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1、模具的失效分析№1一,目的1,模具设计人员必须熟知如何保证模具设计正确,合理,提高模具寿命,降低成本.2,生产中模具失效时,能分析原因,提出改进措施,也是工艺员应掌握的技能.二,模具的工作条件1,工装模具组成凹模-冷镦,正挤,反挤,冲孔,锥形凸模,切边凹模,切边凸模,孔类`螺母用凹模等.套-推出销套,衬套垫-带孔垫块轴类冲头–正挤,反挤,六方冲头,(螺母冲头),推出销,凸模销,光凸模(无孔)销,轴,杆.板,块类型-垫块,切断刀,送料滚,刀体,钳片,夹子,弹簧板,弹簧片螺旋弹簧–拉,压弹簧碟簧板簧2,易损件(服役期短,经常更换的件)冲头,凹模重点分析易
2、损件–冲头,凹模.3,模具工作条件①挤压冲头工作条件–以活塞销为例上冲头–向下运动,下冲头–固定不动.挤压中,上冲头受力大于下冲头.上冲头受力情况如下:A)向下运动–反挤坯料,冲头受压应力.B)向上运动–脱离坯料,因摩擦力冲头受拉应力.C)可能因冲头偏心,产生弯曲应力.结论:上冲头受力复杂,易导致失效.上冲头最大名义压力可达2500MPa.在尺寸过渡处,由于应力集中,有时应力更大于此值.①冷挤压凹模的工作条件№2冷挤压过程中,凹模型腔表面受很大的压力,该压力使凹模产生巨大的切向拉应力.(以下插图)三,模具失效的基本形式及原因模具失效形式–模具丧失服务
3、能力的某种损伤形式.大多数模具出现损伤后,不会立即丧失服务能力,仅在其中一种损伤发展到足以妨碍模具正常工作或生产出废品时,此模具才停止服役.№3(一)模具失效的基本形式№4形式现象及说明塑性变形凸模:镦粗纵向弯曲凹模:型腔塌陷棱角倒塌型腔胀大磨损刃口钝化棱角变圆平面下陷,孔加大表面沟痕剥落粘模疲劳萌生细小裂纹小裂纹向纵深扩展裂纹扩展一定尺寸后,严重削弱模具承载能力引起断裂疲劳源–应力集中部位(尺寸过渡,刀痕,缺口,磨削裂纹)冷热疲劳多产生于热作模具断裂纵向断裂横向断裂(斜向断裂)龟裂(二)模具塑性变形失效原因分类具体原因影响因素模具材料超过模具材料抗
4、压屈服应力模具材料:①含碳量低②合金元素及含量不足③强度水平不高热处理热处理:①淬火硬度不够(凸模工作部分硬度不小于HRC60)②淬硬层深度不够③韧性偏高工艺工装设计①凸模单位压力值过大,合理排工序,使其单位应力值不超过凸模抗压屈服应力②凸模长径比超过所允许的界限,保证凸模纵向稳定性③提高模具导向精度,保证良好对中操作①操作不当②意外超载③凸模端面或毛坯端面不平整,使凸模受较大偏心载荷(提高毛坯下料精度或增加一道镦平工序来提高毛坯端面平整度)(三)模具磨损失效原因№5凸凹模磨损失效是一种正常失效,但有时发生早期磨损失效值得研究.1,模具磨损过程磨损量
5、mgC①初期磨损阶段A新模具B刃口锋利(切边模,冲切模),模孔形状误差(不圆度等),与坯料接触面积小,局部压力大,A以及产生塑性变形,导致磨损速度加快.冲击次数N②正常磨损阶段B初期磨损阶段达到一定程度,刃口与工件接触单位压力减轻,不再产生塑性变形,进入摩擦磨损阶段.在此过程中,由于反复冲击,而模具渐渐趋于疲劳.③过激磨损阶段C刃口,模孔呈现疲劳,模具急剧磨损,不能正常工作,甚至因冲击出现表面剥落,剥落硬粒子成为磨粒,加快了磨损速度.2,模具磨损失效原因–基本原因是磨擦№6分类具体原因影响因素改进措施模具材料–选材不当硬度表面形态(表面处理)碳化物(
6、性质,大小,分布数量)结构设计△高速钢,高碳高铬钢,硬度相等下,耐磨性最高.△Cr12MoV冷镦凹模型腔易出现剥落(麻点),沟槽.△基体钢5Cr4Mo3SiMnVAl很少出现Cr12MoV现象低硬度易磨损处理得当冲击(冷镦)过多碳化物反而降低耐磨性,因为易表面剥落,成磨粒加快磨损.如反挤凸模工作带部分形状,尺寸不合格正确选用材料,特别关注模具用新材料合理设计,制造保证△TiN涂层提高寿命△表面镀铬3-5μm△QPQ工艺(碳氮共渗+1次氧化+抛光+2次氧化)有良好耐磨及防腐性(如对W8Mo3Cr4VCo3N)合理锻造,热处理.选择合理的工作带长度及过渡
7、圆角.被加工材料化学成份机械性能表面粗糙度表面形态(表面处理)速度摩擦系数随变形速度的升高而降低,减少模具磨损.金属较高速度成形时,由于金属材料质量引起惯性力,将在轴向及径向上可继续充填型腔.温度冷成形消耗塑性变形功,一部分变成了热能,高速挤压热量来不及散失,局部地方温度可高达150℃-200℃,使金属塑性升高,称热效应,当ε＜40%时,热效应影响小,当ε＞40%热效应影响大,降低摩擦系数.润滑润滑不良,摩擦阻力过大,加快磨损选择好的润滑剂.(四)模具疲劳失效原因1,特征:在模具某些部位△在模具某些部位,经一定的服役期,萌生了细小的裂纹,并逐渐向纵深
8、扩展.裂纹扩展到一定的尺寸后,严重的削弱模具的承载能力,而引起断裂.疲劳裂纹萌生于应力较大的部位,特别是应力
