第一篇：模具壽命及材料作業(yè)

模具壽命及材料作業(yè)

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(wèn)答題

1、要使產(chǎn)品的成本v下降為什么要考慮產(chǎn)品批量與模具壽命的匹配關(guān)系？

2、為什么平面應(yīng)變的塑性區(qū)小于平面應(yīng)力狀態(tài)？那種受力狀態(tài)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(yīng)制作什么模具？為什么要進(jìn)行鍛造加工？其最終熱處理工藝有幾種？為什么要進(jìn)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(shí)效鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)韌結(jié)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(diǎn)，為什么具有高韌性和低耐熱性，上述兩種鋼適應(yīng)制作什么模具？

9、鋼結(jié)合金和硬質(zhì)合金有什么共同點(diǎn)與不同點(diǎn)？其主要性能、特點(diǎn)如何？適應(yīng)制作什么模具？在什么情況下才采用？

10、Bi-Sn 低熔點(diǎn)合金適應(yīng)制作什么模具？有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

11、模具表面化學(xué)熱處理強(qiáng)化和表面鍍覆強(qiáng)化有什么區(qū)別？

12、Zn-Al22合金適應(yīng)制作什么模具？成型后的熱處理起什么作用？

13、簡(jiǎn)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(guó)的模具制造技術(shù)趕超國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)從那些方面努力？

三、計(jì)算題

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

模具壽命與失效習(xí)題（1）2011.3 一、單項(xiàng) 選擇題 ：在每小題的備 選答案中選出 一個(gè)正確 答 案，并將正確答案的 代碼填在題于 上的 括號(hào) 內(nèi)。(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(fù)出現(xiàn)。(P22)A、沖裁模 B、熱鍛模 C、擠壓模 D、注塑模

2.模具在使用過(guò)程中，由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過(guò)修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn) 象稱(chēng)為（B）。(P23)B、塑性變形失效 C、磨損失效 D、斷裂失效

A、過(guò)量彈性變形失效

3.斷口的宏觀(guān)特征為斷口截面尺寸減小，有縮頸現(xiàn)象，這種斷裂稱(chēng)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(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反的擠壓為（B）。(P31)A、正擠壓 B、反擠壓 C、復(fù)合擠壓 D、徑向擠壓

6.斷口的宏觀(guān)分析是用肉眼、（A）或低倍立體顯微鏡觀(guān)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(zhuǎn)移 B、擦傷、劃痕 C、麻點(diǎn)、凹坑 D、貝殼狀凹坑

8.模具經(jīng)大量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或均勻磨損或疲勞而不能繼續(xù)服役時(shí)，稱(chēng)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(jīng)濟(jì)法觀(guān)點(diǎn)，誤用失效的責(zé)任應(yīng)由模具（D）承擔(dān)責(zé)任。(P16)A、制造者 B、保管者 C、運(yùn)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(fā)生粘著磨損，致使摩擦副之間不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為（D）。(P19)A、涂抹 B、擦傷 C、撕脫 D、咬死

12.在 成 型 過(guò) 程 中，材 料兩 向 受 壓，一 向 受拉，通 過(guò) 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(chēng)為（C）。(P5)A、擠壓 B、沖壓 C、拉拔 D、壓鑄

13.在再結(jié)晶溫度以下使材料發(fā)生變形的模具稱(chēng)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(lái) 硬 質(zhì) 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(xiàn)象稱(chēng)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(chǎn)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(shí)，被加工材料會(huì)產(chǎn)生，使塑性變形抗力增大。

2.兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在 循環(huán) 應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞磨損或 麻點(diǎn)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(fā)生疲勞斷裂時(shí)，韌性材料斷口具有 纖維狀 特征，脆性材料斷口具有 結(jié)晶狀 特征。(P27)6.壓鑄銅合金模具使用壽命遠(yuǎn) 低于 壓鑄鋁合金。(P36)7.當(dāng)塑料模具熱處理時(shí)，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(zhuǎn)變?yōu)椋瑥亩a(chǎn)生相變內(nèi)應(yīng)力，這也是引起模具開(kāi)裂的因素。模具失效。(P10)

8.模具受到損壞，不能通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)服役時(shí)稱(chēng)為

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

40）

三、簡(jiǎn)答題：（每小題 8 分，本大共 40）簡(jiǎn)答題： 1.簡(jiǎn)述疲勞磨損的特點(diǎn)。(P21)答 ： 疲勞磨損裂紋一般產(chǎn)生在金屬的表面和亞表面內(nèi)，裂紋擴(kuò)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(nèi)擴(kuò)展。疲勞磨損沒(méi)有一個(gè)明顯的疲勞極限，壽命波動(dòng)很大。疲勞磨損除受循環(huán)應(yīng)力作用外，還要經(jīng)受復(fù)雜的摩擦過(guò)程，可能會(huì)引起 表面層一系列物理化學(xué)變化以及各種力學(xué)性能與物理性能變化等，所以工作環(huán)境比整體 疲勞更復(fù)雜更惡劣。

2.簡(jiǎn)述模具失效分析的意義。(P38)答： 對(duì)模具進(jìn)行失效分析的主要目的是為了避免或減少同類(lèi)失效現(xiàn)象的重復(fù)發(fā)生，延長(zhǎng)模具 的使用壽命，以利提高經(jīng)濟(jì)效益。、、模具失效分析的任務(wù)就是判斷模具失效的性質(zhì)，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(jiǎn)述磨損對(duì)塑性變形的促進(jìn)作用。(P28)答：模具局部磨損后，會(huì)帶來(lái)承載能力的下降以及易受偏載，造成另一部位承受過(guò)大的應(yīng)力而產(chǎn) 生塑性變形。

4.簡(jiǎn)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(kāi)裂.5.簡(jiǎn)述金相顯微鏡觀(guān)測(cè)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(dāng) 或 工 藝 路 線(xiàn) 不 當(dāng) 造 成 的 非 正 常 組 織 或 材 料 缺 陷，都 可 以 通 過(guò) 金 相 檢 驗(yàn) 鑒 別 出 來(lái)。對(duì)于腐蝕、氧化、表面加工硬化、裂紋特征，尤其是裂紋擴(kuò)展方式(穿晶或沿晶)，都可從金相檢驗(yàn)得到可靠的信息。

四、問(wèn)答題(10 分)1.計(jì)論壓力鑄造的工作條件及壓鑄鋁合金時(shí)模具的失效形式。(P36)答：（1）壓力鑄造模(簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄模)是在壓鑄機(jī)上用來(lái)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(tài)金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用，每次壓鑄脫模后，還要對(duì)型 腔表面進(jìn)行冷卻、潤(rùn)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(dāng)模具型腔結(jié)構(gòu) 復(fù)雜并存在應(yīng)力集中時(shí)，模具也會(huì)在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下出現(xiàn)斷裂失效。

模具壽命與失效習(xí)題（2）2011.3 一、單項(xiàng)選擇 題 ：在每小題 的備選答案中 選出一個(gè) 正確答案，并將正確答 案的代碼填在 題于上的 括號(hào) 內(nèi)。(每題 2 分，本大題 共 20 分)1.利用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)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(chēng)為（C）。(P61)A、強(qiáng)度 B、硬度 C、剛度 D、韌度

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

4.洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是（C），可對(duì)工件直接進(jìn)行檢驗(yàn)。(P69)A、壓痕大 B、操作麻煩 C、操作簡(jiǎn)便 D、重復(fù)性高

5.試驗(yàn)表明，沖擊能量高時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要取決于（D）。(P74)A、強(qiáng)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(wěn)定的能力稱(chēng)為（）。(P)A、熱穩(wěn)定性 B、耐熱疲勞性 C、高溫強(qiáng)度 D、熱硬性

10.熱處理加熱溫度過(guò)低容易產(chǎn)生的缺點(diǎn)是（B）。(P111)A、硬度過(guò)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(nèi) 部為 拉應(yīng) 力 時(shí)，產(chǎn) 生 單 位正 應(yīng)變 所 需正 應(yīng)力 的 大小。(P44)2.造成疲勞斷裂的根本原因是循環(huán)應(yīng)力中的 交變應(yīng)力。分量 σ а(P53)

3.材料發(fā)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(chǎn)生的應(yīng)力值大于材 料 屈服點(diǎn) 的應(yīng)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(yīng)力集中，并引起開(kāi)裂。(P84)5.受載模具的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) α 值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料發(fā)生 韌性 斷裂的傾向越大。(P47)6.強(qiáng)度較低，內(nèi)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(dǎo)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(shè)備速度越高，模具壽命越 下降。(P93)9.熱處理工藝不當(dāng)，例如：淬火加熱溫度過(guò)高，或高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，回火溫度 偏低 等，都會(huì) 使模具零件產(chǎn)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(xì)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(yīng) 力集 中 處分 割 為兩 部 分 或幾 部 分，再 組合 起 來(lái) 使用 的 模具。采 用 組 合式 模 具可 避 免應(yīng) 力 集 中和 裂 紋的 產(chǎn) 生。

2.過(guò)熱(P110)解：由于加熱溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及爐內(nèi)溫度不均勻等，引起模具鋼晶粒粗大的現(xiàn)象稱(chēng)為

過(guò)熱。

四、簡(jiǎn)答題 ：(每小題 8 分，本大題共 40 分)1.簡(jiǎn)述布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。(P68)答 ： 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平

均性能。因此，布氏硬度檢驗(yàn)最適合測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度。壓痕大的另 一優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高。

2.簡(jiǎn)述馬氏體的類(lèi)型和亞結(jié)構(gòu)對(duì)材料斷裂韌度的影響。（P96）答：板 條 馬 氏 體主 要 是位 錯(cuò) 亞 結(jié)構(gòu)，具 有 較高的 強(qiáng) 度 和塑 性，裂 紋擴(kuò)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(jié) 構(gòu)，硬 度 高而 脆性 大，裂 紋擴(kuò) 展 阻 力 小，呈準(zhǔn) 解 理或 解 理斷 裂，因而 斷 裂韌 度 較低。5

3.簡(jiǎn)述降低應(yīng)力磨粒磨損的主要措施。（P57）答 ： 在低應(yīng)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(yīng)提高鋼中碳和合金元素的含量，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒?處理，使其顯微組織在高強(qiáng)度的基體上均勻分布有更硬的碳化物或氮化物相。

4.簡(jiǎn)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(nèi)部缺陷，獲得模塊所需要的內(nèi)部組織和

使用性能，并使模塊獲得一定的形狀和尺寸。

5.簡(jiǎn)述磨削加工質(zhì)量對(duì)模具零件性能的影響。(P108)答：在 磨 削 過(guò) 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(yīng) 力，造 成 對(duì)零 件 力 學(xué)性 能 的影 響，甚 至 成 為導(dǎo) 致 零件 失 效的 原 因。

五、問(wèn)答題(10 分)1.產(chǎn)生熱處理裂紋的原因有哪些？(P110)答：模具預(yù)處理組織不良、碳化物偏析嚴(yán)重、冷加工應(yīng)力過(guò)大、淬火操作不當(dāng)、模具本身形狀

復(fù)雜薄厚不均等，都可能導(dǎo)致產(chǎn)生淬火裂紋。淬火裂紋將使模具報(bào)廢，不易發(fā)現(xiàn)的裂紋將引起摸具的早期斷裂。常見(jiàn)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(xí)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(xué)成分和 顯微結(jié)構(gòu)，從而提高工件的表面性能。（P195）2.冷作模具在工件時(shí)，一般承受較大的沖擊載荷和擠壓力，刃口或作表面產(chǎn)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(qiáng)度高、韌性好，有一定的耐磨損性能。中，在工 件表 面發(fā) 生一 系列 物理 和化 學(xué)反 應(yīng)，取出 冷

4.熱浸 鍍是 將工 件浸 在熔 觸的 液態(tài) 金屬

卻后表面形成所需的金屬鍍層。（P187）5.火焰線(xiàn)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(jī)械 結(jié)合為主，一 般結(jié)合強(qiáng)度 偏低。（P193）6.鈷結(jié)硬質(zhì)合金的成分主要由碳化鎢、碳化鈦為 硬質(zhì)相，以 金屬鈷 為粘結(jié)相構(gòu)成。（P163）7.熱作模具鋼除一般要求好的室溫強(qiáng)韌性外，還應(yīng)具有一系列高溫性能，如高溫強(qiáng)度、熱疲勞抗力、抗氧化性和抗熱熔損性能。8.對(duì) 塑料 模具鋼的性能要求是：熱處理工藝簡(jiǎn)便，熱處理變形小或不變形，預(yù)硬狀態(tài)的切削加 工性能好，鏡面拋光性能和圖案蝕刻性能優(yōu)良，表面粗糙度低，使用壽命長(zhǎng)。（P128）9.在 65Nb 中，鈮的作用之一是能生成穩(wěn)定的 65NbC、并可溶入 MC 和 M2C 碳化物中，增加其穩(wěn)定 性，使碳化物在淬火加熱時(shí)溶解緩慢，阻止 晶粒長(zhǎng)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(guò)程。（P184）11.模具在滲氮前一般要進(jìn)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(zhì)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(dǎo)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(shù)。

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(zhì)沉積在工件表面上形成膜的過(guò)程，通常稱(chēng)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(zhì) 中，加 熱 到 850一 950℃，保 溫 一 定 時(shí) 間，使 碳

原子滲入鋼件表面的化學(xué)熱處理工藝。工件經(jīng)滲碳后其表面硬度和耐磨性大大提高，同時(shí)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(yīng)力，從而進(jìn)一步提高滲碳工件的彎曲疲勞強(qiáng)度和 接觸疲勞強(qiáng)度。

三、簡(jiǎn)答題（每小 題 8 分、本大題 40 分）1.簡(jiǎn)述 GM 鋼的特點(diǎn)及應(yīng)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(qiáng) 韌 性 優(yōu) 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(qiáng)度蠊栓滾絲輪)的理想材料。

2.簡(jiǎn)述粉末燒結(jié)模具材料。(P129)答 ：粉末燒結(jié)模具材料是應(yīng)用粉末冶金的方法制得的。與傳統(tǒng)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(diǎn)。主要應(yīng)用于拉絲、冷鐓、冷沖、冷擠壓等模具，可適應(yīng) 高強(qiáng)度、高壓力負(fù)荷、高摩擦、有腐蝕介質(zhì)及高溫工作條件。3.簡(jiǎn)述鍍鉻的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。(P184)答：電鍍鉻 鍍 鉻層 有良 好 的 耐蝕 性。根 據(jù)鍍液 成 分 和工 藝 條件 的 不同，鍍鉻 層 的硬 度 可在 400

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

②鍍硬鉻

硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨性好，耐蝕性好且鍍層光亮，與基體結(jié)合力較強(qiáng)，可用作冷作模具和塑料模具的表面防護(hù)層，以改善其表面性能。鍍層的厚度達(dá)0.3-0.5mm，可用于尺寸超差模具的修復(fù)。鍍硬鉻是在模具上應(yīng)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(chǎn)生許多微細(xì) 溝槽和 小孔以便吸附、儲(chǔ)存潤(rùn)

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(chǎn)品匪 的尺寸精度和表面粗糙度。影響耐磨性的因素很復(fù)雜，對(duì)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(xì)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(shí)，提 高鋼 的強(qiáng) 度和 韌性 對(duì)提 高耐 磨性 也是 有益 的。少量 殘余 奧氏 體的 存在(<10％)匪 對(duì)耐磨

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

5.簡(jiǎn)述激光非晶化及其優(yōu)點(diǎn)。(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(tài)非晶化組織，這種非晶組織具有高強(qiáng)度、高韌性和高的 耐磨性。

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

① 預(yù)硬調(diào)質(zhì)型

718鋼可視為P20鋼的改良型。H13鋼是典型熱作模具鋼。

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

這類(lèi)預(yù)硬易切削塑料模具鋼適用于大、中型注塑模的制造。③ 時(shí)效硬化型 屬于此類(lèi)鋼的有25CrM3MoAl、PMS、SM2和06Cr聞6MoVTiAl鋼等。

這類(lèi)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(fù)雜型腔模具。④冷擠壓成型型 屬于此類(lèi)鋼的只有LJ和8416兩個(gè)鋼號(hào)。

適用于需要重復(fù)制造型腔或淺型腔的塑料模具。可以降低成本，提高生產(chǎn)率。

第二篇：模具壽命與材料試卷與答案

部分答案

1、簡(jiǎn)述模具材料對(duì)模具壽命的影響，總結(jié)模具選材的主要原則。答：1）從模具的使用來(lái)看，根據(jù)模具的工作狀況，選用具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和韌性匹配的模具，從而使模具壽命最高；通過(guò)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砼c表面處理，使模具內(nèi)部韌性高、模具表面強(qiáng)度高和耐磨性高，能有效地提高模具的整體性能及壽命。2）主要原則：

（1）使用性能足夠；（2）工藝性能良好；（3）供應(yīng)上能保證；（4）經(jīng)濟(jì)性合理。

2、改進(jìn)和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本作用是什么? 舉例說(shuō)明其對(duì)模具壽命的影響？

3、分析拉深模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用? 答： 1）工作條件：拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形，拉深過(guò)程中模具的受力狀態(tài)如課本圖 7-8 所示。拉深載荷通過(guò)凸模圓角部位傳給工件，工件外面部分通過(guò)凹模端面與壓邊圈之間向內(nèi)流動(dòng)。成形過(guò)程中，工件給凸模圓角半徑部分壓力F＇4，及摩擦力F4，給凹模圓角半徑壓力F＇3及摩擦力F3，給壓力圈壓力F＇1和摩擦力F1，給凹模端面壓力F＇2和摩擦力F2.2）主要失效形式：拉深模凸模、凹模和壓邊圈工作部分沒(méi)有鋒利的尖角，模具零件受力不像沖裁模那樣局限在很小范圍內(nèi)，同時(shí)凸凹模間隙一般都比板材厚度大，模具較少出現(xiàn)斷裂和塑形變形失效。但拉深模工作時(shí)，板材與凹模和壓邊圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在很大的摩擦，因此拉深模的主要失效形式為磨損，在磨損形式及機(jī)理上，主要表現(xiàn)為粘著磨損。3）

4）材料的選用：根據(jù)坯料材質(zhì)的不同，選用與其親和力小的模具材料。一般來(lái)說(shuō)，坯料為鋼板，模具材料應(yīng)選用有色金屬，反之，坯料為有色金屬，模具材料則選用鋼和鐵。（1）對(duì)于圓形件，小批量，可選T8/T10/45鋼：（2）對(duì)于中批量的中小件，選MnCrW、crWV;（3）對(duì)于形狀不規(guī)則的中小件，選Cr12MoV；（4）對(duì)于小件大批量，選硬質(zhì)合金；

（5）對(duì)于大型拉延模、汽車(chē)覆蓋件模，可選鑄鐵。

4、選擇錘鍛模具材料和確定其工作硬度的依據(jù)是什么?

p142

5、從工藝性能和承載能力角度判斷下列鋼號(hào)屬于哪類(lèi)冷作模具鋼： 7Cr7Mo2V2Si（LD1鋼）、Crl2MoV（高耐磨鋼）、Cr4W2MoV（高碳中鉻鋼）、GCrl5（高碳低合金鋼）、9Crl8（耐蝕冷作模具鋼）、W6Mo5Cr4V2（高速鋼）、5Cr4Mo3SiMnVAl（基體鋼——012Al鋼）、6CrNiSiMnMoV（GD鋼——高韌性低合金鋼）、9Cr6W3Mo2V2（GM鋼）、65Cr4W3Mo2VNb（基體鋼——65Nb鋼）。

6、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料。(1)高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模具；(2)耐腐蝕、高精度塑料模具。

7、針對(duì)型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，選材時(shí)主要考慮哪些因素？現(xiàn)有T12A和3Cr2Mo（P20）兩種材料，請(qǐng)選擇最合適的材料，并說(shuō)明理由？ 參考答案： 1）考慮因素：

（1）首先滿(mǎn)足材料的使用性能足夠原則；

（2）考慮材料的工藝性能：如型腔的加工性能；（3）防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過(guò)大的型腔變形； 2）合適材料是3Cr2Mo（P20）鋼。

3Cr2Mo（P20）鋼是預(yù)硬型塑料模具鋼。該鋼預(yù)先經(jīng)過(guò)了預(yù)硬化處理（調(diào)質(zhì)處理），具有較好的綜合力學(xué)性能和加工性能，保證了模具的精度和使用性能要求，加工后直接使用，不需要再進(jìn)行熱處理。

T12A鋼屬高碳工具鋼，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需進(jìn)行熱處理，由于模具型腔復(fù)雜，易產(chǎn)生淬火變形，不適合制作此類(lèi)模具。

8、選擇壓鑄模具材料的主要依據(jù)有哪些? 答：根據(jù)壓鑄摸具的工作條件、性能要求、失效形式和模具要求、預(yù)期壽命進(jìn)行選擇： 1）工作條件（2分）

模具溫升高和反復(fù)加熱和冷卻作用：工作時(shí)與高溫液態(tài)金屬接觸，受熱時(shí)間長(zhǎng)，受熱溫度高(壓鑄有色金屬時(shí),溫度達(dá)400-800℃；壓鑄黑色金屬時(shí),溫度可達(dá)1000℃以上)；高的壓力(20-120MPa)及金屬液流的高速?zèng)_刷作用；

2）主要失效形式：熱疲勞開(kāi)裂、熱磨損和熱熔蝕。低溫合金壓鑄，以磨損失效為主（2分）3）主要性能要求：（2分）

(1)較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能；(2)優(yōu)良的耐冷熱疲勞性和高的導(dǎo)熱性；(3)良好的抗氧化性和耐蝕性；(4)較高的淬透性。4）常用的壓鑄模用鋼（4分）

以鎢系、鉻系、鉻鉬系熱作模具鋼為主。要求不高時(shí)，可用合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr、4CrSi、30CrMnSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo；要求較高時(shí)，采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi、4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB、3Cr3Mo3W2V、3Cr2W8V鋼等，其中4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V、4CrSMo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB鋼是壓鑄模常用鋼

9、分析厚板沖裁模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用? 某接觸簧片級(jí)進(jìn)模具凸模用W6Mo5Cr4V2鋼制造，壽命只有1000件左右，且主要表現(xiàn)為脆斷，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？

答：1）工作條件：

沖裁模具的工作部位是刃口。沖裁時(shí)，刃口受到彎曲和剪切的作用，還要受到?jīng)_擊。同時(shí)，板料與刃口部位產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。2）主要失效形式：

沖裁模具的主要失效形式是刃口磨損。有時(shí)存在不均勻磨損和凸模折斷、凹模局部掉塊現(xiàn)象。3）性能要求

高的硬度和耐磨性，足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度；對(duì)于厚板(板厚>1.5mm)，還應(yīng)具有良好的強(qiáng)韌性；

4）材料選用：選材主要考慮材料的強(qiáng)韌性和高耐磨性。（1）對(duì)小批量生產(chǎn)，選T8A、9SiCr、5CrW2Si等鋼種；

（2）對(duì)大批量生產(chǎn)，選用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼制作凸模，用Crl2MoV或Crl2Mo1V1鋼制作凹模；

（3）當(dāng)傳統(tǒng)鋼種韌性不足，易斷裂時(shí)，可選用新型模具鋼，如LD、65Nb、012Al、GD、CH-1等鋼種。

5）改進(jìn)措施：用W6Mo5Cr4V2鋼制造，發(fā)生斷裂，說(shuō)明材料的韌性不足。（1）選用新型模具鋼，如GD等改善韌性；

（2）熱處理工藝采用低溫淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火，提高韌性；（3）采用韌性較好的材料，輔以表面處理技術(shù)如滲硼、滲金屬等。

10、模具表面處理的目的是什么? 模具表面處理常用的方法有哪些? 某M8螺帽冷作模具，選Cr12鋼制造，采用常規(guī)淬火、回火工藝處理，使用壽命只有3 000次左右，且發(fā)現(xiàn)模具型腔表面磨損嚴(yán)重，有粘模現(xiàn)象，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)措施

11、何謂時(shí)效硬化型塑料模具鋼? 簡(jiǎn)述其性能及應(yīng)用特點(diǎn)? 答：時(shí)效硬化型塑料模具鋼是指一類(lèi)低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蝕塑料模具用鋼。這類(lèi)鋼經(jīng)固溶處理+失效處理后，具有高的強(qiáng)度、硬度，高的抗腐蝕性和高的加工精度。常用鋼種：

① 25CrNi3MoAl：屬低碳低鎳時(shí)效硬化型塑料模具鋼，我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)，主要特點(diǎn)是：鋼中碳和鎳含量低，價(jià)格遠(yuǎn)低于馬氏體時(shí)效鋼，適用普通和高精密和各種塑料模具.②18Ni類(lèi)鋼：屬低碳馬氏體時(shí)效型模具鋼，%C極低,目的是為改善鋼的韌性。依據(jù)屈服強(qiáng)度可分為1400，1700，2100MPa三個(gè)級(jí)別。

18Ni類(lèi)鋼主要用于制作精度高、超鏡面、型腔復(fù)雜、大截面、大批量生產(chǎn)的塑料模具

③ 06Ni6CrMoVTiAl（06鋼）和10Ni3CuAlMoS(PMS)屬新型塑料模具鋼，具有良好的加工性能和綜合力學(xué)性能，制品表面粗糙度低，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。熱處理工藝特點(diǎn)及應(yīng)用： 分兩個(gè)步驟，1)固溶處理，將鋼加熱至高溫，使合金元素充分溶入奧氏體； 2)時(shí)效處理，使模具達(dá)到所需的力學(xué)性能。①碳含量低、合金元素含量較高，經(jīng)固溶處理后為單一組織的過(guò)飽和固溶體，處于軟化狀態(tài)。②較低溫度時(shí)效處理后，固溶體中能析出細(xì)小彌散的金屬化合物，使模具鋼的強(qiáng)度和硬度大大提高，此過(guò)程中，尺寸和形狀變化極小。③拋光性和表面刻蝕性良好。

應(yīng)用：適合制作強(qiáng)度和韌性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要求較高的塑料模具，以及透明塑料模具等。

12、模具表面處理的目的是什么? 模具表面處理常用的方法有哪些? 某鎢合金熱擠壓模具，用傳統(tǒng)工具鋼制造，擠壓溫度在1320℃以上時(shí)，只能進(jìn)行1次作業(yè)，模具被嚴(yán)重磨損，且擠壓材料因表面被合金化而變質(zhì)，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？

13、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料：(1)形狀簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料注射模具；(2)大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射模具。對(duì)某些高速成型的塑料制品模具，工作時(shí)模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)達(dá)到400℃，請(qǐng)選擇模具材料，說(shuō)明原因？ 6、13題第1問(wèn)

答：

1、根據(jù)模具服役條件和質(zhì)量要求選擇模具材料

（1）模具型腔表面要求高硬度、耐磨，而心部具有較好韌性的塑料模具，可選用滲碳型塑料模具鋼制造。如尺寸較小且型腔不太復(fù)雜時(shí)，可選用淬透性相對(duì)較小的滲碳型塑料模具鋼，如20、20Cr鋼等；對(duì)于尺寸較大、型腔復(fù)雜的塑料模具，可以選用淬透性較好的滲碳型塑料模具鋼，如12CrNi3A、12CrNi4A等。

（2）模具型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，為防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過(guò)大的型腔變形，保證模具的精度和使用性能，選用預(yù)硬型塑料模具鋼。如40Cr、3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1鋼等。

（3）以玻璃纖維做填充劑的注射模具，要求較高的硬度、耐磨性、抗壓強(qiáng)度、韌性、拋光性和電加工等綜合行能，為防止模具型腔表面過(guò)早磨損或局部變形，可選用整體淬硬型塑料模具鋼，如T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1和Cr12Mo等，也可選用25CrNi3MoAl、18Ni、06Ni6CrMoVTiAl（06 Ni鋼）等時(shí)效硬化鋼。（4）聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃樹(shù)脂等為原料的塑料制品，成型過(guò)程中會(huì)分解出腐蝕性氣體，對(duì)模具產(chǎn)生腐蝕性作用，可選用耐蝕性塑料模具鋼。常用的有 9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍鉻或其他耐腐蝕的表面處理。

（5）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形狀精度高、型腔復(fù)雜，以及具有鏡面拋光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽車(chē)燈罩、汽車(chē)儀表盤(pán)、電視機(jī)、電話(huà)機(jī)外殼等，選用能獲得高硬度的超純凈鋼。PMS、06Ni和18 Ni等時(shí)效硬化鋼是較理想的材料，預(yù)硬化型鋼P(yáng)20系列、5NiSCa和8Cr2S等，鏡面拋光性中等，也可選用。

（6）高速成型的塑料制品，其模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)超過(guò)400℃。為保證模具的使用精度，防止塑料制件在脫模后由于溫度過(guò)高而變形，模具材料應(yīng)該具有良好的導(dǎo)熱性能，可選用鈹青銅或高強(qiáng)度鋁合金來(lái)制造。

（7）塑料制件形狀越復(fù)雜，模具型腔的加工越困難,須選用加工性能好和熱處理變形小的模具材料；塑料制件越大，型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此時(shí)模具材料最好選用易切削鋼；塑料制件較小時(shí)，模具型腔體積小，切削量和切削力通常也較小，所以小型模具往往可以選用預(yù)硬化型塑料模具鋼。

（8）若要求塑料模具的交貨時(shí)間越短越好，采用鑄造尤其是精密鑄造方法制造塑料模是縮短加工周期的好方法，此時(shí)可選用特別適合于精鑄成型的鋁合金或鋅合金。對(duì)于鋼制塑料模，若選用易切削預(yù)硬化鋼，也可以大大縮短制模周期。

2、根據(jù)塑料制品的生產(chǎn)批量選擇模具材料

（1）生產(chǎn)批量較小時(shí)，為降低模具造價(jià)，可選用較普通的材料，如鋁合金、鋅合金、碳素鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等來(lái)制造模具；

（2）生產(chǎn)批量較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具工作條件和對(duì)模具質(zhì)量的要求來(lái)選材，一般選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)的塑料模具鋼。6、13題第2問(wèn)

具體選材依據(jù)（4分）

(1)形狀簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料模；選普通材料如碳素鋼或合金鋼等，例45，40Cr(2)高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模；選用預(yù)硬型塑料模具鋼。如3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1鋼等

(3)大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射摸；選PMS、06Ni和18 Ni等時(shí)效硬化鋼或預(yù)硬化型鋼P(yáng)20系列。

(4)耐蝕、高精度塑料模具；常用9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍鉻或其他耐腐蝕的表面處理。10、12題第1問(wèn)

模具主要依靠型腔表面進(jìn)行工作，模具的失效80％以上為表面損傷，如磨損、疲勞、腐蝕等。

對(duì)模具型腔表面進(jìn)行處理，可以提高其表面硬度，改變表層化學(xué)成分和組織，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲勞抗力和耐腐蝕性等。不僅可以有效地延長(zhǎng)模具的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，而且還能提高被加工件的表面質(zhì)量。

表面處理方法很多，用于各類(lèi)模具都有很好的效果，常用的表面處理方法主要是化學(xué)熱處理和表面覆蓋技術(shù) 10、12題第2問(wèn)

例1：M8螺帽模具，選Crl2鋼。

采用常規(guī)淬火、回火工藝，使用壽命只有3 000多次； 經(jīng)固體滲硼處理后壽命為25 000-30000次；

在滲硼的基礎(chǔ)上進(jìn)行離子滲硫處理，壽命達(dá)到100000次，且克服了粘模現(xiàn)象。

例1：加工高熔點(diǎn)金屬的熱擠壓模，當(dāng)擠壓溫度在1320℃以上時(shí)只能進(jìn)行一次作業(yè)；噴涂0.5-1.0mm的氧化鋁涂層后，擠壓溫度可達(dá)1650℃

噴涂氧化鋯涂層，擠壓溫度可2370℃，模具工作壽命延長(zhǎng)5-10倍。

第三篇：模具壽命與材料考試(有答案)

1、簡(jiǎn)述模具材料對(duì)模具壽命的影響，總結(jié)模具選材的主要原則。

2、改進(jìn)和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本作用是什么? 舉例說(shuō)明其對(duì)模具壽命的影響？

3、分析拉深模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用?

4、選擇錘鍛模具材料和確定其工作硬度的依據(jù)是什么? 5從工藝性能和承載能力角度判斷下列鋼號(hào)屬于哪類(lèi)冷作模具鋼：7Cr7Mo2V2Si、Crl2MoV、Cr4W2MoV、GCrl5、9Crl8、W6Mo5Cr4V2、5Cr4Mo3SiMnVAl、6CrNiSiMnMoV、9Cr6W3Mo2V2、65Cr4W3Mo2VNb。

6、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料。(1)高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模具；(2)耐腐蝕、高精度塑料模具。

7、針對(duì)型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，選材時(shí)主要考慮哪些因素？現(xiàn)有T12A和3Cr2Mo（P20）兩種材料，請(qǐng)選擇最合適的材料，并說(shuō)明理由？

8選擇壓鑄模具材料的主要依據(jù)有哪些?

9、分析厚板沖裁模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用? 某接觸簧片級(jí)進(jìn)模具凸模用W6Mo5Cr4V2鋼制造，壽命只有1000件左右，且主要表現(xiàn)為脆斷，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？

10、模具表面處理的目的是什么? 模具表面處理常用的方法有哪些? 某M8螺帽冷作模具，選Cr12鋼制造，采用常規(guī)淬火、回火工藝處理，使用壽命只有3 000次左右，且發(fā)現(xiàn)模具型腔表面磨損嚴(yán)重，有粘模現(xiàn)象，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)措施？

11、何謂時(shí)效硬化型塑料模具鋼? 簡(jiǎn)述其性能及應(yīng)用特點(diǎn)?

12、模具表面處理的目的是什么? 模具表面處理常用的方法有哪些? 某鎢合金熱擠壓模具，用傳統(tǒng)工具鋼制造，擠壓溫度在1320℃以上時(shí)，只能進(jìn)行1次作業(yè)，模具被嚴(yán)重磨損，且擠壓材料因表面被合金化而變質(zhì)，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？

13、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料：(1)形狀簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料注射模具；(2)大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射模具。對(duì)某些高速成型的塑料制品模具，工作時(shí)模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)達(dá)到400℃，請(qǐng)選擇模具材料，說(shuō)明原因？

部分答案

7、針對(duì)型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，選材時(shí)主要考慮哪些因素？現(xiàn)有T12A和3Cr2Mo（P20）兩種材料，請(qǐng)選擇最合適的材料，并說(shuō)明理由？ 參考答案： 1）考慮因素：

（1）首先滿(mǎn)足材料的使用性能足夠原則；

（2）考慮材料的工藝性能：如型腔的加工性能；

（3）防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過(guò)大的型腔變形； 2）合適材料是3Cr2Mo（P20）鋼。

3Cr2Mo（P20）鋼是預(yù)硬型塑料模具鋼。該鋼預(yù)先經(jīng)過(guò)了預(yù)硬化處理（調(diào)質(zhì)處理），具有較好的綜合力學(xué)性能和加工性能，保證了模具的精度和使用性能要求，加工后直接使用，不需要再進(jìn)行熱處理。

T12A鋼屬高碳工具鋼，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需進(jìn)行熱處理，由于模具型腔復(fù)雜，易產(chǎn)生淬火變形，不適合制作此類(lèi)模具。

8、選擇壓鑄模具材料的主要依據(jù)有哪些? 答：根據(jù)壓鑄摸具的工作條件、性能要求、失效形式和模具要求、預(yù)期壽命進(jìn)行選擇： 1）工作條件（2分）

模具溫升高和反復(fù)加熱和冷卻作用：工作時(shí)與高溫液態(tài)金屬接觸，受熱時(shí)間長(zhǎng)，受熱溫度高(壓鑄有色金屬時(shí),溫度達(dá)400-800℃；壓鑄黑色金屬時(shí),溫度可達(dá)1000℃以上)；高的壓力(20-120MPa)及金屬液流的高速?zèng)_刷作用；

2）主要失效形式：熱疲勞開(kāi)裂、熱磨損和熱熔蝕。低溫合金壓鑄，以磨損失效為主（2分）3）主要性能要求：（2分）

(1)較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能；(2)優(yōu)良的耐冷熱疲勞性和高的導(dǎo)熱性；(3)良好的抗氧化性和耐蝕性；(4)較高的淬透性。4）常用的壓鑄模用鋼（4分）

以鎢系、鉻系、鉻鉬系熱作模具鋼為主。要求不高時(shí)，可用合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr、4CrSi、30CrMnSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo；要求較高時(shí)，采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi、4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB、3Cr3Mo3W2V、3Cr2W8V鋼等，其中4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V、4CrSMo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB鋼是壓鑄模常用鋼

9、分析厚板沖裁模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用? 某接觸簧片級(jí)進(jìn)模具凸模用W6Mo5Cr4V2鋼制造，壽命只有1000件左右，且主要表現(xiàn)為脆斷，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？

答：1）工作條件：

沖裁模具的工作部位是刃口。沖裁時(shí)，刃口受到彎曲和剪切的作用，還要受到?jīng)_擊。同時(shí)，板料與刃口部位產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。2）主要失效形式：

沖裁模具的主要失效形式是刃口磨損。有時(shí)存在不均勻磨損和凸模折斷、凹模局部掉塊現(xiàn)象。3）性能要求

高的硬度和耐磨性，足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度；對(duì)于厚板(板厚>1.5mm)，還應(yīng)具有良好的強(qiáng)韌性；

4）材料選用：選材主要考慮材料的強(qiáng)韌性和高耐磨性。

（1）對(duì)小批量生產(chǎn)，選T8A、9SiCr、5CrW2Si等鋼種；

（2）對(duì)大批量生產(chǎn)，選用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼制作凸模，用Crl2MoV或Crl2Mo1V1鋼制作凹模；

（3）當(dāng)傳統(tǒng)鋼種韌性不足，易斷裂時(shí)，可選用新型模具鋼，如LD、65Nb、012Al、GD、CH-1等鋼種。

5）改進(jìn)措施：用W6Mo5Cr4V2鋼制造，發(fā)生斷裂，說(shuō)明材料的韌性不足。（1）選用新型模具鋼，如GD等改善韌性；

（2）熱處理工藝采用低溫淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火，提高韌性；（3）采用韌性較好的材料，輔以表面處理技術(shù)如滲硼、滲金屬等。

11、何謂時(shí)效硬化型塑料模具鋼? 簡(jiǎn)述其性能及應(yīng)用特點(diǎn)? 答：時(shí)效硬化型塑料模具鋼是指一類(lèi)低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蝕塑料模具用鋼。這類(lèi)鋼經(jīng)固溶處理+失效處理后，具有高的強(qiáng)度、硬度，高的抗腐蝕性和高的加工精度。常用鋼種：

① 25CrNi3MoAl：屬低碳低鎳時(shí)效硬化型塑料模具鋼，我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)，主要特點(diǎn)是：鋼中碳和鎳含量低，價(jià)格遠(yuǎn)低于馬氏體時(shí)效鋼，適用普通和高精密和各種塑料模具.②18Ni類(lèi)鋼：屬低碳馬氏體時(shí)效型模具鋼，%C極低,目的是為改善鋼的韌性。依據(jù)屈服強(qiáng)度可分為1400，1700，2100MPa三個(gè)級(jí)別。

18Ni類(lèi)鋼主要用于制作精度高、超鏡面、型腔復(fù)雜、大截面、大批量生產(chǎn)的塑料模具 ③ 06Ni6CrMoVTiAl（06鋼）和10Ni3CuAlMoS(PMS)屬新型塑料模具鋼，具有良好的加工性能和綜合力學(xué)性能，制品表面粗糙度低，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。熱處理工藝特點(diǎn)及應(yīng)用： 分兩個(gè)步驟，1)固溶處理，將鋼加熱至高溫，使合金元素充分溶入奧氏體； 2)時(shí)效處理，使模具達(dá)到所需的力學(xué)性能。①碳含量低、合金元素含量較高，經(jīng)固溶處理后為單一組織的過(guò)飽和固溶體，處于軟化狀態(tài)。②較低溫度時(shí)效處理后，固溶體中能析出細(xì)小彌散的金屬化合物，使模具鋼的強(qiáng)度和硬度大大提高，此過(guò)程中，尺寸和形狀變化極小。③拋光性和表面刻蝕性良好。

應(yīng)用：適合制作強(qiáng)度和韌性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要求較高的塑料模具，以及透明塑料模具等。

6、13題 第1問(wèn)

答：

1、根據(jù)模具服役條件和質(zhì)量要求選擇模具材料

（1）模具型腔表面要求高硬度、耐磨，而心部具有較好韌性的塑料模具，可選用滲碳型塑料模具鋼制造。如尺寸較小且型腔不太復(fù)雜時(shí)，可選用淬透性相對(duì)較小的滲碳型塑料模具鋼，如20、20Cr鋼等；對(duì)于尺寸較大、型腔復(fù)雜的塑料模具，可以選用淬透性較好的滲碳型塑料模具鋼，如12CrNi3A、12CrNi4A等。

（2）模具型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，為防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過(guò)大的型腔變形，保證模具的精度和使用性能，選用預(yù)硬型塑料模具鋼。如40Cr、3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1鋼等。

（3）以玻璃纖維做填充劑的注射模具，要求較高的硬度、耐磨性、抗壓強(qiáng)度、韌性、拋光性和電加工等綜合行能，為防止模具型腔表面過(guò)早磨損或局部變形，可選用整體淬硬型塑料

模具鋼，如T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1和Cr12Mo等，也可選用25CrNi3MoAl、18Ni、06Ni6CrMoVTiAl（06 Ni鋼）等時(shí)效硬化鋼。

（4）聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃樹(shù)脂等為原料的塑料制品，成型過(guò)程中會(huì)分解出腐蝕性氣體，對(duì)模具產(chǎn)生腐蝕性作用，可選用耐蝕性塑料模具鋼。常用的有 9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍鉻或其他耐腐蝕的表面處理。

（5）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形狀精度高、型腔復(fù)雜，以及具有鏡面拋光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽車(chē)燈罩、汽車(chē)儀表盤(pán)、電視機(jī)、電話(huà)機(jī)外殼等，選用能獲得高硬度的超純凈鋼。PMS、06Ni和18 Ni等時(shí)效硬化鋼是較理想的材料，預(yù)硬化型鋼P(yáng)20系列、5NiSCa和8Cr2S等，鏡面拋光性中等，也可選用。

（6）高速成型的塑料制品，其模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)超過(guò)400℃。為保證模具的使用精度，防止塑料制件在脫模后由于溫度過(guò)高而變形，模具材料應(yīng)該具有良好的導(dǎo)熱性能，可選用鈹青銅或高強(qiáng)度鋁合金來(lái)制造。（7）塑料制件形狀越復(fù)雜，模具型腔的加工越困難,須選用加工性能好和熱處理變形小的模具材料；塑料制件越大，型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此時(shí)模具材料最好選用易切削鋼；塑料制件較小時(shí)，模具型腔體積小，切削量和切削力通常也較小，所以小型模具往往可以選用預(yù)硬化型塑料模具鋼。

（8）若要求塑料模具的交貨時(shí)間越短越好，采用鑄造尤其是精密鑄造方法制造塑料模是縮短加工周期的好方法，此時(shí)可選用特別適合于精鑄成型的鋁合金或鋅合金。對(duì)于鋼制塑料模，若選用易切削預(yù)硬化鋼，也可以大大縮短制模周期。

2、根據(jù)塑料制品的生產(chǎn)批量選擇模具材料

（1）生產(chǎn)批量較小時(shí)，為降低模具造價(jià)，可選用較普通的材料，如鋁合金、鋅合金、碳素鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等來(lái)制造模具；

（2）生產(chǎn)批量較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具工作條件和對(duì)模具質(zhì)量的要求來(lái)選材，一般選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)的塑料模具鋼。6、13題 第2問(wèn)

具體選材依據(jù)（4分）

(1)形狀簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料模；選普通材料如碳素鋼或合金鋼等，例45，40Cr(2)高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模；選用預(yù)硬型塑料模具鋼。如3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1鋼等

(3)大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射摸；選PMS、06Ni和18 Ni等時(shí)效硬化鋼或預(yù)硬化型鋼P(yáng)20系列。

(4)耐蝕、高精度塑料模具；常用9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍鉻或其他耐腐蝕的表面處理。

10、12題 第1問(wèn)

模具主要依靠型腔表面進(jìn)行工作，模具的失效80％以上為表面損傷，如磨損、疲勞、腐蝕等。

對(duì)模具型腔表面進(jìn)行處理，可以提高其表面硬度，改變表層化學(xué)成分和組織，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲勞抗力和耐腐蝕性等。不僅可以有效地延長(zhǎng)模具的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，而且還能提高被加工件的表面質(zhì)量。

表面處理方法很多，用于各類(lèi)模具都有很好的效果，常用的表面處理方法主要是化學(xué)熱處理和表面覆蓋技術(shù) 10、12題 第2問(wèn)

例1：M8螺帽模具，選Crl2鋼。

采用常規(guī)淬火、回火工藝，使用壽命只有3 000多次； 經(jīng)固體滲硼處理后壽命為25 000-30000次；

在滲硼的基礎(chǔ)上進(jìn)行離子滲硫處理，壽命達(dá)到100000次，且克服了粘模現(xiàn)象。

例1：加工高熔點(diǎn)金屬的熱擠壓模，當(dāng)擠壓溫度在1320℃以上時(shí)只能進(jìn)行一次作業(yè)；噴涂0.5-1.0mm的氧化鋁涂層后，擠壓溫度可達(dá)1650℃

噴涂氧化鋯涂層，擠壓溫度可2370℃，模具工作壽命延長(zhǎng)5-10倍。

1、簡(jiǎn)述模具材料對(duì)模具壽命的影響，總結(jié)模具選材的主要原則。

答：1）從模具的使用來(lái)看，根據(jù)模具的工作狀況，選用具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和韌性匹配的模具，從而使模具壽命最高；通過(guò)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砼c表面處理，使模具內(nèi)部韌性高、模具表面強(qiáng)度高和耐磨性高，能有效地提高模具的整體性能及壽命。2）主要原則：

（1）使用性能足夠；（2）工藝性能良好；（3）供應(yīng)上能保證；（4）經(jīng)濟(jì)性合理。

2、改進(jìn)和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本作用是什么? 舉例說(shuō)明其對(duì)模具壽命的影響？

3、分析拉深模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用? 答： 1）工作條件：拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形，拉深過(guò)程中模具的受力狀態(tài)如課本圖 7-8 所示。拉深載荷通過(guò)凸模圓角部位傳給工件，工件外面部分通過(guò)凹模端面與壓邊圈之間向內(nèi)流動(dòng)。成形過(guò)程中，工件給凸模圓角半徑部分壓力F＇4，及摩擦力F4，給凹模圓角半徑壓力F＇3及摩擦力F3，給壓力圈壓力F＇1和摩擦力F1，給凹模端面壓力F＇2和摩擦力F2.2）主要失效形式：拉深模凸模、凹模和壓邊圈工作部分沒(méi)有鋒利的尖角，模具零件受力不像沖裁模那樣局限在很小范圍內(nèi)，同時(shí)凸凹模間隙一般都比板材厚度大，模具較少出現(xiàn)斷裂和塑形變形失效。但拉深模工作時(shí)，板材與凹模和壓邊圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在很大的摩擦，因此拉深模的主要失效形式為磨損，在磨損形式及機(jī)理上，主要表現(xiàn)為粘著磨損。3）

4）材料的選用：根據(jù)坯料材質(zhì)的不同，選用與其親和力小的模具材料。一般來(lái)說(shuō)，坯料為鋼板，模具材料應(yīng)選用有色金屬，反之，坯料為有色金屬，模具材料則選用鋼和鐵。（1）對(duì)于圓形件，小批量，可選T8/T10/45鋼：（2）對(duì)于中批量的中小件，選MnCrW、crWV;（3）對(duì)于形狀不規(guī)則的中小件，選Cr12MoV；（4）對(duì)于小件大批量，選硬質(zhì)合金；

（5）對(duì)于大型拉延模、汽車(chē)覆蓋件模，可選鑄鐵。

4、選擇錘鍛模具材料和確定其工作硬度的依據(jù)是什么? p142

5、從工藝性能和承載能力角度判斷下列鋼號(hào)屬于哪類(lèi)冷作模具鋼： 7Cr7Mo2V2Si（LD1鋼）、Crl2MoV（高耐磨鋼）、Cr4W2MoV（高碳中鉻鋼）、GCrl5（高碳低合金鋼）、9Crl8（耐蝕冷作模具鋼）、W6Mo5Cr4V2（高速鋼）、5Cr4Mo3SiMnVAl（基體鋼——012Al鋼）、6CrNiSiMnMoV（GD鋼——高韌性低合金鋼）、9Cr6W3Mo2V2（GM鋼）、65Cr4W3Mo2VNb（基體鋼——65Nb鋼）。

第四篇：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(jié)合工廠(chǎng)的壓鑄模具的實(shí)際失效情況，總結(jié)分析了壓鑄模的主要失效形式,系統(tǒng)地提出了分析壓鑄模具失效的方法和手段。從工程實(shí)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(jié)能、低價(jià)、高效的金屬成形方式。壓鑄件具有尺寸精度高，表面光潔，強(qiáng)度和硬度高的特點(diǎn)，一般不需要機(jī)械加工或稍經(jīng)加工便可使用，適合批量生產(chǎn)。但是在使用過(guò)程中，由于各種原因壓鑄模容易失效。

關(guān)鍵字:壓鑄模具 失效 提高壽命 1 壓鑄模具常見(jiàn)失效形式

下面結(jié)合工廠(chǎng)實(shí)際情況分析了壓鑄模具的失效形式和失效機(jī)理。

1.1熱裂

熱裂是模具最常見(jiàn)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(nèi)部熱應(yīng)力集中處，當(dāng)裂紋形成后，應(yīng)力重新分布，裂紋發(fā)展到一定長(zhǎng)度時(shí)，由于塑性應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)力松弛使裂紋停止擴(kuò)展。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋尖端附近出現(xiàn)一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開(kāi)始形成的主裂紋合并，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，最后裂紋間相互連接而導(dǎo)致模具失效。

1.2整體脆斷

整體脆斷是由于偶然的機(jī)械過(guò)載或熱過(guò)載導(dǎo)致模具災(zāi)難性斷裂。材料的塑韌性是與此現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的最重要的力學(xué)性能。材料中有嚴(yán)重缺陷或操作不當(dāng),會(huì)引起整體脆斷，如圖2所示。

1.3侵蝕或沖刷

這是由于機(jī)械和化學(xué)腐蝕綜合作用的結(jié)果,熔融鋁合金高速射入型腔,造成型腔表面的機(jī)械磨蝕。同時(shí),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(chǎn)生機(jī)械作用,并與熱應(yīng)力疊加,加劇裂紋尖端的拉應(yīng)力,從而加快了裂紋的擴(kuò)展。提高材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有利于增強(qiáng)材料的抗腐蝕能力。壓鑄模具常見(jiàn)失效分析方法

為了延長(zhǎng)模具的使用壽命,節(jié)約成本,提高生產(chǎn)效率,就必須研究模具的失效形式和導(dǎo)致模具失效的原因以及模具失效的內(nèi)部機(jī)理。由于壓鑄模具失效的原因比較復(fù)雜,要從模具的設(shè)計(jì)、材料選擇、工作狀態(tài)等很多方面來(lái)進(jìn)行分析。圖3為壓鑄模具常見(jiàn)失效分析圖。

圖 3 壓鑄模具常見(jiàn)失效分析方法

2.1裂紋的表面形狀及裂紋擴(kuò)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(duì)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(duì)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(shí)可觀(guān)察到劃痕間有裂紋。裂紋從裂紋源出發(fā)，并向西周擴(kuò)展。裂紋內(nèi)有大量的夾雜物，裂紋邊緣有二次裂紋。由于模具使用時(shí)間短，一般部位表面主要是沖蝕坑和焊合，而澆口所對(duì)部位主要為液態(tài)金屬?zèng)_刷形成的犁溝和熱疲勞裂紋。

由于高溫液態(tài)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(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，這些部位是裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)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(huán)過(guò)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(dāng)熱應(yīng)力及機(jī)械力作用時(shí)，在其周?chē)纬蓱?yīng)力集中;另一方面在冷卻時(shí)夾雜物與基體有不同的熱收縮，造成鑲嵌應(yīng)力，兩者疊加的結(jié)果，在夾雜

物周?chē)a(chǎn)生很大的應(yīng)力場(chǎng)。應(yīng)力集中的結(jié)果使沖擊坑、犁溝及夾雜物成為疲勞裂紋的誘發(fā)核心和擴(kuò)展優(yōu)取向。

2.2殘余應(yīng)力分析

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

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

模具經(jīng)過(guò)一定時(shí)間使用后,模具表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力,裂紋前端無(wú)論是平行于裂紋擴(kuò)展方向還是垂直與裂紋擴(kuò)展方向都受壓應(yīng)力。所以在模具的使用過(guò)程中隔一段時(shí)間要進(jìn)行清洗和維修。

提高模具壽命的方法

對(duì)壓鑄模具失效及提高壓鑄模壽命的研究，無(wú)論是從實(shí)驗(yàn)方法還是對(duì)模具壽命的估算，都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使壓鑄模具的使用壽命遇到了一個(gè)瓶頸，因此提高模具壽命是工程界一個(gè)十分艱巨的任務(wù)。

3.1精心設(shè)計(jì)壓鑄件和壓鑄模具

模具的局部開(kāi)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(shè)計(jì)不合理所造成的。因此，設(shè)計(jì)壓鑄件必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)在滿(mǎn)足壓鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，宜采用薄壁結(jié)構(gòu)，這不僅減輕了壓鑄件的質(zhì)量，而且也減少了模具的熱載荷。

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

(3)壓鑄件所有轉(zhuǎn)角處，應(yīng)有適當(dāng)?shù)蔫T造圓角，以避免在模具相應(yīng)部位形成棱角，產(chǎn)生裂紋和塌陷。

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

(5)壓鑄件應(yīng)該有合理的脫模斜度，以避免開(kāi)模抽芯取件時(shí)擦傷模具型壁。

3.2保證模具的加工質(zhì)量

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

(1)砂輪不鋒利引起的摩擦使模具表面出現(xiàn)磨銷(xiāo)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(nèi)腐蝕能力。

(3)表面存在磨銷(xiāo)應(yīng)力，降低了模具的抗熱疲勞能力和機(jī)械疲勞能力。

3.3選用優(yōu)質(zhì)鋼材

壓鑄模具材料質(zhì)量的提高于改進(jìn)對(duì)其熱疲勞壽命的提高影響極大。其中，氣體中雜質(zhì)的含量高、成分偏析及碳化物的不均勻程度嚴(yán)重，都會(huì)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(qiáng)度隨夾雜物顆粒尺寸的加大而下降。疲勞強(qiáng)度的下降與顆粒尺寸的立方成正比 [1][2]。

(1)采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝

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

(2)采用合理的熱處理規(guī)范

作為壓鑄模具材料必須具有較高的熱強(qiáng)度和回火穩(wěn)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(fā)，回火溫度應(yīng)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(yīng)采取二次回火。

(3)采用表面強(qiáng)化處理

采用表面強(qiáng)化工藝提高模具表面的強(qiáng)度、耐磨性及耐蝕性，可以延長(zhǎng)熱裂紋萌生的孕育期，防止熱裂紋的擴(kuò)展，由此提高模具的使用壽命。常見(jiàn)的表面強(qiáng)化處理有：噴丸強(qiáng)化法、壓應(yīng)力冷作撞擊法、蒸汽處理法、電火花放電強(qiáng)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(guī)程

在操作前預(yù)熱模具是十分重要的。不僅可以提高鋼的韌性。同時(shí)也可以減少模具斷面的溫度梯度，以降低模具的熱應(yīng)力。但預(yù)熱模具溫度不能太高，過(guò)高的預(yù)熱溫度則會(huì)降低表層的屈服強(qiáng)度，反而會(huì)降低模具的使用壽命。合金的冶煉和保溫也都應(yīng)該嚴(yán)格按操作規(guī)范執(zhí)行，特別是重視精練排氣，減少材料內(nèi)部的裂紋源 [3]。

要進(jìn)一步提高模具的使用壽命，最重要的就是開(kāi)發(fā)新的鋼種并運(yùn)用;建立全面的質(zhì)量管理制度，提高職工的綜合素質(zhì)。

小結(jié)

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(jié)合工廠(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)壓鑄模具失效及原因分析,系統(tǒng)地提出了若干改進(jìn)方法,進(jìn)而提高模具使用壽命。本文研究的內(nèi)容對(duì)提高壓鑄模具的壽命有一定指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊欲國(guó).壓鑄工藝及設(shè)備[D].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.[2 ] 賴(lài)華清.壓鑄工藝及模具[D].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[3] 李蘊(yùn)林.壓鑄工藝分析及改進(jìn)[D].武漢：華中理工大學(xué)，1993.

第五篇：模具壽命與材料(1~4章)復(fù)習(xí)思考題

第一、二章復(fù)習(xí)思考題

1、擠壓：將金屬材料放在擠壓模型腔內(nèi)，一端施加強(qiáng)大壓力，材料處于三向受力狀態(tài)下變形而從另一端的模孔中流出，獲得不同形狀的型材或零件。

2、冷、熱、溫變形模具：模具對(duì)處于再結(jié)晶溫度以下/以上/兩者之間的材料施加壓力使之變形。

3、模具壽命：模具因?yàn)槟p或其他形式失效，導(dǎo)致不可修復(fù)而報(bào)廢之前所加工的產(chǎn)品數(shù)量稱(chēng)為~。

4、模具服役： 模具安裝調(diào)試后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過(guò)程叫模具服役。

5:、模具損傷：模具在使用過(guò)程中，出現(xiàn)尺寸變化或微裂紋，但沒(méi)有立即喪失服役能力的狀態(tài)叫模具損傷。

6、模具失效：模具受到損壞，不能通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)服役時(shí)叫模具失效。廣義上講，模具失效是指一套模具完全不能再用，生產(chǎn)中一般指模具的主要工作零件不能再用。

7、模具壽命與產(chǎn)品成本的關(guān)系：產(chǎn)品成本隨著模具壽命的增加而下降。

8、模具壽命和產(chǎn)品批量的關(guān)系：降低產(chǎn)品成本要考慮模具壽命與批量的匹配關(guān)系，使模具壽命略大于產(chǎn)品批量。

第三章復(fù)習(xí)思考題

1、磨損的失效形式；

2、什么叫磨損？

3、什么叫磨損失效？

4、磨損的分類(lèi)；

5、什么叫磨粒磨損？磨粒磨損的機(jī)理是什么？

6、減少磨粒磨損的措施有哪些？

7、什么叫粘著磨損？粘著磨損的機(jī)理是什么？

8、粘著磨損分哪幾類(lèi)？嚴(yán)重粘著磨損又有哪幾種？

9、影響粘著磨損的因素有哪些？

10、減少粘著磨損的措施有哪些？

11、疲勞磨損機(jī)理；

兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力）作用下，使表層金屬脫落的現(xiàn)象。

12、降低疲勞磨損的措施有哪些？

1）合理選擇潤(rùn)滑劑；2）表面強(qiáng)化處理（如噴丸和滾壓）；

13、什么是氣蝕和沖蝕磨損？

1）氣蝕磨損：金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間高溫和沖擊，使模具表面形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象。

2）沖蝕磨損：液體和固體顆粒高速落到模具表面，反復(fù)沖擊模具表面使材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑。

14、什么是腐蝕磨損？

在摩擦過(guò)程中，模具表面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦力的機(jī)械作用引起表面材料流失的現(xiàn)象。分氧化磨損和特殊介質(zhì)磨損兩類(lèi)。

15、腐蝕磨損機(jī)理是什么？

第一階段：發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成反應(yīng)物；

第二階段：摩擦作用帶走反應(yīng)物，裸露出了新的表面，又開(kāi)始新一輪腐蝕磨損。

16、氧化磨損和特殊介質(zhì)磨損機(jī)理？

17、什么是斷裂失效？

模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分或數(shù)部分，喪失服役能力時(shí)稱(chēng)為斷裂失效。

18、什么叫脆性斷裂？

模具材料一般為高、中強(qiáng)度鋼，斷裂形式多為脆性斷裂，斷裂時(shí)不發(fā)生或發(fā)生很小的塑性變形（＜5%）的斷裂。有一次性斷裂和疲勞斷裂兩類(lèi)。

19、什么叫一次性斷裂？

模具在承受很大的變形力或沖擊載荷作用下，產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展所形成的斷裂。有穿晶斷裂和沿晶斷裂兩種。

20、什么叫疲勞斷裂？

指在較低的循環(huán)應(yīng)力作用下，產(chǎn)生裂紋并緩慢擴(kuò)展直至發(fā)生斷裂。

21、穿晶斷裂和沿晶斷裂。

1）穿晶斷裂：因拉應(yīng)力作用沿特定晶面發(fā)生的斷裂（解理斷裂）；模具韌性差，存在表面缺陷并受大的沖擊載荷時(shí)易發(fā)生。

2）沿晶斷裂：裂紋沿晶界面擴(kuò)展直至斷裂。

22、什么叫等強(qiáng)溫度？

在某一溫度時(shí)，晶界強(qiáng)度與晶內(nèi)強(qiáng)度相等時(shí)，這一溫度叫等強(qiáng)溫度。實(shí)際溫度大于等強(qiáng)溫度時(shí)，一發(fā)生沿晶斷裂，小于等強(qiáng)溫度時(shí)易發(fā)生穿晶斷裂。

23、疲勞斷裂破壞過(guò)程。

應(yīng)力集中---產(chǎn)生裂紋----造成新的應(yīng)力集中----裂紋擴(kuò)展------最后斷裂

24、什么叫塑性變形失效？

模具在使用過(guò)程中，發(fā)生塑性變形，改變了集合形狀和尺寸，不能修復(fù)而再繼續(xù)服役時(shí)叫~。

第四章復(fù)習(xí)思考題

1、模具圓角是如何影響模具加工的？

凸圓角半徑對(duì)工藝影響大，而凹的圓角半徑對(duì)模具壽命的影響大。

2、導(dǎo)向裝置對(duì)模具壽命的影響如何？

采用導(dǎo)向裝置的模具，能保證模具工作零件相對(duì)位置精度高，正確配合，間隙均勻，磨損均勻，抗彎、抗偏載荷能力強(qiáng)，模具壽命高。

3、常用設(shè)備導(dǎo)向精度如何？

導(dǎo)向精度從高到低一次為：液壓機(jī)---注塑機(jī)---機(jī)械壓力機(jī)----

模鍛錘

4、常用設(shè)備速度如何？

工作速度從高到低依次為：高速錘----模鍛錘----螺旋壓力機(jī)---機(jī)械壓力機(jī)----液壓機(jī)

5、沖裁時(shí)沖裁力與壓力機(jī)噸位關(guān)系如何？

普通沖裁：沖裁力=80%壓力機(jī)噸位

精密沖裁：沖裁力=50%壓力機(jī)噸位

6、模具材料有哪些使用性能和工藝性能？

1）使用性能：強(qiáng)度、沖擊韌度（性）、耐磨性、硬度、熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞性。

2）工藝性能：鍛造工藝性、切削加工性能、熱處理工藝性能和淬透性。

7、強(qiáng)度、硬度、韌性和塑性之間關(guān)系如何？

一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度高則硬度高，但韌性下降；強(qiáng)度硬度高則塑性差。

8、鍛造工序有哪些？

鐓粗、拔長(zhǎng)、心軸擴(kuò)孔、鼓形滾圓、端面平整

9、電加工有哪些工藝？

電火花、電火花線(xiàn)切割、電解

10、電加工時(shí)變質(zhì)層由哪幾個(gè)部分組成？

附著碳素物質(zhì)層、蒸發(fā)熔融轉(zhuǎn)化層、熔融殘余層、熱變質(zhì)層

11、什么叫過(guò)燒和過(guò)熱？

過(guò)熱：由于加熱溫度過(guò)高或高溫加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起晶粒粗化的現(xiàn)象。可以通過(guò)重新淬火消除、補(bǔ)救。

過(guò)燒：加熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常溫度，以致晶界熔化和氧化的現(xiàn)象，出現(xiàn)過(guò)燒的材料直接報(bào)廢。

12、什么是黑色斷口？有什么影響？如何消除？

1）高碳工具鋼石墨化的特征缺陷；

2）出現(xiàn)黑色斷口的鋼淬火時(shí)硬度不均勻并產(chǎn)生裂紋；

3）熱處理難以消除，必須重新鍛造。

13、何謂現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和非現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)？

14、熱加工模具為何要進(jìn)行預(yù)熱？

15、何謂超前修模？為什么要超前修模？