1、模具寿命考试复习资料一：与国外模具制造的差距约落后20年，主要表现为以下几方面： 1.标准化程度低：国外标准化生产程度迭80%，标准件品种多，规格全，全部商品化。国内标准化程度不到20%，品种只有约2000个，缺少精密高效标准件。2.模具品种少、效率低：主要是缺少大型、复杂、长寿命模具。国外模具向精密化、自动化方向发展，很多工序町以集中在一副模具中完成。3.模具制造精度低、周期长：国外模具厂都采用租加工、精加工、测量、装配等成套的精密设备，如CNC坐标磨床，数控电火花机床等。国内模具厂设备陈1日不配套，数控机床只占3qo，电加工机床占15%，模具加工新工艺采用较步，使国内模具精度比国外低12级
2、、制造周期长12倍。横具寿命短、材料利用率低：圄外由于采用丁冶炼及热处理方面的新技术，模具寿命大大提高。国内模具钢品种不全，新钢种很少，一般采用常规热处理，因而质量无怯保证，模具材料利用率仅为60%。4. 技术力量落后，管理水平较差；模具生产技术人员比例只占7%8%（国外为30%），低于国内其他行业。生产缺乏科学管理。二：压力加工的基本方法简单分为：锻、轧、冲、镦、挤、弯，旋、拉、拔等多种形式。三：模具有关的工艺，主要分以下几类：一:普通模锻:普通模锻是将金属加热或不加热，在冲击力或压力作用下，使金属的几何形状发生变化，得到一定要求的锻件。它包括墩锻和热锻。二，挤压：挤压是将金属材料放在挤压模
3、腔内，一端施加强大的压力，材料处于三向受力状态下变形，从而一端的模孔中流出，获得不同形状的型材与管材或零件。三，拉拔：材料两向受力，通过模具的模孔或型腔而成，获得所需形状尺寸的型材、毛坯或零件。四:冲压:冲压是利用冲模使材料发生分离或变形，从而获得零件的加工方法。五:压铸: 压铸是压力加工和铸造相结合的工艺，熔融金属以高速压射充填到金属型压铸模型腔内，在压力下凝固而形成铸件六:塑料成型: 塑料成型是在压力的作用下，将粉末状或粘流状的塑料在模具中成形，获得所需形状尺寸的塑料制品。四：模具的分类方法较多，主要如下：（一）按模具所加工材料的再结晶温度分1，冷变形模具,2，热变形模具,3，温变形模具（
4、二）按模具加工坯料的工作温度分1，热作模具；2，冷作模具；3，温作模具（三）按模具成形的材料分1，金属成形模具；2，非金属成形模具；（四）按模具的用途分： 可分为锻造模具、冲压模具、挤压模具、拉拔模具、压铸模具、塑料模具、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具、其他模具等。五：模具服役： 模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。六：模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或徽裂纹，但役有立即丧失服役能力的状态叫模具损伤。七：模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时叫模具失效。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。八：模具正常寿命(s)： 模
5、具正常失效前，生产出的台格产品的数曰，称模具正常寿命，简称横具寿命s,模具首次修复前生产出的合格产品的数目，称首次寿命s，模具一次修复后到下一次咎复前所生产出的台格产品的数目，称修模寿命S2，模具寿命是首次寿命与各次修模寿命的总和。模具的失效可分为非正常失效（早期失效）和正常失效。图2-3是电子定子硅钢片冲模采用不同模具材料时产品成本与批量之间的关系，硬质台金冲模寿命可达4000万件，但模具难制造，费用高；T12冲模寿命约为20万件左右，模具较易制造，费用低，Cr12MoV介于两者之间。因此，在满足产品质量的前提下，为了使产品成本最低，应根据批量选用不同的模具材料及其制造工艺。九：磨损失效：由
6、于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象叫磨损。磨具在服役时，与形成坯料接触，产生相对运动，造成磨损。当这磨损使磨具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继续服役时，叫失效。十：失效形式：1，磨损2，断裂3，塑性变形十一：按磨损机理可分为：1，磨粒磨损：外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮檫模具表面，引起模具表面材料脱落的现象叫磨粒磨损。2，粘着磨损：工件与磨具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，是模具表面材料转移到工件上或脱落的现象称为粘着磨损。3，疲劳磨损：两接触表面互相运动时，在循环应力的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象称为疲劳磨损。4，气蚀磨损和
7、冲蚀磨损：金属表面的气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面形成微小麻点和凹坑的现象叫气蚀磨损；液体和固体微小颗粒高速落到模具表面，反复冲击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现象叫冲蚀磨损。5，腐蚀磨损：在磨檫过程中，模具表面与周围介质发生化学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落的现象叫腐蚀磨损。十二：磨粒硬度Hm，与模具材料硬度Ho磨粒硬度H。与模具材料的硬度H。之间的相对值对磨损影响很大。当HmHo时，如图3-3中区，为严重磨损状态，此时磨损量较大，曲线趋平。十三：粘着磨损分类：1.轻微粘着磨损：由于这种磨损只发生在工具与模具的氧化膜内，又称为氧化磨损（1
8、）2.严重粘着磨损：涂抹（2）、擦伤（3）、胶合（4）十四：影响粘着磨损的影响：表面压力、材料性质、材料硬度十五：提高耐粘着磨损性能的措施：1.合理选用模具材料选与工件互溶性小的材料，可赋小亲舍力，降低粘结的可能性2合理选用润滑剂和播加剂润滑油膜可以防止金属表面点接接触，成倍地提高抗牯着磨损的能力。3采用表面处理采用多种表面热姓理方法，改变摩擦表面的互溶性质和表屡金属的组织结构，避免同类金属相互摩擦能降低粘着磨损。十六：疲劳磨损的机理：线、面接触的摩擦副中，在承受力和相对运动的情况下，表面及亚表面不仅有多变的接触压力且还有切应力，这些外力反复作用一定周狄后，表面就会产生局部的塑性变形和加工硬化
9、。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂纹扩展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。十七：模具疲劳磨损的外载有机械载荷、热载荷。因此可分为机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。十八：影响疲劳磨损的因素：材质、硬度、表面粗糙度十九：提高耐疲劳磨损性能的措辞：1， 合理选择润滑剂；2，进行表面强化处理。二十：提高抗气蚀磨损和冲蚀磨损的措施：气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的种派生形式，在注塑模具与压铸模具中易出现。一般来讲，若材料具有较好的抗疲劳性和抗腐蚀性，又有较高的强度和韧性，则抗气蚀和冲蚀磨损的性能就好。工艺上，降低流体对模具表面的冲击速度，避免涡流，消除
10、产生气蚀的条件，也能有效地减少气蚀和冲蚀磨损。二十一：氧化磨损的速度与氧化膜的性质有关。若氧化物密度与原金属差不多，则氧化膜能牢固的覆盖在金属表面上，磨损小；若氧化物密度比原金属密度大，则氧化膜中易出现拉应力；使膜破裂或出现多孔疏松的膜；若氧化物的密度小于原金属的密度，则随着氧化膜的生长，膜的体积不断膨胀，在膜内形成平行于表面的压应力和垂直于表面使膜脱离表而的拉应力，膜愈厚，则内应力愈大，会使表面氧化膜形成裂纹或从表面脱落。如果氧化膜与金属基体膨胀系数不同，当表面温度发生变化时，也会因产生内应力而脱落。二十二：磨损的交互作用在模具与工件（或坯料）相对运动中，摩擦磨损情况稂复杂，磨损一般不只是以
11、一种形式存在，往往是多种形式并存，并相互促进。图3-12表示了模具磨损几种形式之间的关系。模具与工件表面产生粘着磨损后，部分材料脱落会形成磨粒，进而伴生磨粒磨损。磨粒磨损出现后，使得模具表面变得更粗糙，又造成进一步地粘着磨损。模具出现疲劳磨损后，同样出现磨损后的磨粒，造成磨粒磨损。磨粒磨损使得模具表面出现沟痕，粗化，这又加重了进一步的粘着磨损和疲劳磨损。模具出现腐蚀磨损后，随之而来的将会是磨粒磨损，进而伴生粘着磨损和疲劳磨损。二十三：断裂失效：模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分，丧失服役能力时，称为断裂失效。二十四：断裂分类及断裂形式：断裂对模具来说是最严重的实效形式，它是各种因素产生的裂纹
12、扩展的归宿。根据不同的出发点，断裂有如下几种分类：1.按断裂性质分：塑性断裂、脆性断裂2.按断裂路径分：沿晶断裂、穿晶断裂、混晶断裂3.按断裂机理分: 一次性断裂、疲劳断裂模具中材料多为中、高强度钢，断裂的性质多为脆性断裂。二十五：断裂的表现形式：模具断裂表现为局部掉块和整个模具断裂成几大块。二十六：一次性断裂：按裂纹扩展路径的走向，一次性脆性断裂可分为穿晶断裂和沿晶断裂两种类型。1.穿晶断裂：穿晶断裂是一种因拉应力作用而引起的解理断裂。所为解理断裂是指沿特定晶面的断裂。当模具材料韧性差，存在表面缺陷、承受高的冲击载荷时，易发生穿晶穿晶断裂。2.沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展而造成金属材料的催断，称
13、为沿晶断裂。一般来讲晶界键合力高于晶内，只有晶界被弱化是才会产生沿晶断裂。造成晶界弱化的基本原因有两方面，一方面是材料本身的原因，另一方面是环境介质或高温的促进作用。二十七：疲劳断裂：模具在循环载荷的作用下服役一段时间后引起的断裂称为疲劳断裂。二十八：断裂力学在模具失效分析中的作用：1.估计模具承载能力，在用探伤手段测得裂纹尺寸后，可根据材料性能求得相应的临界应力。通过对模具的应力分析，进一步求出模具能承受的最大外载。2.估计模具剩余寿命，利用裂纹扩展速率的表达方式，当知道裂纹尺寸后，可根据模具材料性能、受力情况，估计模具的剩余寿命。如在模具中发现了a。大小的裂纹，通过求得模具允许的裂纹长度，
14、当裂纹的平均扩展速率为，剩余寿命Ny3.指导修模工艺。二十九：影响断裂失效的主要因素： 模具的断裂是由裂纹萌生及裂纹扩展两个过程来实现的，能对这两个过程产生影响的因素，也就是影响断裂失效的因素。（一）模具表面形状：由于成形件结构与工艺的需要，模具零件存在截面突变凹槽、圆角半径及尖角。在这些部位，易产生应力集中，形成裂纹并导致断裂。因此，适当增大圆角半径，减小凹模深度及截面突变，能降低应力集中，减少断裂失效。（二）模具材料;模具材料的冶金质量及加工质量对断裂失效影响较大，具体反映在材料的断裂韧性上。模具材料的断裂韧性高，能有效防止裂纹的产生及降低裂纹的扩展速度，从而减少断裂失效。 三十：塑性变形
15、失效: 模具在使用过程中，发生了塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而不能修复再服役时，称塑性变形失效。三十一：塑性变形的失效形式表现为：塌陷、弯曲镦租等三十四：多种失效形式的交互作用1.模具对断裂及塑性变形的促进作用：磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨损形成裂纹在有利于其向纵深发展的应力作用下，就会造成断裂。模具局部磨损后，会带来承载能力下降以及易受偏载，造成另一部分承受过大而产生塑性变形。2.塑性变形对磨损和断裂的促进作用：局部塑性变形后，改变了模具零件间正常的配合关系。如塑性变形后，模具间隙不均匀，间隙变小，必然不均匀磨损，磨损速度加快，进而促进磨损失效；另一方面，塑性变形，塑性变形后，模具
16、间隙不均匀，承力面变小，会带来附加的偏心载荷以及局部应力过大，造成应力集中，并由此产生裂纹，促进断裂失效。三十五：温度对材料强度有影响，同时也影响模具与工件的接触面的情况。在成形高温工件时，模具因接受热量面升温，随着温度的上升，模具的强度下降，易产生塑性变形，图4-10表明5CrNiMo的力学性能与温度的关系同时，模具同工件接触的表面与非接触表面淀度差很大，在模具中造成温度应力；再之，成形过程中，工件与模具是间断接触的，造成连续不断的热冲击，易萌生裂纹，造成疲劳磨损及断裂。在高温下，模具与工件表面原子活性增加，增加相互粘结、发生粘着磨损的可能，也加速氧化磨损。因此，坯料温度愈高，模具材料强度下
17、降越厉害，温度应力及热冲击愈大，模具寿命愈低。三十六：模具材料的基本性能: 模具材料的基本性能包括使用性能和工艺性能。（一）使用性能1强度：(1)屈服强度;材料抗塑性变形的能力称为屈服强度。(2)断裂强度:材料抗断裂破坏的能力称为断裂强度。(3)裂纹临界应力强度因子:材料抗裂纹扩展的能力称为裂纹临界应力强度因子。2冲击韧度；材料承受冲击载荷或冲击能量的能力称为冲击韧度。3酎磨性;材料抗磨损的能力称为耐磨性。4耐蚀性；材料抗周围介质腐蚀的能力称为耐蚀性。5硬度:材料抗外部物体压人舶能力称为硬度。6热稳定性:材料在高温下，保持其组织、性能稳定的能力称为热稳定性。7耐热疲劳性:高温下，材料承受应力频
18、繁变化的能力称为耐热疲劳性。（二）工艺性能1锻造工艺性能:材料对锻造工艺的适应性称为锻造工艺性能。2.切削加工艺性能：材料切削加工的难易程度称为切削加工工艺性能。3.热处理工艺性能：材料在热处理时，获得所需组织、性能和形状尺寸的难易程度称为热处理性能。4.淬透性材料在一定条件下进行淬火，获得淬透层深度的能力称为淬透性。淬透性是热处理工艺性能的一种。三十七：模具的工作条件与使用性能：1，室温冲击力较小工况：室温冲击力较小工况下，模具材料的高温性能无意义，另外，由于冲击力较小，模具材料的韧性要求远没有对强度和耐磨性能要求高，这类模具的强度越高，硬度越高，耐磨性越好，寿命越高。2，室温冲击力较大工况
19、：在室温冲击力较大工况下，模具材料的高温性能无意义，但模具需具有高的强度、耐磨性，并且有较好的韧性，这类模具有冷镦模、冷挤模。3，高温冲击力较小工况：在高温冲击力较小工况下，模具需要高温强度、高温耐磨性、耐冷热疲劳性、热硬度及热疲劳性，同时，应具有冲击韧性，这类模具具有压力机锻模。4，高温冲击力较大工况：在高温冲击力较大工况下，模具需要具有高的高温韧性，同时。应具有合适的高温强度、热硬性及耐热疲劳性，这种模具有锤锻模、高速锻模。三十八：锻造的意义：模具用钢多为高碳、高合金钢，不同程度的存在成分偏析、组织偏析、碳化物粗大不均、晶粒粗大等缺陷，使得钢材的性能差，同时，所用原材料的形状与尺寸也可能与
20、模块要求不符，通过般造是获得所需要的模块的内部组织和使用性能“及近似形状尼寸必不可少的手段。三十九：模块毛坯锻造时所用的基本工序：1，镦粗：使坯料高度减小而横截面增大的工序称为镦粗；2，拔长：使坯料横截面减小、长度增加的工序称为拔长；3，冲孔；4扩孔：减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径锻造工序称为扩孔。四十：模具材料分类：模具材料按模具类别的不同可分为：冷作模具材料、热作模具材料、塑性材料模具材料、其他模具材料。按材料的类别，可分为钢铁材料、非铁金属材料、非金属材料。四十一：模具材料一般性能要求：1，使用性能要求：硬度和耐磨性、强度和韧性、抗热性能、抗粘着性。2，工艺性能要求：热加工工艺性能、冷
21、加工工艺性能、热处理工艺性能。四十二：模具选材的一般原则：使用性能足够、工艺性能良好、供应上能保证、经济性合理。四十三：各类冷作模的特点：(一) 冲裁模：它是带有刃口、工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获得一定形状、尺寸工件的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。工作条件：主要承受冲击力、剪切力。而模具的刃部可看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），并产生强烈摩擦。失效形式:主要为磨损、崩刃失效。性能要求:要求商的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强度和高的断裂抗力。（二）拉拔模及成形模：它是将板材或棒材进行延伸或压迫使之成为一定尺寸形状产品的模具。包括拉深模、胀形模、弯曲模
22、、拉丝模和拔管模等。工作条件：工作时物料受拉应力延伸变形。例如在拉拔时二向受压，一向受拉，变形大，相对位移大。模具在工作时，凹横受径向张力和摩擦力，凸模受到压力以及摩擦力，摩擦力十分强烈。总的说，模具承受的力不算太大。失效形式:模具因严重磨损而失效，因表面产生沟槽而报废，还产生咬合、擦伤、变形等失效。性能要求:对拉拔横，要求很高耐磨性，高的硬度（比成形模、冲裁模更高）好的抗咬台性。对成形模陈要求以上拉拨模这些性能外，还要求一定强韧性。（三）冷镦模:它是在冲击力作用下将棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模具。工作条件:工作时，物料受强烈镦击。在室温状态下，塑变抗力大，冷镦多在高速冷镦机上进行，工作条
23、件繁重，工作环境相当恶劣，冲头受巨大冲压力和摩擦力，凹模承受冲胀力及摩擦力，产生剧烈的摩擦。失效形式:主要是模具发生墩粗、局部变形及破裂。性能要求:要求足够的硬度，凸模（镦头）要求60-f32HRC，凹模要求58-60HRC并要求模具型面有适当的硬化深度(i 5mm)和硬度分布，心部有足够的强度和韧性。相对其他冷作模，它要求适当提高韧性，可采取一定措施达到。例如表层选取适当硬度和硬化层深度，既不能太高过探，否则易碎裂崩块，也不能硬度不足、深度过浅，否则容易磨损、变形、拉毛、粘模而使工件精度下降。（四）冷挤模：使金属在强大的均匀的近于静挤压力作用下产生塑性流动而成形产品的模具。工作条件：工作时，
24、物料承受强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的流动，变形位移大。模具承受强大的挤压力（反作用力），同时还有很大的摩擦力产生。当挤压有色金属时，挤压力达到1000MPa，当挤压钢材时，一般正挤压力达2000- 2500MPa，而反挤压力达3000-3250Mpa。在挤压时，由于摩擦功和变形功转化为热能，因此挤压的热效应高，由此而使模具表面产生的局部温升可大于400。失效形式：冷挤模主要会产生变形、磨损、冲头折断（匿偏心弯曲）等失效。性能要求：根据以上分析，要求模具有高的强度和硬度，井有一定的韧性，以肪冲击折断。一般凸模硬度要求在60-64HRC凹模在58-62HRC。当韧性要求较高时，硬度可降为5
25、4-58HRC。由于工作时产生较大的温升，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性，这一点对温挤压横尤为重要。四十四：冷作碳素模具钢盐炉热处理工艺过程，见图5 1。碳素摸具钢多采用等温球化遇火的方法，可获得细小均匀分布碳化物，以提高强度、耐磨性和韧性，并减少淬火变形和开裂。为了进一步减少热处理柏变形和降低糖加工的表面椒糙度值，模具可在粗加工以后糟加工之前进行预词质处理。由于预调质可获得回火索氏体，比窖比球状珠光体大，可减少最终淬火后比容差，降低组织应力；同时提高丁材料屈服强度，淬火后又获得细针马氏体，增加了塑性变形抗力回火索氏体又具有好的加工性能。如果不必要进行预调质处理，最好在Ac1已下进行消除
26、应力退火。最终淬火一般采用分级加热的方法，H减少变形开裂和高温保温时间，这样也可使氧化脱碳减少。淬火冷却一般采用分f -等温工艺，可减少变形，获得良好性能，但淬透性差。采用160-180碱浴分级淬火可获得较高硬度(56-62HRC)，只是淬硬层较薄，特别适合制造不需磨刃的戒形模具，或要求表面硬、中心有一定强度的高韧性模具，如塑料压制模、冷镦模和冷挤压模。四十六：表面强化处理按其目的和作用可分为两大类型：1，表层化学成分和组织结构改变型，以提高表面的力学性能和物化性能，如；渗碳、渗氮、硫碳共渗、渗铬，渗硼、碳氮硼三元共渗。2，表层物质保护型，以保护基体并有美观作用，提高模具表面的物化性能。如：渗
27、氮、渗硫、磷化、堆焊、镀硬铬、超硬化台物沉积，电火花表面强化。这两类中所有强化方法的共同目的是提高模具表面的硬度和耐磨性，其次是提高抗腐蚀性和耐热性能。表面强化处理按其处理程度范围，可分为低温、中温和高温处理三大类。镀铬、发黑、低温电解涪硫等届低温处理，温度小于30。C渗氮、氯碳共渗，发蓝等属中温处理，处理温度在450-600C之间；渗铬、渗硼、渗碳、碳氮共涪、碳氰硼三元共棼、铬铝硅三元菇涪、CVD和PVD处理、TD处理、电火花表面强化、堆焊等属高温处理，处理温度大于750C。表面强化处理按其原理，可分为化学热处理、表面辣覆处理和表面加工强化处理。渗碳、渗氮、渗铬和渗硼以及多元共渗属化学热处理
28、；堆焊、镀硬铬、超硬化合物涂层属表面涂覆处理；喷丸属表面加工强化处理。四十七：目前使用的渗硼方法有:1.粉末法：优点：固体渗硼，可以不用特殊设备，较为简便，它适于处理大型模具。固体渗硼的缺点是：缺点：渗硼速度较慢；碳化硼、硼铁粉等价格昂贵；热扩散时间较长且温度高；渗层浅等。2.熔盐法：熔盐法谤硼的优点是：可通过调整渗硼盐浴的配比，来控制渗硼层的组织结构、深度和硬度；渗层与基体结合较牢；模具表面粗糙度不受影响；工艺温度较低；渗硼速度较固体法快；设备和操作简便。此法的缺点是：盐浴流动性较差，模具表面残盐的清洗较困难。3.电解熔盐法: 此法的优点是溶硼速度快，并可通过调节电参数控翩渗硼厚度。但这种盐浴粘稠性大，工件清洗困难，还会使工件色泽变暗。4.气体渗硼法: 气体渗础法的优点是渗层均匀；渗硼温度范围较宽，渗硼后工件表面清洗方便。但由于二硼烷不稳定并有爆炸性，而三氯化硼容易水解，此法尚待进一步完善。 氮碳共渗能提高工件的耐磨性、抗胶台、抗擦伤、抗疲劳和耐腐蚀等性能，而且它还具有不受钢种限制和处理温度低、时间短、变形小等特点。目前已普遍用于模具、量具、刃具和其他耐磨工件的最后热处理，井获得良好的效果。因此，氮碳共渗是提高模具使用寿命的一种有效工艺。四十八：氮碳共渗的方法主要有两种：液体氮碳共渗和气体氮碳共渗。
