模具寿命与失效 教学课件 作者 曾珊琪 丁毅 主编模具寿命与失效7.ppt

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1、模具失效与寿命授课人：曾珊琪2009-2010（第1学期)第五章影响模具寿命的因素模具结构设计模具材料模具的热加工和冷加工模具的使用状况等。9/21/20212第一节模具结构合理的模具结构，使模具在工作时受力均匀，应力集中小，也不易受偏载。模具种类多，形式和工作环境差别很大。各有特性，但在结构方面也有共性的问题，如：几何形状和刚度。影响模具寿命的因素9/21/20213一、模具的几何形状影响模具寿命的几何形状因素：模具的圆角半径、凸模端面形状、凹模锥角的大小、凹模截面变化的大小等。模具结构9/21/20214（一）圆角半径采用圆角结

2、构可以获得良好的工艺效果，同时，也可避免拐角处产生应力集中。模具几何形状9/21/20215从应力图可以看出，不同拐角形式产生的应力集中源不同，圆角半径越大应力分布越均匀，越不容易产生应力集中，拐角为尖角结构时应力集中最严重。模具几何形状9/21/20216圆角半径分为:外(凸)圆角半径内(凹)圆角半径模具几何形状9/21/20217凸圆角半径对工艺影响大过小的凸圆角半径在板料拉深中增加成型力；在模锻中，易造成锻件折叠缺陷。模具几何形状9/21/20218凹的圆角半径对模具寿命影响大小的凹圆角半径会使局部受力恶化，在四角半径处产生较

3、大的应力集中，易萌生裂纹导致断裂。大的圆角半径使模具受力均匀，不易产生裂纹。非工作部位凹圆角半径过小，在使用过程中也易造成应力集中，使抗偏载、抗冲击的能力降低。模具几何形状9/21/20219从图中可以看出，在采用同一模具条件下，过渡半径R由2.3增大到3.2，模具寿命就从1.5万件提高到2万件。模具几何形状9/21/202110（二）几何角度1.凹模的锥角和截面变化模具的工作角度对成形过程中坯料的流动、成形力及模具寿命有很大的影响。模具几何形状9/21/202111模具几何形状9/21/2021121.凹模的锥角和截面变化以挤压为

4、例：正挤压时，主要是凹模对挤压力产生影响，为了便于金属塑性流动和减小模具负荷，一般都将凹模出口部分设计成锥形，如图示。模具几何形状9/21/202113从图中看，挤压力的大小不仅与入口角α大小有关，还与锥形进口正挤压凹模的截面变化量lnA0/A1有关。模具几何形状9/21/2021141.凹模的锥角和截面变化冷挤压凹模的型腔截面变化越小，尺寸过渡越平缓，则挤压力越小，模具寿命越高。模具几何形状9/21/2021152.凸模的端面形状平底带锥台的凸模（图a），端部受力面积较大，因此单位面积承受的挤压力比平底凸模（图b）可降低20%，模

5、具寿命也相应提高模具几何形状9/21/202116当变形程度εF不是很大时，以平底凸模所受的单位挤压力最大，半球面凸模的挤压力最小，平底带锥台凸模居中。1-平底凸模2-平底带锥台凸模3-锥角凸模a=120º4-半球面凸模模具几何形状9/21/202117变形程度过大时，球面凸模的单位挤压力会急剧上升。平底凸模刃口处增加圆角半径，可降低挤压力；凸模端部设计成平底带锥台形，对减轻挤压力也有明显效果。1-平底凸模2-平底带锥台凸模3-锥角凸模a=120º4-半球面凸模模具几何形状9/21/202118中心锥角α为120°～130°的凸模结

6、构比较合理。锥角过大，对降低挤压力的作用并不明显，锥角过小易造成侧向分力不平衡，引起凸模偏斜、弯曲或折断。1-平底凸模2-平底带锥台凸模3-锥角凸模a=120º4-半球面凸模模具几何形状9/21/202119凹模锥角的最佳取值计算公式在此值下，模具承受的力最小，寿命最高。变薄拉深t0／t—变形比、μ—摩擦系数模具几何形状9/21/202120对于锤锻模、压铸模、塑料模等型腔模，型腔结构常需要考虑脱模斜度以便制件脱模。型腔脱模斜度对模具型腔侧壁及底部的应力状态也有直接的影响。模具几何形状9/21/202121二、模具结构形式（一）整体

7、模具与组合模具整体模具不可避免的存在凹圆角半径，易造成应力集中，并引起开裂。模具结构9/21/202122组合式模具把模具在应力集中处分割为两部分或几部分，再组合起来使用。采用组合式模具可避免应力集中和裂纹的产生。模具结构形式9/21/2021231.组合凸模结构工作时，凸模前端小直径心轴部分先插入毛坯孔内，以控制挤压件孔径的位置。但心轴根部应力集中严重，受力时容易折断。若将凸模设计成图b及图c所示的组合形式，则可避免应力集中，显著提高寿命。模具结构形式9/21/2021242.组合凹模结构模具结构形式9/21/202125(a)、

8、(e)整体式(b)、(c)、(f)、(g)纵向分割式(d)、(h)横向分割式模具结构形式9/21/2021263.预应力镶套凹模为了防止模具胀裂，冷镦、冷挤压凹模通常要求具有高的硬度和耐磨性，同时还要求具有高的强度和韧性。采用整体结构