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第三章模具失效形式及机理

•腐蚀磨损,它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻 点,但麻点比较光滑。磨损物为薄的碎片或粉末。典型工 件如汽缸与活塞、船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。
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• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•(一)腐蚀磨损的机制(两个阶段) • • 第一阶段:在摩擦过程中,模具表面与周围介质发生 化学或电化学反应,形成反应物; • 第二阶段:表面反应物在随后的摩擦过程中被磨掉。 • 反应物被磨掉后,新鲜表面暴露出来,重新与周围 介质发生化学或电化学反应,重复第一阶段。
• (二)粘着磨损的分类 •

根据磨损程度,分为:轻微粘着磨损(氧化磨
损)和严重粘着磨损(涂抹、擦伤、胶合)。图3-6。
•轻微粘着磨损(氧化磨损):粘结点强度低于模具和 工件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着 面上,表面材料的转移十分轻微。
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• 第三章 模具失效形式及机理
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② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点
的断 裂常发生在离表面较深处,磨损下来的颗粒较 大;而脆性材料接点破坏处离表面较浅,磨屑呈细片 状。
密排六方结构的金属材料粘着倾向小,面心 立方点阵的金属粘着倾向明显大于其他点阵的金属;
多相的金属比单相的金属粘着倾向小;
• 主要特征是磨损产物 多为片状或小颗粒。
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• 第三章 模具失效形式及机理
• (一)粘着磨损的机理

模具与工件表面的实际接触面积只有名义上
的 0.01-0.1%,只有少数微观凸起处接触,压力很大,
引起塑性变形,加上表面因摩擦而温度升高,局部金
属软化或熔化,使表层的氧化膜破裂,使新鲜材料暴
度时发生。 摩擦副之间粘着面积较大,不能作相对运动 •称咬死。剪切发生在模具或工件较深的地方。
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• 第三章 模具失效形式及机理
• (三)影响粘着磨损的因素
① 表面压力

T1(接触压应力小于材
料硬度的1/3),磨损主要
是通过氧化碎屑的脱落而产
生的,属于轻微氧化磨损区;
• ③ 采用表面处理

采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构,避
免同类金属表面接触。
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• 第三章 模具失效形式及机理
•四、疲劳磨损
• 疲劳磨损的定义:工件与模具表面相对运动时,在 循环应力(机械应力与热应力)的作用下,使模具表层 金属材料疲劳脱落的现象。
•接触疲劳磨损,主要特征为磨损表面有裂纹、小坑 等,磨损产物为块状或饼状。
形貌、分布。特别是脆性、带棱角的非金属夹杂物。 ② 硬度:图3-8。一般情况下,材料抗疲劳磨损能力随
表面硬度的增加而增强,而表面硬度一旦越过一定 值,则情况相反。 ③ 表面粗糙度:表面粗糙度低,接触面积大,接触应 力小,提高抗疲劳磨损能力。
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• 第三章 模具失效形式及机理
互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格
类型的金属)所组成的摩擦副粘着倾向大;互溶性小
的材料(异种金属或晶格结构不相近的金属)组成的摩
擦副粘着倾向小。
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• 第三章 模具失效形式及机理
• (三)影响粘着磨损的因素
• ③ 材料硬度

模具材料和工件材料的硬度相差越大,磨损
越小;反之,磨损越大。
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• 第三章 模具失效形式及机理
•一、磨损分类
• 根据模具的成形坯料、使用状况,其磨损机理可以 分为:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨 损、腐蚀磨损。
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• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损

磨粒磨损的定义: 在
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• 第三章 模具失效形式及机理
• 四、疲劳磨损
• (一) 疲劳磨损的机理

在承受力和相对运动的情况下,模具表面及亚
表面不仅有多变的接触应力而且还有切应力,这些外力
反复作用一定周次后,模具表面就会产生局部塑性变形
和加工硬化。在某些组织不均匀处,由于应力集中,形
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• 第三章 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•(一)气蚀磨损 • 定义:模具表面的气泡破裂,产生瞬间的冲击和高 温,使模具表面形成微小的麻点和凹坑的现象叫气蚀磨 损。 •
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• 第三章 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
对比值
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• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (三) 提高耐磨粒磨损的措施 ① 提高模具材料的硬度 ② 进行表面耐磨处理 ③ 采用防护措施
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• 第三章 模具失效形式及机理
•三、粘着磨损 • 粘着磨损的定义:工件与模具表面相对运动时,由 于表面凹凸不平,粘着的结点发生剪切断裂,使模具表 面的材料转移到工件上或脱落的现象。

T1与T2之间为严重磨损
区,磨屑尺寸增大,加厚,
且多为金属屑;

当载荷继续增大超过T2
后,表面内摩擦增大而温度
很高,可能发生相变,并形
成白层,形成不易破碎的氧 化膜,因而耐磨。
•载荷对碳钢表面磨损量的影响
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• 第三章 模具失效形式及机理
• (三)影响粘着磨损的因素
• 四、疲劳磨损
• (三) 提高耐疲劳磨损的措施
① 合理选择润滑剂

润滑剂可避免模具与工件表面直接接触,并均
化接触应力,缓冲冲击。润滑剂粘度越高越好,固体润
滑剂比液体润滑剂好。
③ ② 进行表面强化处理

采用喷丸、滚压等强化方法,使模具工作表面
金属受压缩产生塑性变形,并产生宏观压缩应力,有利
于提高抗疲劳磨损的能力。
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2020/12/7
第三章模具失效形式及机理
• 第三章 模具失效形式及机理

模具因类型不同、生产的产品不同,失效的形式也
不同。如:锻模失效主要因为尺寸不符合要求或锻模破
裂;塑料模具常常因表面光洁度不够而失效。

综合来讲,模具失效形式主要有三类:磨损、断裂、
塑性变形。
•垂直分力使硬质点压入材料表面;
•水平分力使硬质点与表面之间产 生相对位移,硬质点与材料相互作 用的结果,使被磨损表面产生犁皱 或切屑,形成磨损或在表面留下沟 槽。
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• 第三章 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (二) 影响磨粒磨损的因 素
① 磨粒大小与形状 ② 磨粒硬度和模具材料硬度 ③ 模具与工件表面压力 ④ 磨粒尺寸与工件厚度的相
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• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
• 腐蚀磨损常发生在高温或潮湿的环境中,尤其在有酸、 碱、盐等特殊条件下最易发生。 • 模具常见的腐蚀磨损形式有:氧化腐蚀磨损、特殊 介质腐蚀磨损。
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• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•(二)氧化腐蚀磨损
• 在摩擦过程中,由于金属表层凸峰的塑性变形,促使 原有的氧化膜破裂,新的材料暴露后又与氧结合形成脆而 硬的氧化膜。由于氧化膜不断生成与剥落造成的磨损称为 氧化磨损。
• 模具服役时一般都会出现氧化磨损。
• 一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着,氧化磨损 一般要比粘着磨损缓慢,因而可以说氧化磨损能起到保护 摩擦副的作用。
• 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,材料的抗气蚀磨损和冲蚀磨损性能就好。
• 工艺上,降低流体对模具表面的冲击速度,避免涡流, 消除产生气蚀的条件,可有效减少气蚀和冲蚀磨损。
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• 第三章 模具失效形式及机理
•六、腐蚀磨损
•定义:在摩擦过程中,模具表面与周围介质发生化学或电 化学反应,再加上机械摩擦作用,引起表层材料脱落的现 象叫腐蚀磨损。(腐蚀+磨损)
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•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•(三)提高抗气蚀磨损和冲蚀磨损的措施
• 气蚀磨损和冲蚀磨损都称为侵蚀磨损。它们都可以看 成疲劳磨损的派生形式。因为就本质上来说,都是由于机 械力造成的表面疲劳破坏,但液体的化学和电化学作用加 速了它们的破坏速度。在注塑模具和压铸模具中易出现。
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• (四) 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,减小亲合力,降低
粘结的可能性。
• ② 合理选用润滑剂和添加剂

润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触,另一方
面可减小摩擦,成倍提高抗粘着磨损的能力。
工件和模具接触表面之间
存在外来硬质颗粒或者工
件表面的硬突出物,刮擦
模具表面,引起模具表面
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