常见模具失效形式及机理.ppt

失效的分类 研究失效的目的不同，常用的分类方法有两种：按经济法观点分类和按失效的形式及失效机理分类 按失效的形式及失效机理分类 1、表面损伤失效 由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象称为磨损。 当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模具表面状态使其不能继续服役时，称为磨损失效。 (一) 磨粒磨损 磨料磨损形成机理 磨料磨损与其他磨损形式在形成机制方面有显著的不同，发生磨料磨损时，材料首先受磨料切削，并发生塑变和疲劳现象，形成切削，最终从表面除去。 (一) 磨粒磨损 （1）高应力凿削磨损：所谓高应力是指磨料在与工件接触时产生的应力已经超过了磨料本身的破断强度。在此情况下，磨粒接触处集中的压应力，使金属表面受到切削并产生塑性变形和疲劳以及硬质相的开裂而造成材料磨损。 （2）低应力划伤磨损：是指磨料本身的强度超过磨料与工件之间的接触应力，在磨损过程中磨料不发生破碎的情况。磨料一般沿工件表面平移，金属表面被划伤，但由于正向压力较低，划痕较浅。 小结 磨损是机械零件常见的一种失效形式，总是从零件表面开始发生。各种磨损的过程和机理不同，因此其预防措施也不同。 提高零件表面硬度，合理设计减小压应力，以及提高表面光洁度等对降低磨损都有利。 TITANIC:沉没与船体材料的质量直接有关 模具局部断裂示意图 整体断裂 断裂的分类及其特征 3 模具的过量变形失效 1.过量弹性变形失效 模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过模具匹配所允许的数值，使得成型的工件尺寸或成型精度不能满足要求而不能服役的现象。 2.塑性变形失效 由于发生塑性变形改变了几何形状或尺寸，而不能通过修复继续服役的现象。 模具刃口的损伤过程 ①初期磨损阶段(局部塑变) ②稳定磨损阶段（塑变强化） ③急剧磨损阶段（疲劳剥落） 1、锤锻模（锤锻模的工作条件）（1）模具的受力①冲击力②压力③内应力（2）模具的受热①锻前预热②与坯料接触的热③变形热和摩擦热（3）模具的冷却为减轻锤锻模热负荷，在工作间歇，对模具进行冷却。由于加热冷却作用，易于产生热疲劳。（4）型腔表面摩擦被锻金属坯料在模具型腔中热塑变流动，将对型腔表面产生摩擦作用。 1、锤锻模 基本失效形式： （1）型腔部分的模壁断裂 按断裂性质：脆性断裂和疲劳断裂。 脆性断裂：在很大冲击载荷下，在型腔部分受拉应力较大薄 弱处产生裂纹，从而断裂。 疲劳断裂：模具承受多次锻击后发生的断裂。 （2）型腔表面的热疲劳 热疲劳指热作模具在循环热应力的反复作用下所产生的热 疲劳裂纹或破坏的现象。 （3）型腔表面的磨损 （4）模具型腔的塑性变形 发生在模具型腔中受力大、受热温升高的部位。与坯料的变 形速度和变形抗力有关。 2、压力机锻模 压力机锻模 主要承受静压力和热应力，还受到氧化腐蚀。 失效形式：脆性断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、 磨损失效、模具型腔表面氧化腐蚀失效。 4、热冲裁模 热冲裁模 主要是用于冲切模锻件的飞边和连皮的模具，由凸模和凹模组成。 失效形式：刃口的热磨损失效、崩刃失效、卷边失效、断裂失效。 穿晶断裂原理 (一) 一次性断裂 1、穿晶断裂 因拉力作用而引起的解理断裂（沿特定晶面的断裂）。 ●位错反应理论 ●位错塞积理论 σ σ 塞积理论 (001) (101) σ σ σ σ c 体心立方晶体中位错反应示意图 注意：高温下解理裂纹不易形成； 低温下易形成解理裂纹。 2、沿晶断裂 裂纹沿晶界面扩展而造成金属材料的脆断。 ●杂质元素偏聚造成的沿晶断裂 ●晶界沿沉淀相造成的沿晶断裂 材料本身的沉淀相或杂质元素偏聚 晶界弱化 沿晶裂纹 环境介质或高温的促进作用 疲劳裂纹的萌生 (二) 疲劳断裂 疲劳断裂： 模具在循环载荷的作用下服役一段时间后所引起的断裂。 ●沿晶界萌生裂纹 ●表面不均匀变形萌生裂纹 ●沿夹杂物和第二相萌生微裂纹 在无外加机械应力的条件下，由于外部温度的涨落使零件内部产生循环应变，由此导致的裂纹和断裂叫做热疲劳失效。在热疲劳条件下，有两种方式可使零件产生循环应变： （1） 受热循环的零件因相邻零件的约数而不能自由的膨胀或收缩。 （2） 零件在壁厚或长度方向因快速加热或冷却而产生温度差，高温区的膨胀受低温区的约数，反之亦然。 疲劳裂纹扩展速率 疲劳裂纹扩展 ●裂纹扩展第二阶段 ●裂纹扩展第一阶段 滑移面的取向与拉应力轴呈45o角，扩展深度一般为几微米到100微米 A：经一个加载-卸载循环后裂纹向前扩展长度 C、m：材料常数 N：应力循环次数 ΔK：应力强度因子振幅 估计模具承载能力 (三) 断裂力学在模具失效分析中的作用 估计模具剩余寿命 利用探伤手段测得裂纹