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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
•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。
• （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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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理源自区，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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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
•
② 材料性质
•
脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料形成的粘
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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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• （三）影响粘着磨损的因素
• ③ 材料硬度
•
模具材料硬度越大，磨损越小；反之，磨损
越大。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
•五、气蚀磨损和冲蚀磨损
•（二）冲蚀磨损 • 定义：液体或固体微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。 • 当小液滴速度特别高，高于100m/s 时，产生的冲 击应力会超过材料的屈服强度，造成局部材料断裂。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• 二、磨粒磨损
• (一) 磨粒磨损的机 理
• （图3-1、图3-2）
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模具的失效及使用寿命
• 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
• （二）粘着磨损的分类 • •涂抹：粘结点强度介于模具和工件的强度之间时
发生。接点的剪切损坏发生在离粘着面不远的较 软金属的浅层内，使较软金属粘附并涂抹在较硬 金属表面上。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• （二）粘着磨损的分类 • •擦伤：粘结点强度高于模具和工件的强度时发生。接
和加工硬化。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。
•
模具疲劳磨损有机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• 四、疲劳磨损
• （二) 影响疲劳磨损的因素 ① 材质：钢材的冶金质量，如：夹杂物类型、大小、
•正常失效是指模具经大批量生产使用，因缓慢塑性变形 或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役。
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模具的失效及使用寿命
• 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、
• (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。
• •
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③ 采用表面处理 通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、
着结点的破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一定的深
度处，磨屑较大。而脆性材料粘结点的破坏主要是剥落，
损伤深度较浅，同时磨屑容易脱落，不堆积在表面上。
•
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；
•
互溶性大的材料(包括相同金属或相同晶格类型的
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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模具的失效及使用寿命
• 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；
•
T1与T2之间为严重磨损
模具的失效及使用寿命
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2020/11/20
模具的失效及使用寿命
• 第二章 模具寿命及其对工业生产的影响
•模具失效的基本概念
• • 模具服役：模具安装调试好后，正常生产合格产品 的过程。
• 模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微 裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态。 •
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• 四、疲劳磨损
• (三) 提高耐疲劳磨损的措施
① 合理选择润滑剂
②
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
④
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。
露，造成工件与模具材料纯金属接触，分子间互相吸
引、渗透、粘着，使这些突起处联接起来。随着相对
运动的进行和接触部分的温度急剧下降，突起处相当
于进行了一次局部淬火，使粘着部分材料强度增加，
形成淬火裂纹，最后造成撕裂和剥落。图3-5为粘着
磨损过程。
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为 硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起 到减磨作用也减小粘着磨损。
模具的失效及使用寿命
• 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。
• 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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模具的失效及使用寿命
• 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）
点剪切损坏主要发生在较软金属的浅层内，有时硬金属 表面也有擦痕。转移到硬表面上的粘结物又擦削较软表 面。如铜与钢摩擦时，剪切大多发生在铜表层内，但钢 表面也残留少量的小坑；
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模具的失效及使用寿命
• 模具失效形式及机理
• （二）粘着磨损的分类 • •胶合（咬死）：粘结点强度远远高于模具和工件的强
•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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模具的失效及使用寿命
• 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。
•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。
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模具的失效及使用寿命
• 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
• 要特征是磨损产物 多为片状或小颗粒。
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模具的失效及使用寿命
• 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
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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