緊力作用，安裝了4個彈簧限位銷，以避免斜滑塊徑向移動，從而強制斜滑塊留在動模套板內。

根據參考文獻[24]。采用的彈簧限位銷的彈簧中徑D=40mm，彈簧絲直徑d=8mm，有效圈數n=7，采用材料為硅錳彈簧鋼60Si2MnA，具體尺寸見附錄。3.5.8 斜滑塊抽芯機構立體圖和裝配圖

斜滑塊側抽芯機構由斜滑塊、動模套板以及推桿等零件組成。由瓣合組成的斜滑塊鑲嵌在動模套板的導滑槽內。合模時，定模套板的分型面與斜滑塊的上端面接觸，使瓣合斜滑塊分別推入動模套板的斜面內定位。斜滑塊各側向的密封面，在壓鑄機鎖模力的作用下鎖緊。開模后，壓鑄機的頂出裝置推動模具的推出機構，驅動推桿并推動斜滑塊向脫模方向移動。在這個過程中，由于動模套板內斜導滑槽的導向作用，使斜滑塊在推動壓鑄件向前運動時，分別向上下側分型，即在推出壓鑄件的同時，抽出壓鑄件側面的凹凸部分，完成側抽芯動作[21]。圖3-11為斜滑塊機構立體圖，圖3-12為斜滑塊機構裝配圖。

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圖3-11 斜滑塊抽芯機構立體圖

圖3-12 斜滑塊機構裝配圖

1-小型芯；2-定模鑲塊；3-定模套板；4-斜滑塊；5-限位釘；6-動模套板；

7-推桿；8-壓板；9-支撐板；10-鑲塊；11-主型芯；12-彈簧限位銷

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第三篇：模具壽命及材料作業

模具壽命及材料作業

一、名詞解釋

1、模具壽命

2、模具服役

3、模具磨損失效

4、模具斷裂失效

5、模具損傷

6、模具失效

二、問答題

1、要使產品的成本v下降為什么要考慮產品批量與模具壽命的匹配關系？

2、為什么平面應變的塑性區小于平面應力狀態？那種受力狀態容易斷裂？為什么？

3、影響模具壽命的基本因素有哪些？其中最主要的因素是什么？為什么該因素是主要因素？

4、試述合金元素在鋼中的主要作用。

5、cr12型鋼適應制作什么模具？為什么要進行鍛造加工？其最終熱處理工藝有幾種？為什么要進行多次回火？ 6、3cr2w8v屬何鋼種？有什么特性？如制作壓鑄模、精鍛模、其熱處理工藝有什么不同？為什么？

7、為什么馬氏體時效鋼具有優異的強韌結合？某熱作模具的服役溫度為550。C，？為什么？

8、試分析5CrMnMo;5CrNiMo鋼的合金化，熱處理工藝特點，為什么具有高韌性和低耐熱性，上述兩種鋼適應制作什么模具？

9、鋼結合金和硬質合金有什么共同點與不同點？其主要性能、特點如何？適應制作什么模具？在什么情況下才采用？

10、Bi-Sn 低熔點合金適應制作什么模具？有什么優缺點？

11、模具表面化學熱處理強化和表面鍍覆強化有什么區別？

12、Zn-Al22合金適應制作什么模具？成型后的熱處理起什么作用？

13、簡述沖裁模、拉深模、錘鍛模的主要失效形式及提高壽命的主要措施？

14、要使我國的模具制造技術趕超國際先進水平，應從那些方面努力？

三、計算題

用探傷手段測得模具內有2.4mm的裂紋（I型）若材料的應力強度K1C為1600N*mm-3/2，求模具能承受的最大應力。如模具在600MPa的應力下工作，裂紋的平均擴展速率為2*10-3 mm/件，求模具剩余壽命。

模具壽命與失效習題（1）2011.3 一、單項 選擇題 ：在每小題的備 選答案中選出 一個正確 答 案，并將正確答案的 代碼填在題于 上的 括號 內。(每題 2 分，本大題 共 30 分)1.氣蝕磨損和沖蝕磨損是疲勞磨損的一種派生形式，易在（D）和壓鑄模中修復出現。(P22)A、沖裁模 B、熱鍛模 C、擠壓模 D、注塑模

2.模具在使用過程中，由于發生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過修復繼續服役的現 象稱為（B）。(P23)B、塑性變形失效 C、磨損失效 D、斷裂失效

A、過量彈性變形失效

3.斷口的宏觀特征為斷口截面尺寸減小，有縮頸現象，這種斷裂稱為（A）。(P24)A、韌性斷裂 B、脆性斷裂 C、沿晶斷裂 D、穿晶斷裂

4.冷拉深模的失形式主要是（C）。(P30)A、磨粒磨損 B、疲勞磨損 C、粘著磨損和磨粒磨損 D、沖蝕磨損

5.金屬壞料的流動方向與凸模的運動方向相反的擠壓為（B）。(P31)A、正擠壓 B、反擠壓 C、復合擠壓 D、徑向擠壓

6.斷口的宏觀分析是用肉眼、（A）或低倍立體顯微鏡觀察和分析斷口的形貌。(P40)A、放大鏡 B、掃描電子顯微鏡 C、透射電子顯微鏡 D、電子探針

7.磨粒磨損的主要特征是摩擦表面上有（B）。(P17)A、金屬轉移 B、擦傷、劃痕 C、麻點、凹坑 D、貝殼狀凹坑

8.模具經大量生產使用，因緩慢塑性變形或均勻磨損或疲勞而不能繼續服役時，稱為模具的（A）。A、正常失效 B、早期失效 C、誤用失效 D、磨損失效(P11)

9.按經濟法觀點，誤用失效的責任應由模具（D）承擔責任。(P16)A、制造者 B、保管者 C、運輸者 D、使用者

10.模具的表面損傷主要包括（C）、接觸疲勞、表面腐蝕等。(P16)A、表面氧化 B、表面突起 C、表面磨損 D、表面粗焅

11.發生粘著磨損，致使摩擦副之間不能相對運動的現象稱為（D）。(P19)A、涂抹 B、擦傷 C、撕脫 D、咬死

12.在 成 型 過 程 中，材 料兩 向 受 壓，一 向 受拉，通 過 模 具 的 模 孔 而成 型，獲 得 所 需 形 狀 尺寸 的型 材、毛坯或零件。這種工藝稱為（C）。(P5)A、擠壓 B、沖壓 C、拉拔 D、壓鑄

13.在再結晶溫度以下使材料發生變形的模具稱為（C）。(P5)A、冷作模具 B、熱作模具 C、冷變形模具 D、熱變形模具

14.工 件 表 面 的 硬突 出 物或 外 來 硬 質 顆 粒 存在 于工 件 與 模 具 接 觸 表面 之間，刮 擦 模 具 表 面，引起 模具材料表面脫落的現象稱為（A）。(P17)A、磨粒磨損 B、粘著磨損 C、腐蝕磨損 D、氧化磨損

15.一般情況下，塑料注射模的溫度變化較急劇，易產生（D）。A、氧化 B、脫碳 C、蠕變 D、熱疲勞裂紋

填空題： 每空2 本大題共20 20分 二、填空題：(每空2分，本大題共20分)1.冷變形模具工作時，被加工材料會產生，使塑性變形抗力增大。

2.兩接觸表面相互運動時，在 循環 應力的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現象稱為疲勞磨損或 麻點磨損。(P21)3.模具與工件之間的表面壓力越大，磨粒壓入金屬表面的深度越深，則磨粒磨損量越 大。(P18)4.模具材料和工件材料硬度相差越，則粘著磨損越小。

5.發生疲勞斷裂時，韌性材料斷口具有 纖維狀 特征，脆性材料斷口具有 結晶狀 特征。(P27)6.壓鑄銅合金模具使用壽命遠 低于 壓鑄鋁合金。(P36)7.當塑料模具熱處理時，由于回火不足，組織中仍有較多的殘余奧氏體，在服役溫度下殘余奧氏 體將轉變為，從而產生相變內應力，這也是引起模具開裂的因素。模具失效。(P10)

8.模具受到損壞，不能通過修復而繼續服役時稱為

9.影響模具壽命的內在因素主要指模具的結構，模具的 材料 和模具的加工工藝。(P10)

40）

三、簡答題：（每小題 8 分，本大共 40）簡答題： 1.簡述疲勞磨損的特點。(P21)答 ： 疲勞磨損裂紋一般產生在金屬的表面和亞表面內，裂紋擴展的方向平行于表面，或與表 面成10°～30°的角度，只限于在表面層內擴展。疲勞磨損沒有一個明顯的疲勞極限，壽命波動很大。疲勞磨損除受循環應力作用外，還要經受復雜的摩擦過程，可能會引起 表面層一系列物理化學變化以及各種力學性能與物理性能變化等，所以工作環境比整體 疲勞更復雜更惡劣。

2.簡述模具失效分析的意義。(P38)答： 對模具進行失效分析的主要目的是為了避免或減少同類失效現象的重復發生，延長模具 的使用壽命，以利提高經濟效益。、、模具失效分析的任務就是判斷模具失效的性質，分析模具失效的原因，并提出防止或延遲模具失效的具體措施。

3.簡述磨損對塑性變形的促進作用。(P28)答：模具局部磨損后，會帶來承載能力的下降以及易受偏載，造成另一部位承受過大的應力而產 生塑性變形。

4.簡述錘鍛模的基本失效形式。(P33)答： 錘鍛橫基本失效形式有:

型腔部分的模壁斷裂、型腔表面熱疲勞、塑性變形、磨損及錘鍛模燕尾的開裂.5.簡述金相顯微鏡觀測在失效分析中的作用。(P42)答： 金相顯微鏡是失效分析中常用的手段，如加工工藝(鑄造、鍛造、焊接、熱處理、表面處

理 等)不 當 或 工 藝 路 線 不 當 造 成 的 非 正 常 組 織 或 材 料 缺 陷，都 可 以 通 過 金 相 檢 驗 鑒 別 出 來。對于腐蝕、氧化、表面加工硬化、裂紋特征，尤其是裂紋擴展方式(穿晶或沿晶)，都可從金相檢驗得到可靠的信息。

四、問答題(10 分)1.計論壓力鑄造的工作條件及壓鑄鋁合金時模具的失效形式。(P36)答：（1）壓力鑄造模(簡稱壓鑄模)是在壓鑄機上用來壓鑄金屬鑄件的成型模具。壓鑄模的型

腔表面主要承受液態金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用，每次壓鑄脫模后，還要對型 腔表面進行冷卻、潤滑，使模具承受頻繁的急熱、急冷作用。（2）鋁合金制件的壓鑄模失效形式主要是粘模、侵蝕、熱疲勞和磨損。當模具型腔結構 復雜并存在應力集中時，模具也會在熱負荷和機械負荷的共同作用下出現斷裂失效。

模具壽命與失效習題（2）2011.3 一、單項選擇 題 ：在每小題 的備選答案中 選出一個 正確答案，并將正確答 案的代碼填在 題于上的 括號 內。(每題 2 分，本大題 共 20 分)1.利用扭轉實驗可以測定材料的（D）。(P61)A、彈性極限σe B、屈服極限σs C、延伸率δ D、切變模量 G

2.材料抵抗彈性變形的能力稱為（C）。(P61)A、強度 B、硬度 C、剛度 D、韌度

3.材料產生塑性變形能力的衡量批標是（D）。(P61)A、抗拉強度σb B、屈服強度σs C、斷裂韌度 KIc D、延伸率δ

4.洛氏硬度試驗的優點是（C），可對工件直接進行檢驗。(P69)A、壓痕大 B、操作麻煩 C、操作簡便 D、重復性高

5.試驗表明，沖擊能量高時，材料的多次沖擊抗力主要取決于（D）。(P74)A、強度 B、硬度 C、剛度 D、塑性

6.屬于材料工藝性能的是（C）。(P101)A、耐磨性 B、耐熱性 C、淬透性 D、沖擊韌性

7.在高碳鋼中，回火馬氏體的斷裂韌度低于（）。(P)A、下貝氏體 B、上貝氏體 C、滲碳體 D、菜氏體

8.金屬材料的彈性模量 E 和切變模量 G 主要受溫度和材料（B）的影響。(P45)A、合金化 B、截面形狀和尺寸 C、冷變形 D、熱變形

9.在高溫下，材料保持其組織、性能穩定的能力稱為（）。(P)A、熱穩定性 B、耐熱疲勞性 C、高溫強度 D、熱硬性

10.熱處理加熱溫度過低容易產生的缺點是（B）。(P111)A、硬度過高 B、硬度不足 C、淬火裂紋 D、氧化、脫碳

填空題： 每空2 本大題共20 20分 二、填空題：(每空2分，本大題共20分)1.彈 性模 量 E 表 示材 料受 拉 伸作 用，內 部為 拉應 力 時，產 生 單 位正 應變 所 需正 應力 的 大小。(P44)2.造成疲勞斷裂的根本原因是循環應力中的 交變應力。分量 σ а(P53)

3.材料發生塑性變形的根本原因，是由于在外力作用下，模具整體或局部產生的應力值大于材 料 屈服點 的應力值。(P45)4

4.整體式的模具不可避免地存在凹圓角半徑，易造成 應力集中，并引起開裂。(P84)5.受載模具的應力狀態軟性系數 α 值越大，表示應力狀態越軟，材料發生 韌性 斷裂的傾向越大。(P47)6.強度較低，內部又有許多缺陷的灰鑄鐵，其疲勞缺口敏感度 7.采用可靠的導向裝置是保證模具 剛度 的重要措施。(P87)8.在其他條件相同的情況下，沖壓設備速度越高，模具壽命越 下降。(P93)9.熱處理工藝不當，例如：淬火加熱溫度過高，或高溫停留時間過長，回火溫度 偏低 等，都會 使模具零件產生脆性。(P112)10.引起磨 削加 工缺陷 的主 要原 因有： 磨削量 織不匹配，冷卻不利。(P108)太大，砂輪 太鈍； 砂輪 磨粒 粗細與 工件材料組。

三、名詞解釋 ：（每小題 5 分，本大共 10 分）1.組合式模具(P84)解： 組 合 式模 具 是把 模具 在 應 力集 中 處分 割 為兩 部 分 或幾 部 分，再 組合 起 來 使用 的 模具。采 用 組 合式 模 具可 避 免應 力 集 中和 裂 紋的 產 生。

2.過熱(P110)解：由于加熱溫度過高、保溫時間過長及爐內溫度不均勻等，引起模具鋼晶粒粗大的現象稱為

過熱。

四、簡答題 ：(每小題 8 分，本大題共 40 分)1.簡述布氏硬度的優點及應用。(P68)答 ： 布氏硬度試驗的優點是壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區域內各組成相的平

均性能。因此，布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度。壓痕大的另 一優點是試驗數據穩定，重復性高。

2.簡述馬氏體的類型和亞結構對材料斷裂韌度的影響。（P96）答：板 條 馬 氏 體主 要 是位 錯 亞 結構，具 有 較高的 強 度 和塑 性，裂 紋擴展 阻 力 較大，呈 韌 性斷

裂，因 而 斷裂 韌 度較 高；針 狀 馬 氏體 主 要是 孿晶 亞 結 構，硬 度 高而 脆性 大，裂 紋擴 展 阻 力 小，呈準 解 理或 解 理斷 裂，因而 斷 裂韌 度 較低。5

3.簡述降低應力磨粒磨損的主要措施。（P57）答 ： 在低應力磨粒磨損條件下，材料的磨損量與接觸壓力成正比，與材料的硬度成反比。這

要求模具鋼具有高的硬度和耐磨性，應提高鋼中碳和合金元素的含量，并經過適當的熱 處理，使其顯微組織在高強度的基體上均勻分布有更硬的碳化物或氮化物相。

4.簡述模塊采用鍛造工藝的目的。(P103)答： 模塊采用鍛造工藝的目的主要是為了改善材料內部缺陷，獲得模塊所需要的內部組織和

使用性能，并使模塊獲得一定的形狀和尺寸。

5.簡述磨削加工質量對模具零件性能的影響。(P108)答：在 磨 削 過 程 中，由于 局 部 摩擦 生 熱，容 易引 起 磨 削燒 傷 和磨 削 裂紋 等 缺 陷，并 在 磨削 表面 生 成 殘 余 拉應 力，造 成 對零 件 力 學性 能 的影 響，甚 至 成 為導 致 零件 失 效的 原 因。

五、問答題(10 分)1.產生熱處理裂紋的原因有哪些？(P110)答：模具預處理組織不良、碳化物偏析嚴重、冷加工應力過大、淬火操作不當、模具本身形狀

復雜薄厚不均等，都可能導致產生淬火裂紋。淬火裂紋將使模具報廢，不易發現的裂紋將引起摸具的早期斷裂。常見的裂紋有縱向裂紋、橫向裂紋和表面裂紋。

模具壽命與失效習題（3）2011.3 填空題： 每空2 本大題共30 30分 一、填空題：(每空2分，本大題共30分)1.激光表面處理的目的是改變工件及化學成分和 顯微結構，從而提高工件的表面性能。（P195）2.冷作模具在工件時，一般承受較大的沖擊載荷和擠壓力，刃口或作表面產生劇烈的摩擦和。

3.高 碳 低 合 金 冷 作 模 具 鋼 一 般 采 用 淬 火 + 低 溫 回 火 處 理，獲 得 回 火 馬 氏 體 基 體，彌 散 分 布 少 量。這種組織強度高、韌性好，有一定的耐磨損性能。中，在工 件表 面發 生一 系列 物理 和化 學反 應，取出 冷

4.熱浸 鍍是 將工 件浸 在熔 觸的 液態 金屬

卻后表面形成所需的金屬鍍層。（P187）5.火焰線材噴涂法由于熔觸微粒所攜帶的熱量不足，致使涂層與工件表面以 機械 結合為主，一 般結合強度 偏低。（P193）6.鈷結硬質合金的成分主要由碳化鎢、碳化鈦為 硬質相，以 金屬鈷 為粘結相構成。（P163）7.熱作模具鋼除一般要求好的室溫強韌性外，還應具有一系列高溫性能，如高溫強度、熱疲勞抗力、抗氧化性和抗熱熔損性能。8.對 塑料 模具鋼的性能要求是：熱處理工藝簡便，熱處理變形小或不變形，預硬狀態的切削加 工性能好，鏡面拋光性能和圖案蝕刻性能優良，表面粗糙度低，使用壽命長。（P128）9.在 65Nb 中，鈮的作用之一是能生成穩定的 65NbC、并可溶入 MC 和 M2C 碳化物中，增加其穩定 性，使碳化物在淬火加熱時溶解緩慢，阻止 晶粒長大，使晶界呈彎曲狀。（P134）10.電 鍍是 指在 直 流的 作用 下，電 解 液中 的 金 屬 離 子 還原 沉積 在 金屬 表面 而 形成 一 定性 能的 金 屬鍍層的過程。（P184）11.模具在滲氮前一般要進行 以獲得 組織。、12.電刷鍍工藝靈活，操作方便，不受鍍件形狀、尺寸、材質和位置的限制。（P186）

二、名詞解釋 ：（每小題 5 分，本大共 20 分）1.粉末高速鋼 答：

2.電刷鍍（P185）答 ： 電刷鍍是在可導電工件(或模具)表面需要鍍覆的部位快速沉積金屬鍍層的新技術。

3.物理氣相沉積(P191)答：物理氣相沉積是用物理方法把欲涂覆物質沉積在工件表面上形成膜的過程，通常稱為

PVD(Physical Vapour Deposition)法。4.滲碳(P175)答 ： 滲 碳 是 把 鋼 件 置 于 含 有 活 性 碳 的 介 質 中，加 熱 到 850一 950℃，保 溫 一 定 時 間，使 碳

原子滲入鋼件表面的化學熱處理工藝。工件經滲碳后其表面硬度和耐磨性大大提高，同時由于心部和表面的碳含量不同，硬化后的表面獲得有利的殘余壓應力，從而進一步提高滲碳工件的彎曲疲勞強度和 接觸疲勞強度。

三、簡答題（每小 題 8 分、本大題 40 分）1.簡述 GM 鋼的特點及應用范圍。(P138)答 ： GM鋼的冷、熱加工和電加工性能良好，熱處理工藝范圍比較寬。GM鋼的硬化能力接近高速鋼 而 強 韌 性 優 于 高 速 鋼 和高 鉻 工 具 鋼。GM鋼 是 制作 精 密、高 效、耐 磨 模具(如 沖 裁、冷 擠、冷 鐓、冷剪和高強度蠊栓滾絲輪)的理想材料。

2.簡述粉末燒結模具材料。(P129)答 ：粉末燒結模具材料是應用粉末冶金的方法制得的。與傳統的熔鑄法制得的模具鋼相比，具

有硬度高、耐磨、耐腐蝕等特點。主要應用于拉絲、冷鐓、冷沖、冷擠壓等模具，可適應 高強度、高壓力負荷、高摩擦、有腐蝕介質及高溫工作條件。3.簡述鍍鉻的優點及應用。(P184)答：電鍍鉻 鍍 鉻層 有良 好 的 耐蝕 性。根 據鍍液 成 分 和工 藝 條件 的 不同，鍍鉻 層 的硬 度 可在 400

— 1200HV內 變 化。在 低 于 500℃ 下 力 Ⅱ 熱，對 鍍 鉻 層 的 硬 度 無 影 響。鍍鉻 層 的 摩 擦 系 數 低，尤 其 是 干摩 擦 系數 是 所有 金 屬 中最 低 的，因 此有 很 好 的耐 磨 性。① 防 護、裝 飾性 鍍鉻 層 厚 度為 o.5μ m，廣 泛 用 于汽 車、白 行 車、鐘 表、日 用 五金 等。

②鍍硬鉻

硬度高，摩擦系數低，耐磨性好，耐蝕性好且鍍層光亮，與基體結合力較強，可用作冷作模具和塑料模具的表面防護層，以改善其表面性能。鍍層的厚度達0.3-0.5mm，可用于尺寸超差模具的修復。鍍硬鉻是在模具上應用較多的表面涂鍍工藝。③松孔鍍 鉻 若 采 用松孔鍍鉻，使 鍍層表 面產生許多微細 溝槽和 小孔以便吸附、儲存潤

滑油，這種鍍層具有良好的減摩性和抗粘著能力。例如，在3Cr2W8V鋼制壓鑄模的型腔表 面鍍上0.025mm厚的多孔性鉻層，可提高使用壽命1倍左右。8

4.如何提高冷作模具材料的耐磨性？(P123)答 ： ②耐磨性

耐磨性是冷作模具鋼基本性能要求，除影響模具使用壽命外，還影響產品匪 的尺寸精度和表面粗糙度。影響耐磨性的因素很復雜，對于一定條件下工作的冷模具鋼而言，為了得到高的磨損抗力，需要在高硬度馬氏體基體上彌散均勻分布的細小合金碳化物。因此 含 Cr、W、Mo 和 V 等合金元素的高碳鋼，熱處理后有高的耐磨損性能。在保持硬度的同時，提 高鋼 的強 度和 韌性 對提 高耐 磨性 也是 有益 的。少量 殘余 奧氏 體的 存在(<10％)匪 對耐磨

性沒有什么影響，甚至是有益的。降低鋼中非金屬夾雜物含量對耐磨性有利。為了提高模具 的耐磨性，常采用各種表面強化方法。

5.簡述激光非晶化及其優點。(P195)答 ： 激光非晶化

激光非晶化是利用激光使工件表面熔化及快速冷卻的工藝方法，在工件表

面上形成厚度為1-10 μ m 的玻璃態非晶化組織，這種非晶組織具有高強度、高韌性和高的 耐磨性。

四、問答題（10 分）1.試述新型塑料模具鋼的種類及用途。（P129）答： 根據化學成分和特殊性能，新型塑料模具鋼 可分為：

① 預硬調質型

718鋼可視為P20鋼的改良型。H13鋼是典型熱作模具鋼。

這類鋼廣泛用于制造大、中型精密注塑模。② 預硬易切削型 屬于此類型鋼的有5NiSCa、SMl和8Cr2S等。

這類預硬易切削塑料模具鋼適用于大、中型注塑模的制造。③ 時效硬化型 屬于此類鋼的有25CrM3MoAl、PMS、SM2和06Cr聞6MoVTiAl鋼等。

這類鋼很適于制作高精度塑料模，還可在軟化處理至低硬度后，用作冷擠成型法制造 復雜型腔模具。④冷擠壓成型型 屬于此類鋼的只有LJ和8416兩個鋼號。

適用于需要重復制造型腔或淺型腔的塑料模具。可以降低成本，提高生產率。

第四篇：模具失效總結

1.1模具的相關定義、模具壽命的基本概念

模具：其是用來成型各種工業產品的一種重要工藝裝備，是機械制造工業成型毛坯或零件的一種手段。模具壽命：模具因為磨損或其他形式失效、終至不可修復而報廢之前加工的產品的件數。制件報廢：模具生產出的制品出現形狀、尺寸及表面質量不符合其技術要求的現象而不能使用。

模具服役：模具安裝調試后，正常生產合格產品的過程。

模具損傷：模具在使用過程中，出席那尺寸變化或微裂紋、腐蝕等現象，但沒有立即喪失服役能力的狀態。

模具失效：模具收到損壞，不能通過修復而繼續服役。

早期失效：模具未達到一定工業技術水平公認的使用壽命就不能服役時。正常失效：模具經大量的生產使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續服役。

模具正常壽命：模具正常失效前生產出的合格產品的數目。

1.2模具失效形式基本概念

模具失效：在特定負荷作用下，具有特定形狀的模具材料的失效

磨粒磨損:工件表面的硬突出物或外來硬質顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落。

粘著磨損:工件與模具表面相對運動時，由于表面凹凸不平，某些接觸點局部應力超過了材料的屈服強度發生粘合，粘合的結點發生剪切斷裂而拽開，使模具表面材料轉移到工件上或脫落。

疲勞磨損:兩接觸表面相互運動時，在循環應力的作用下，使表層金屬疲勞脫落。

氣蝕磨損:當模具表面與液體接觸作相對運動時，接觸處形成氣泡，氣泡破裂，產生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成微小麻點和凹坑。

沖蝕磨損:液體和固體微小顆粒高速落下，反復沖擊到模具表面，局部材料流失，在金屬表面形成麻點和凹坑。

腐蝕磨損:在摩擦過程中，模具表面與周圍介質發生化學或電化學反應，再加上摩擦力的機械作用，引起表層材料脫落。斷裂失效：模具在工作過程中出現較大裂紋或部分分離而喪失正常服役能力的現象。

韌性斷裂：斷裂前產生明顯的宏觀塑性變形，端口截面尺寸減少，有頸縮現象。脆性斷裂：斷裂前變形量很小，沒有明顯的塑性變形量，端口尺寸無明顯變化，不產生頸縮。

沿晶斷裂：裂紋沿多晶體晶界擴展分離產生的斷裂，晶界上存在著脆性相、熱裂紋、蠕變斷裂、應力腐蝕等引起的斷裂。

穿晶斷裂：當材料韌性較差、存在表面缺陷、承受高的沖擊載荷時，裂紋的萌生和擴展穿過晶粒內部的斷裂。

疲勞斷裂：指在較低的循環載荷作用下，工作一段時間后，由裂紋緩慢擴展，最后發生斷裂。

正斷：斷口的宏觀表面垂直于最大正應力或最大正應變方向的斷裂。切斷：斷口的宏觀表面平行于最大切應力方向的斷裂。

1.3模具的性能指標相關概念

模具材料抗失效性能指標三大類型：材料抵抗過量變形失效的性能指標、材料抵抗斷裂失效的性能指標、材料抵抗表面損傷失效的性能指標。

材料抵抗抗過量變形失效的性能指標：彈性變形抗力指標和塑形變形抗力指標 彈性：材料產生彈性變形的能力，剛度：材料抵抗變形的能力。材料的剛度指標：彈性模量E和切應變模量G 材料的塑形變形：是指微觀結構的相鄰部分發生了永久性的位移，并不引起材料的破裂的現象，是不可逆轉的變形。材料抵抗斷裂失效性的性能指標：模具受載荷的性質，斷裂形式分為一次斷裂和疲勞斷裂。當模具中的應力單調的增加并超過一定臨界值時，材料就會迅速發生快速斷裂，當模具承受高于一定臨界值的交應變力作用時，經過相當多周次的服役后，材料會發生疲勞斷裂。

正斷抗力：衡量材料抵抗正斷的性能指標。切斷抗力：衡量材料抵抗切斷的性能指標。低應力脆斷：材料脆性斷裂事先沒有明顯征兆，且在名義應力較低的情況下突然發生。

沖擊韌度：可以反映了材料斷裂過程中吸收能量的大小，包含了加載速度和缺口應力集中對材料斷裂抗力的影響，是衡量材料脆性斷裂抗力的重要指標。斷裂韌性：是材料抵抗裂紋失穩擴展的抗力指標，表示材料所能承受的裂紋尖端的最大應力強度因子值。

疲勞：模具在循環應力的作用下經歷過一定周期次數所發生的斷裂失效。

低周疲勞:最大循環應力接近或高于材料的屈服強度，使材料的應力集中處等薄弱部位發生塑性變形，因而材料在每一周次的循環應力作用下，產生的一定幅度塑性變形，低周疲勞壽命較短，一般在10^2~10^5次的范圍內。

沖擊疲勞：冷鐓模和錘鍛模等在沖擊載荷的多次作用下所發生的疲勞破壞。熱疲勞：熱作模具工作表面承受循環熱負荷，使得表面材料發生循環脹縮變形，該變形受到外界的約束不能自由地進行時，使表面材料產生循環熱應力，其反復作用將使模具表面多處產生沿晶和穿晶裂紋的現象。

材料粘著磨損的抗力指標：包括接觸壓力、摩擦速度、熱點溫度、潤滑情況等。接觸應力：兩物體在壓力作用下相互接觸時，由于接觸表面處的局部彈性變形所產生的應力。接觸疲勞：承受沖擊的模具，其工作表面的某些區域受較高接觸應力的周期作用，經過一定的周次后，在這些區域中產生深度不同的小片或小塊狀剝落，造成便面上針狀或豆狀凹坑的現象。硬度：表達材料表面上不大體積內抵抗變形或破裂能力的衡量材料軟硬程度的一種力學性能。

布氏硬度：用一定大小的載荷，把淬火鋼球或硬質合金球壓入式樣表面，保持規定時間后卸除載荷后，所計算的壓痕的表面積與載荷的比值。洛氏硬度：采用壓入硬度試驗方法，測量壓痕深度值的大小來表示材料的硬度值。1.4表面處理技術的相關概念

模具表面處理技術的目的：能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化、抗熱粘著、抗冷熱疲勞等性能，同是能使材料心部保持原有的強韌性。化學熱處理：指將鋼件置于特定的活性介質中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入工件表面，以改變表層的化學成分、組織，是表層具有與心部不同的力學性能或特殊的物理、化學性能的熱處理方法。氣相沉積技術：將含有形成沉積元素的氣象物質輸送到工件表面，在工件表面形成沉積層的工藝方法。

熱噴涂技術：將涂層材料加熱融化，以告訴氣流將起霧化成極細的顆粒，并很高的速度噴射到事先準備好的工作表面上，形成涂層。

3.1模具的分類

1.2.3.4.按模具的加工材料的再結晶溫度分：冷變形模具、熱變形模具、溫變形模具。按模具加工配料的工作溫度分：熱作模具、冷作模具、溫作模具。按模具成型材料分：金屬成型用模具、非金屬成型用模具。

按模具的用途分：鍛造模、沖擊模、擠壓模、拉拔模、壓鍛模、塑料模、陶瓷模、玻璃模、其他。

5.按模具成型工藝分：普通鍛模：鐓鍛模、加熱鍛；擠壓：正擠壓、反擠壓、復合擠壓、徑向擠壓；拉拔：拉絲、拔管；沖壓；壓鑄；塑料成型：模壓成型、擠壓成型、注射成型。

6.按模具失效形式分：表面損傷、過量變形、斷裂

3.2失效條件有哪些?

答：引起模具失效的因素有內因和外因。內因即材料方面，包括材料品質及加工工藝方面的各種因素;外因即環境方面，包括受載條件、時間、溫度及環境介質多個因素。任何模具的失效都是在材料的強度、韌性與應力因素和環境條件不適應的條件下發生的。

3.3提高模具壽命的途徑

答：提高模具壽命的途徑有： ①合理地設計模具;②正確選材，開發模具新材料，改善原材料質量;③采用先進的熱處理工藝，提高模具熱處理質量;④保證加工質量，采用新的加工方法;⑤改進加工設備和工藝，合理使用，維護模具等。3.4模具失效的影響因素有哪些?

答：模具失效既有材料方面的因素也有環境方面的因素。材料方面原因為內因，包括材料品質及加工工藝方面的因素;環境方面的因素為外因，包括受載條件、時間、溫度及環境介質等因素。任何模具的失效都是在材料的強度、韌性與應力因素和環境條件不相適應的條件下發生的。

3.5常用的表面處理技術有哪些?表面處理的目地？

答：常用的表面處理技術按其原理可分為：化學熱處理、表面涂覆處理，表面加工強化處理。滲碳、滲氮、滲硼以多種元素共滲時屬化學熱處理；堆焊、鍍硬絡、超硬化合物涂層屬表面涂覆處理；噴丸屬表面加工強化處理。還有氣相沉積技術、熱噴涂技術、激光表面技術、電子束表面處理技術、離子注入技術等。

表面處理技術的目的是有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化、抗熱粘著、抗冷熱疲勞等性能，同時能使材料心部保持原有的強韌性。

3.6影響低周疲勞的因素，低周疲勞特點是什么?

答：低周疲勞的特點:最大循環應力接近或高于材料的屈服強度，他足以使材料的應力集中處等薄弱部位發生塑性變形，因而材料在每一周次的循環應力作用下，均產生一定幅度的塑性變形，低周疲勞壽命較短，一般在10^2~10^5次的范圍內。

影響低周疲勞的因素: 應力集中的影響，表面狀態的影響，尺寸因素的影響，材料本身的影響

3.7什么是模具的脆性斷裂?影響脆性斷裂的因素有哪些

答：模具的脆性斷裂是指斷裂前變形量很小，沒有明顯的塑性變形量，端口尺寸無明顯變化，不產生頸縮。

影響脆性斷裂的因素:取決于材料本身的性質和健全度以及模具的工作條件，如應力狀態、工作溫度、加載速度、環境介質等外界因素。

材料的性質和健全度：材料的正斷抗力低，剪切屈服強度高時，起脆性斷裂的傾向大，反之，不易發生脆性斷裂。材料的體積尺寸越大，所包含的缺陷越多，正斷抗力就越低。

應力狀態：應力狀態越軟，材料發生韌性斷裂的傾向越大，反之，應力狀態越硬，材料傾向于脆性斷裂。

工作溫度： 溫度在韌-脆轉變溫度以上是材料的性能變化不大，溫度在韌-脆轉變溫度以下時材料處于脆性狀態。

加載速度：加載速度在臨界值以下時，材料的屈服強度升高，正斷抗力變化不大，加載速度增加到臨界值以上時，材料處于脆性狀態。

3.8影響模具壽命的因素

答：影響模具壽命的因素有：

① 內在因素 主要指模具的結構、模具的材料和模具的加工藝。

1)模具結構 合理的模具結構能使模具在工作時受力均勻，應力集中小，也不易受偏載。

2)模具材料 材料的成份、組織、質量及性能對模具的使用壽命有較大的影響。3)模具的加工工藝 其包括模具毛坯的鍛造、零件的切削加工、電加工和熱處理等。

② 外在因素 包括模具的工作條件和使用維護、制品的材質和形狀大小等。

模具的工作條件包括被加工坯料的狀況，鍛壓設備的特性及工作條件，模具工作中的潤滑、冷卻劑使用維護狀況。

3.9模具材料抗失效的性能指標

答：模具材料抗失效的性能指標： ① 材料抵抗過量變形失效性能指標，其主要有彈性變形抗力指標和塑性變形抗力指標。

1)材料抵抗彈性變形的性能指標主要是彈性模量和切變模量。

2)材料抵抗塑性變形的性能指標是材料的硬度值，在外力作用下，模具整體或局部產生的應力大于模具材料屈服點的應力值。

② 材料抵抗斷裂失效性能指標的分為快速斷裂抗力指標和疲勞斷裂抗力指標。

1)材料抵抗快速斷裂的抗力指標為正斷抗力和切斷抗力。

2)材料抵抗疲勞斷裂的抗力指標為平均應力，應力半幅，應力比、疲勞極限。

3.10模具磨損形成原理

答：磨損分為:磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損。

磨粒磨損:工件表面的硬突出物或外來硬質顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落。

粘著磨損:工件與模具表面相對運動時，由于表面凹凸不平，某些接觸點局部應力超過了材料的屈服強度發生粘合，粘合的結點發生剪切斷裂而拽開，使模具表面材料轉移到工件上或脫落。

疲勞磨損:兩接觸表面相互運動時，在循環應力的作用下，使表層金屬疲勞脫落。

氣蝕磨損:當模具表面與液體接觸作相對運動時，接觸處形成氣泡，氣泡破裂，產生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成微小麻點和凹坑。

沖蝕磨損:液體和固體微小顆粒高速落下，反復沖擊到模具表面，局部材料流失，在金屬表面形成麻點和凹坑。腐蝕磨損:在摩擦過程中，模具表面與周圍介質發生化學或電化學反應，再加上摩擦力的機械作用，引起表層材料脫落。

3.11模具影響粘著磨損與疲勞磨損的因素

答：

影響粘著磨損的因素:

① 材料性質:材料的塑性越好，粘著磨損越嚴重;② 材料硬度:模具材料和工件材料硬度相差越大，則磨損越小。③ 模具與工件表面壓力:粘著磨損量隨表面接觸壓力增大而增加。

④ 滑動摩擦速度:滑動速度在一定范圍內，溫度上升有利于抗粘著磨損，超過這一范圍則使粘著磨損增加。

影響疲勞磨損的因素:

① 材料的冶金質量:鋼材中的氣體含量，非金屬夾雜物類型、大小、形貌和分布狀態是影響疲勞磨損的重要因素。

② 材料的硬度:硬度增加，強度增加，抗疲勞能力增加，但硬度高于一定值時抗疲勞磨損能力降低。

③ 表面粗糙度:表面粗糙度越小，接觸面積越大，有利于提高抗疲勞磨損的能力。

3.12模具按加工坯料的工作溫度分類，錘鍛模受熱情況

答：按模具加工坯料的工作溫度分： ①熱作模具 高溫下進行加工;②冷作模具 常溫下進行加工;③溫作模具 介于以上兩者之間。

錘鍛模的受熱: ①鍛前預熱 模具在使用前先要進行預熱

②與坯料接觸的 在工作中與熾熱坯料接觸進一步被加熱

③變形熱.和摩擦 坯料變形以及與型腔表面摩擦所產生的熱量有一部分被模具吸收。

3.13冷擠壓模具分類

答：冷擠壓模分為四種類型:

① 正擠壓 金屬坯料的流動方向與凸模運動方向相同 ② 反擠壓 金屬坯料的流動方向與凸模運動方向相反

③ 復合擠壓 金屬坯料的流動方向一部分與凸模運動相同，另一部分與凸模運動方向相反

④ 徑向擠壓 金屬壞料的流動方向垂直于凸模運動方向 3.14模具材料性能分類，其工藝性能包含什么?使用性能包含什么?

答：模具材料的基本性能包括使用性能和工藝性能。

其使用性能包括:

① 強度 模具材料的強度是模具抵抗失效最重要的性能，常用屈服強度、抗拉強度、斷裂韌度 作為模具設計的重要指標。

② 沖擊韌度和沖擊功 其是衡量模具承受沖擊載荷或沖擊能量能力的指標。

③ 硬度 是指材料抗外部物體壓入的能力。

④ 耐磨性 是指材料抗磨損的能力。一般，強度或硬度及韌性越高，材料耐磨性越好。

⑤ 耐蝕性 是指材料抗周圍介質腐蝕的能力。

⑥ 熱穩定性 是指在高溫下，材料保持其組織、性能穩定的能力。⑦ 耐熱疲勞 是指高溫下，材料承受應力頻繁變化的能力。

其工藝性能包括:

① 鍛造工藝性能 是指材料對鍛造工藝的適應性。② 切削加工工藝性能 是指材料加工的難易程度。

③ 熱處理工藝性能 是指材料在熱處理時，獲得所需組織、性能的難易程度。

④ 淬透性 是指材料在一定條件下進行淬火，獲得淬透層深度的能力。

4.1沖裁模失效分析

沖裁是利用沖裁模在壓力機上使板料分離的一種沖壓工藝，依靠沖裁模刃口，使板料分離，它既可以直接沖壓出所需的零件，又可以為其他沖壓工藝制造毛坯。板料分離過程分為四個階段，即彈性變形階段、塑性變形階段、萌生裂紋階段、裂紋擴展分離階段。完成分離后，上模上行，一次沖裁過程結束。

模具刃口受力分析：彈性變形階段凸、凹模的端面收正壓力，塑性變形階段開始，由于凸模已伸入板料中，而板料的中間部分已伸入凹模刃口內，產生了側壓力，同時，由于凸凹模與板材發生相對運動，產生摩擦力。由于凸、凹模之間存在間隙，沖裁時兩模受到的力不在同一直線上，所以板材還受轉矩的作用，使板材發生穹彎和翹曲。板材變形后使得凸模刃口和凹模刃口與板材的接觸面積變小。凸、凹模刃口邊緣產生應力集中，且所受沖擊力大。

沖裁模的主要失效形式：沖裁時，使分離板料，受力主要集中于刃口附近，因此它的正常失效形式為磨損，且主要是粘著磨損，同是伴生著磨粒磨損，沖裁過程不停循環，時間過長會產生疲勞磨損。有凸、凹模受力分析可知，刃口處磨損最嚴重，且與凸、凹模的工作行程中可以知道，凸模比凹模磨損得更快。

影響沖裁模失效的主要因素：

① 沖裁間隙

間隙的大小影響凸、凹模刃口對板料的作用力合力的距離，影響板材剪切過程的進行，同時也對凸、凹模的刃口的應力情況產生影響。小間隙時，不利于剪切過程的進行，刃口已發生啃模的現象，刃口處的應力增大，加劇凸、凹模的磨損，易造成模具的早期失效。大間隙時，板材轉矩增大，摩擦力增大，刃口處所受拉應力增大，也會加劇模具刃口磨損。② 壓邊狀態 沖裁過程中由于間隙的存在，凹凸模刃口作用力會形成轉矩，造成板料彎曲和翹曲以及坯料相對于凹模端面滑動，部分材料被拉進凹模內，板料塑性增加，所需沖裁力也增加，落料的外輪廓尺寸變大，由于回彈，落料將脹著凹模內，在卸料過程中，嚴重摩擦凹模，而剩余板料則套在凸模外，在卸料過程中，強烈磨損凸模。

提高沖裁模壽命的措施：

1、盡量采用大間隙，降低沖裁力，避免啃模和不均勻磨損；

2、采用彈性卸料板，可提供一定的壓邊力，從而降低沖裁力以及板材對沖頭和凹模的摩擦磨損；

3、采用導向裝置，保證工作狀態的均勻間隙，克服刃口的不均勻磨損；

4、增加凸模剛度，增加其抗偏載能力；

5、選取耐磨性好的模具材料，且凸模材料的耐磨性應選得比凹模材料的耐磨性好；

6、采用表面強化技術，提高模具表面的耐磨性；

7、超前維修，避免凸凹模間隙不均而產生附加彎矩及防治磨損溝痕處產生裂紋，提高模具壽命。

4.2斷裂抗力指標？如何判別正斷、切斷？脆斷、韌斷？

答：根據模具所受載荷的性質，斷裂形式分別為快速斷裂和疲勞斷裂。當模具中的應力單調地增加并超過一定臨界時，材料便會迅速發生快速斷裂；當模具承受高于一定臨界值得交變應力作用時，盡管其最大應以低于材料屈服點，經過多次重復服役后，材料會發生疲勞斷裂。

指標：模具的疲勞斷裂是在交變載荷的作用下發生的，實際中常采用疲勞極限作為疲勞斷裂失效的抗力指標。

斷裂抗力指標：工程上采用Sk作為衡量材料抵抗正斷的性能指標，稱為正斷抗力；用Tk作為衡量材料抵抗切斷的性能指標，稱為切斷抗力；模具材料對塑性變形的抗力，實質上是剪切屈服強度，用Ts表示。① 當載荷增大，使得最大正應力值卡與正斷抗力，而自始自終最大切應力小于剪切屈服強度時，材料發生正斷，斷裂前無塑性變形，是脆性斷裂。② 當載荷增大，先使最大切應力大于剪切屈服強度，然后使最大切應力大于切斷抗力，而自始至終最大正應力小于正斷抗力時，材料先發生塑性變形，然后發生切斷，是韌性斷裂。③ 當載荷增大，先使最大切應力大于剪切屈服應力，繼而使最大正應力大于正斷抗力，然而最大切應力小于切斷抗力指標時，材料先發生塑性變形，然后發生正斷，是韌性斷裂。

什么是韌性斷裂：斷裂前產生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過程中吸收較多的能量，一般是在高于材料屈服應力條件的高能斷裂。

什么是脆性斷裂: 斷裂前的變形量很小，沒有明顯的塑形變現量。斷裂過程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允許應力條件下的低能斷裂。或者是在單調增加的載荷作用下，材料尚未發生宏觀的塑性變形就發生的正斷，這種現象就是脆性斷裂。4.3錘鍛模失效分析

錘鍛模是在模鍛錘上使用的熱成型模具。錘鍛模上模與錘頭固定，下模與工作臺的模座固定，工作時上模隨錘頭向下運動，與下模合模過程中成型模鍛件。其工作過程中的機械負荷主要是沖擊力和摩擦力，熱負荷主要是交替受加熱和冷卻。

受力分析：其工作過程中受力性質復雜，主要包括，沖擊力，模鍛錘的噸位越大，產生的沖擊力越大；壓力，模具型腔受坯料變形的反作用，是型腔表面承受很大的壓力；內應力，受模具型腔結構形狀的影響，模具的不同部位會產生不同狀態的內應力，模具結構形狀越復雜的部位，其應力狀態也比較復雜。

錘鍛模的主要失效形式：

模鍛有變形和成型雙重功能，只有在高溫下才能實現材料的變形和成型，坯料溫度較高，模具易軟化，產生塑性變形，同時易氧化，產生氧化磨損，也易發生熱疲勞。且下模與高溫坯料接觸時間長，使下模較上模易失效。

模鍛錘是沖擊施力設備，速度大，動能大，鍛模所受的沖擊力很大，容易引起應力集中，而造成塑性變形和斷裂。且，沖擊力大，模具中的裂紋擴展快，易失效。

模鍛時坯料整體發生塑性變形，坯料與模具型腔表面發生相對運動產生摩擦，針對其高溫高壓的工作換將，模具與坯料易發生強烈的摩擦磨損，同時發生粘著磨損、熱疲勞磨損、氧化磨損，若鍛件的氧化皮沒有清除時，也會發生磨粒磨損。型腔中水平面和凸臺易發生塑性變形側面易出現磨損。

錘鍛是，型腔經受高溫坯料的一次急熱，鍛件取出后，對型腔噴冷卻水，模具型腔經受一次急冷，在急熱急冷的循環熱應力作用下，模具會出現疲勞磨損與疲勞裂紋，并導致開裂。型腔深處以及燕尾的凹圓角半徑處易萌生裂紋，導致斷裂。

影響錘鍛模壽命的主要因素

1、鍛件

鍛件材料強度高，變形抗力大，模具受力大，壽命低；鍛件質量增大，所需的打擊力和打擊功增大，機械負荷增大模具壽命低；鍛件形狀，圓餅類中的較復雜形狀鍛件的鍛模壽命低，長軸類中的直長軸鍛件的鍛模壽命高。

2、鍛模：鍛模硬度，型腔硬度、強度低，易產生磨損和塑性圓角半徑變形，硬度過高又易萌生裂紋，導致開裂。型腔深度：型腔越深，充填困難，模具壽命低；圓角半徑：過小的凸圓角很易引起應力集中，萌生裂紋。承擊面積：承擊面積小，單位面積的沖擊力增加，模具易斷裂。

3、模鍛工藝：采用制坯、預段工序，可減少坯料在終鍛型腔中的變形量，減小變形力和摩擦，模具壽命高。

4、設備噸位：噸位過大，壽命低，噸位太小，壽命也低。

5、使用過程：預熱溫度高，模具在鍛造中溫度偏高，強度下降，易產生塑性變形。預熱溫度低，模具始鍛造時，瞬間表面溫度變化大，熱應力大，易萌生裂紋。

提高錘鍛模壽命的主要措施：

1、根據鍛模大小合理選取模具硬度；

2、根據模具的形狀的復雜程度，合理選取模具材料；

3、對模具型腔表面進行表面強化，提高表面的強度、耐磨性，有效提高模具壽命；

4、正確使用與維護。要鍛前預熱，控制工作節奏，避免模具溫度升的過高，在鍛造過程中經常將模具型腔涂冷卻劑和潤滑劑，休息時對模具保溫，使用結束后模具應緩冷，模具使用一段時間后，應卸下進行去應力退火，并提前修模。

第五篇：沖壓模具的失效形式分析與思考

摘 要：本文簡單介紹了沖壓模具失效的幾種形式，并針對每種失效形式產生 的原因進行了具體分析，提出了相應的預防及解決措施。

關鍵詞：沖壓模具；失效形式；分析；措施

前言

隨著我國現代工業技術的不斷發展，沖壓模具在工業生產中起到了越來越廣泛的應用。沖壓模具質量的好壞直接決定了所沖產品質量的優劣。然而，沖壓模具在使用過程中，常常出現各種形式的失效情況，應對這些失效，往往需要耗費一定的時間、人力、物力以及財力資源，嚴重影響到了工業生產的進度，不利于企業經濟效益的提高。因此，如何有效地預防沖壓模具的失效，最大限度的提高其使用壽命，是很多企業共同面臨的一個技術難題。只有對沖壓模具的失效形式做出正確分析，歸屬其失效類型，才能精準地找出其失效的原因，采取相應的技術措施對其修復或預防，延長其使用壽命。

沖壓模具失效形式概述

2.1 沖壓模具失效的涵義

沖壓模具在使用過程中，因各種原因如結構形狀、尺寸的變化以及零部件組織與性能的變化等，使得沖壓模具沖不出合格的沖壓件，同時也無法再修復的情形就叫做沖壓模具的失效。鑒定模具是否失效的判據有三種：一是模具已經完全喪失工作能力；二是模具雖然可以工作，但無法完成設定的功能；三是模具因結構受到嚴重損害，使用時存在安全隱患。

2.2 沖壓模具失效的形式

沖壓模具在使用過程中，因模具本身類型、結構、材料的不同以及實際工作條件的不同，會表現出不同的失效形式，主要可分為以下四種。

（1）磨損失效。沖壓模具在正常工作過程中，往往會與加工的成形坯料直接接觸，二者之間因相對運動而產生摩擦，造成沖壓模具表面磨損。當磨損程度達到一定限度時，模具表面失去原來的狀態，使之無法沖出合格的沖壓件，這就是磨損失效。磨損在任何機械的使用過程中是不可避免的，因此是一種正常的失效形式，也是沖壓模具失效形式中最為主要的一種。根據磨損機理，可將磨損失效細分為四種：①磨粒磨損失效。當坯料與模具接觸的表面間存在硬質顆粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在堅硬的突出物時，會摩擦并刮劃模具的表面，嚴重時就會使模具表面材料脫落，造成磨粒磨損失效。②黏著磨損失效。沖壓模具作用于坯料時，彼此之間存在相互作用力，有時黏著部分會因受力不均而發生斷裂，造成模具表面物質脫落或轉移，這種失效形式就是黏著磨損失效。③疲勞磨損失效。模具的有些部位經過長時間的使用，在與坯料摩擦力的循環作用下，難免會產生一些細小的裂紋，隨著使用時間的推移，細紋逐漸加深，加深到一定尺度時，造成模具表面物質發生脫落，甚至模具因承載力不足而斷裂。④腐蝕磨損失效。沖壓模具在使用過程中，模具表面物質很容易與周圍介質（如空氣、水等）發生化學腐蝕或電化學腐蝕，加上摩擦力的作用，時間久了，就會造成模具表面物質侵蝕變質，發生脫落。

實際上，磨具與坯料作用時，磨具表面受到的磨損是極其復雜并且難以預測的，不可能僅僅只受某種磨損方式的影響，因此，實際生產加工中反映出來的磨損失效形式可能是多種形式相互作用的結果。

（2）斷裂失效。所謂的斷裂失效是指沖壓模具因產生較大裂紋或者斷裂為兩部分（數部分）。斷裂可分為兩種：早期斷裂（一次性斷裂）以及疲勞斷裂。早期斷裂指的是沖壓模具表面受到沖擊載荷的壓力過大，超出其負荷能力，造成迅速斷裂。相反，造成疲勞斷裂的應力通常較低，在模具的承受范圍之內，但由于這種應力的頻繁作用，細小裂紋開始逐漸擴展，最后引發斷裂。

（3）變形失效。沖壓模具在工作過程當中，若是零件所受到的應力超出其彎曲極限，就會發生塑性變形。當塑性形變形達到一定程度時，會造成模具內零件的尺寸和形狀發生顯著變化，模具無法再正常使用，也就是變形失效。變形失效的外表現為彎曲、塌陷、鐓粗等。

（4）啃傷失效。沖壓模具因一些客觀原因致使其凸、凹模互相啃刃，造成沖壓模具崩裂。

3失效原因及措施

沖壓模具失效后，應及時對其進行檢查分析，找準失效的原因，并對癥下藥，采取相應的解決措施，延長沖壓模具的使用壽命，提高其經濟效益。以下分析了造成以上幾種失效形式的主要原因，并針對每種失效形式提出了相應的改善措施。

3.1 磨損失效的原因及措施

造成沖壓模具因過度磨損而失效的原因很多，歸結起來可以從三方面來考慮：一是沖壓模具本身的原因，如模具自身的耐磨性能不好；其工作零件的硬度太低；模架的精度偏低等。二是被沖材料的原因，包括坯料硬度太大，對模具表面產生過的摩擦力；被沖材料表面發生氧化作用，造成摩擦力增大等。三是其他因素的影響。如所添加潤滑劑潤滑效果不好等。

針對以上原因造成的磨損失效，可以從以下幾個方面加以改善：

（1）選擇合適的模具材料。模具材料的選擇會因模具用途的不同、生產沖壓件的數量不同而有所差異。表1給出的是不同用途的模具對材料的選擇。

表1 不同用途的模具對材料的選擇

模具用途 生產量 使用模具材料

生產低薄板以及有色金屬 小批量 t10a或t8a等較為低廉的碳素工具鋼

生產厚度≤2nm的鋼材 小批量 9gcr15、9mn2v、9sicr等合金工具鋼

生產厚度≥2nm的鋼材 大批量 gr12mov、gr12工具鋼以及集體鋼、高速鋼、鋼結硬質合金等

（2）對沖壓模具表面進行強化處理。可以在加熱淬火以前，向模具表面進行滲雜處理，包括滲硼、滲碳、滲硫、滲氮或碳氮共滲，或在淬火后采用離子滲氮或者氣體軟氮化的技術對磨具表面進行改性處理，以此來提高沖壓模具刃口的各種性能，比如耐熱性、耐磨性、抗腐蝕性等。通過對沖壓模具表面進行化學或物理氣相沉淀、電火花強化以及激光強化等工藝技術處理，可以大大提高模具表面的硬度，獲得更好的耐磨性質及抗腐蝕、抗粘黏性質，從而很大程度地改善磨具的整體性能，極大地提高模具的使用壽命。

除以上措施外，還應該對模具表面適時進行潤滑處理，減小模具與被沖器件的摩擦；時刻關注生產中容易發熱的部位，并采取必要的冷卻措施；生產加工前，應認真檢查坯料的狀態，對表面不良的坯料應進行及時清理或其他預先處理；調整模具凸凹模的合理間隙。

3.2 斷裂失效的原因及措施

造成斷裂失效的原因主要有兩種：一種是過載斷裂，另一種是擴展斷裂。

當凸凹模同軸度相差較大，間隙分布不均勻，模架精度偏低時，會造成凸模在沖壓過程中因受到過大的側向力而發生斷裂；凸模表面各個截面的過渡部位圓角過于尖銳，產生高于平均應力十倍之上的集中應力，造成模具承載后發生斷裂。對于這種因過載而產生的斷裂失效，可采取以下措施加以解決：

（1）改進設計結構。對于沖孔直徑在2.5mm以下，斷面積在52mm2，長度在12.5mm以上的異型孔凸模，應對桿部進行適當加粗處理，可用導向圈等工具進行加固，加大圓角半徑，確保凸模各部位的過渡平滑，同時可采用其他結構如鑲拼或預應力結構來減少模具應力集中的情況。

（2）在沖壓模具設計過程中，應對模具強度進行校核，然后選擇高一級強度的模具材料，確保模具具有足夠的承載力；對熱處理件要進行抽樣檢查，確保其強度，韌性符合標準。

沖壓模具在生產工作中，造成模具擴展斷裂的裂紋有很多種，包括淬火裂紋、回火裂紋、磨削裂紋、自發裂紋、脫碳裂紋、電加工裂紋等。針對不同的裂紋有不同的預防措施。

對于淬火裂紋的預防，主要是要對零件的形狀進行合理設計。要將壁厚設計得盡可能相等，壁厚相差較遠的兩部分不能設計成一體，采用鑲拼結構時應確保各模塊強度盡量一致；轉角部分圓角應該有較大的半徑，杜絕尖角的情況；對于熱處理工藝，應根據制件的實際情況包括其形狀、大小以及材質等，選擇適宜的工藝。

對于回火裂紋的預防，應做到零件在加熱至300℃以前，采取緩慢加熱的方式進行，不能加熱過急，否則會因熱應力過大而造成開裂；回火時也不能急劇冷卻，應進行空冷處理，因為急冷會產生馬氏體相變應力，造成開裂。

對于自發裂紋的預防，采用的措施是：淬火后馬上進行回火，若是在常溫下放置時間過長，零件會因受到相變應力而造成開裂。通常淬火到回火的間隔時間不能超過3小時，如果因某些原因不能馬上回火，可以先置于100℃介質中進行保溫處理，以此來延長間隔時間。

對于磨削裂紋的預防，若是淬火零件較多，磨削量較大，可以先進行低溫回火（150℃）或中溫回火（300℃）；砂輪整修時，應確保砂輪足夠鋒利并且粒度合適，以此來降低磨削熱，減小磨削燒傷。

對于脫碳開裂的預防，可采取的措施是用真空加熱或保護氣加熱的方法控制加熱溫度，防止工件因受熱溫度過高而發生開裂。

對于電火花加工裂紋的預防，應在加工過程中，盡量采用較小的電規準，防止電火花產生的瞬時高溫在淬火件表面產生裂紋；加工后應對變質表面層進行拋光操作。

3.3 變形失效的原因及措施

造成模具變形失效的原因主要是模具表面的負荷過大。對于這種失效形式，可以從材料選擇或強化處理等方面提高受力部位的強度。

3.4 啃傷失效的原因及措施

造成啃傷失效的原因主要有裝配質量不過關、安裝不當、壓力機的導向精度不高、送料出現誤差等。對啃傷失效可用高導向精度裝置的模具進行生產加工，確保零件位置的精度，減小側向力，避免凹凸模相互啃傷。

4結語

沖壓模具失效與其結構、使用材料、工作條件等都有關系。實際生產中，模具失效是一個普遍又復雜的綜合性問題，受到很多因素的共同影響。因此，必須根據具體實際情況，進行具體分析，找出造成模具失效的原因，并采取相應行之有效的措施來加以預防或解決。只有這樣，才能使沖壓模具的使用壽命得到最大限度地延長，經濟效益得到顯著增加。