模具类别 模具名称 冷冲裁模 冷作模具 冷拉伸模 冷镦模 冷挤压模 热锻模 热作模具 热挤压模 热切边模 热镦模 压铸模 模具类别 塑料模 玻璃模 有色金属压铸模 黑色金属压铸模 模具名称 热固性塑料压模 热塑性塑料注射模 ---常见失效模式 磨损、崩刃、断裂 磨损、咬合、划伤 脆断、开裂、磨损 挤裂、疲劳断裂、塑性变形、磨损 冷热疲劳、裂纹、磨损、塑性变形 断裂、磨损、塑性变形、开裂 磨损、崩刃 断裂、磨损、冷热疲劳、堆塌 热疲劳破坏、黏附、腐蚀 热疲劳破坏、塑性变形、腐蚀 常见失效模式 表面磨损、吸附、腐蚀、变形、断裂 塑性变形、断裂、磨损 热疲劳破坏、氧化
2.4.3、磨粒磨损 2.4.3.1、磨粒磨损类型 ①、双体型磨料磨损：较硬摩擦表面上的微凸体在较软摩擦表面上进行犁削。 ②、三体型磨料磨损：由比摩擦表面更为坚硬的颗粒引起的磨料磨损，该颗 粒可以由外面进入，也可由自身粘着、剥落、氧化或其他化学和磨损过程所生成 的。 2.4.3.2、磨粒磨损机理
W∝
基体组织：自铁素体逐步转变为 P、B、M 时，耐磨性逐渐增加，相同硬度下，等温 转变的下 B 要比回火 M 耐磨性好得多。 残 余 A 较多且应力较低时， 耐磨性一般较差。 但应力增加时， 能够发生 A 残→M 转变 （或 加工硬化） ，从而导致耐磨性提高。
第二相（碳化物） ：在较软基体上增加碳化 物数量、减少尺寸、增加弥散度，均能改善 耐磨性
2.4.5.2、接触疲劳的类型和损伤过程
序号
类型 麻点剥 落
定义 通常把深度在 0.1 ～ 0.2mm 以 下的小块剥落叫 做麻点剥落（点 蚀）
原因 裂纹中的闭油压作用 理论——接触疲劳裂 纹从表面向深处扩 展。
措施 A、提高机件表面的塑性变形抗力，如采用表 面淬火，化学热处理工艺等。 B、提高表面光洁度，以减小摩擦力和表面堆 叠概率。 C、提高润滑油的黏度，降低油楔的作用。 A、提高材料的纯净程度，减少夹杂物数量。 B、提高材料的塑性变形抗力，进行整体强化 或表面强化，使 0.786b 处的切变强度尽量提 高。一般认为最大切应力/材料切变强度<0.55 时，即可防产生情 况：在过渡区产生塑 性变形；在过渡区产 生疲劳裂纹；行程大 块剥落。
A、提高机件心部强度。
B、提高硬化层深度。
2.4.5.3、影响接触疲劳抗力的因素
影响接触疲劳抗力的因素
材料的冶金质量：钢中的夹杂物越少，接触疲劳寿命越高
表面光洁度与接触精度：表面光洁度与接触精度越高，接 触疲劳寿命越高
1
3
4
序号 5
6
按失效 的关联 性划分
关联失效 非关联失效
在解释试验结果或计算可靠性特征数值时必须计入的失效 在解释试验结果或计算可靠性特征数值时不应计入的失效
2.1.2、失效分析 失效分析是指分析失效原因，研究和采取补救措施和预防措施的技术与管理 活动，再反馈于生产，因而是质量管理的一个重要环节。 2.2、模具的服役条件与模具失效分析 2.2.1、模具的服役条件 一般情况下，模具的服役条件与安装模具的机床类型、吨位、精度、行程次 数、生产效率和被加工零件的大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条件、 锻造成型温度、冷却及润滑条件等有关，因而不同模具的服役条件也有很大的差 别。 2.2.2、模具失效分析 模具失效是指模具受到损坏，丧失了正常工作能力，不能通过修复而继续服 役。 2.3、模具失效形式及失效机理
2.4、磨损失效 2.4.1、磨损的三个阶段
模具成型坯料不同，使用状况不同，其磨损情况也不同，但按照磨损的破坏 机理可分为：粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、剥层磨损、气蚀和冲 蚀磨损等。耐磨性是材料抗磨损的一个性能指标，可用磨损量来表示，磨损量越 小，耐磨性越好。磨损量既可用试样表层的磨损厚度来表示，也可用试样体积或 重量的减少来表示。 2.4.2、粘着磨损 粘着是由于固相熔焊（Solid phase welding）使接触表面的材料由一个表面转 移到另一个表面上去，所以粘着磨损（Adhesive wear）的本质是材料的移动。 2.4.2.1、影响粘着磨损的因素
2.4.2.2、提高抗粘着磨损的措施
提高抗粘着磨损的措施
降低磨损件的表面粗糙度将增加 抗粘着磨损能力 选择与工件材料互溶性小的模具 材料可以降低粘着磨损倾向
采用合适的润滑油进行润滑，可 以防止金属表面直接接触，可大 幅度的提高抗粘着磨损能力
采用多种表面处理方法，可以改 变金属摩擦表面的互溶性质和 表层金属的组织结构，从而避免 同类金属的相互摩擦，可降低粘 着磨损倾向
其他磨损 接触方式 应力 润滑状态下 运动方式 主要特征 低副（面）接触 弥散或连续作用 发生磨损时很难有完好的油膜存 在 滑动为主 以接触表面间材料转移，犁削和 腐蚀为主要特征 表面接触疲劳磨损 高副（点线）接触 集中或循环作用 可能通过油膜传递循环应力而导致疲 劳发生 滚/滑动为主 以裂纹的萌生和发展以及表面材料的 剥落为主
4.相组织结构： 多相金属比单相金属粘着磨损 倾向小。
5.摩擦元素在周期表中的位置： 周期表中的 B 族元素与铁不相溶或形成化合物，粘着磨损 倾向小，而铁与 A 族元素组成的摩擦偶件粘 着磨损倾向大。
接触压力和滑动速度的影响 在滑动速度一定时，粘着磨损量随接触压力增大而增加。随 着表面压力的增大，磨损形式由氧化磨损转变为严重磨损，再转 化为氧化磨损。 接触压力一定的情况下，当滑动速度较低时，粘着磨损量随 着滑动速度的增加而增加，但达到某一极大值后，又随滑动速度 的增加而减小。 除上述影响因素外，摩擦偶件的表面粗糙度、摩擦表面的温 度以及润滑状态也对粘着磨损有着较大的影响。 单纯的粘着磨损是不存在的，总是伴随着氧化磨损及其他形 式的磨损。
pltanθ
HV
磨损量与接触压力、摩擦距离成正比，与材料硬度成反比。 2.4.3.3、影响磨粒磨损的因素
影响磨粒磨损的因素
材料硬度的影响
纯金属（及未经热处理钢） ：耐磨性与其自 然硬度成正比
经过热处理的钢在一般情况下，硬度越高， 耐磨性也越好
钢中的碳及碳化物形成元素含量越高，耐磨 性越好
显微组织的影响
1
浅层剥 落
2
剥落深度一般为 交变切应力作用理论 0.2～0.4mm，它 ——接触疲劳裂纹从 和τ zx 的最大值 亚表层向表面扩张。 所在深度 0.786b 相当，剥落坑底 部大致和表面平 行而其侧面的一 侧与表面约成 45°角，另一侧 垂直于表面。
硬化层 剥落 3
剥落块厚度大约 等于硬化层的深 度，其底部平行 于表面，侧面垂 直于表面。
模具材料及表面强化技术
何柏林 主编 化学工业出版社
第一篇 模具材料及热处理
1、绪论 1.1、模具生产的发展趋势 1.1.1、发展精密、高效、长寿命模具 精密注塑模使用刚度大的模架，增厚模板，加支撑柱或锥形定位元件以防止 模具受压后产生变形。其顶出装置是影响制品变形和尺寸精度的重要因素，精密 注塑模要选择最佳顶出点，以使各处脱模均匀，难脱模处用锥管或方销。流道、 型腔、型芯应选择耐磨易抛光的材料。高精度模具在结构上多数采用拼嵌或全拼 结构，这对模具零部件加工精度、互换性的要求均大为提高。高效模具主要是提 高成型机床一次行程生产的制品数量。为此，大量采用多工位级进模和多排多工 位进模。长寿命模具对于高效率生产是必要的。 1.1.2、模具制造的基本要求和特点 1.1.2.1、基本要求 四点：a.制造精度高；b.使用寿命长；c.制造周期短；d.模具成本低。 1.1.2.2、特点 ①.制作质量要求高： 一般来说， 模具工作部分的制造公差都应控制在± 0.01mm 以内，模具加工后的表面不仅不允许有任何缺陷，且其工作部分的表面粗糙度都 要求小于 0.8μm。 ②.形状复杂：模具的工作部分一般是二维或三维的复杂曲面。 ③.材料硬度高：一般都用淬火工具钢或硬质合金钢等材料。 ④.单件生产。
序号 归类 失效名称 误用失效 本质失效 按失效 原因划 分 早期失效 偶然失效 (随机失效) 损耗失效 2 按失效 程度划 分 按失效 时间划 分 按失效 后果的 严重程 度划分 归类 按失效 的独立 性划分 完全失效 部分失效 突然失效 渐变失效 致命失效 严重失效 轻度失效 失效名称 独立失效 从属失效 失效定义 未按规定条件使用产品引起 由于产品本身固有的弱点引起 由于产品在设计、 制造或检验方面的缺陷等引起的失效， 一 般来说，早期失效可通过强化试验找出失效原因并加以排 除。 产品因为偶然因素而发生失效， 通常是产品完全丧失规定功 能。 产品由于磨损、疲劳、老化、损耗等原因引起 完全丧失规定功能的失效 产品的性能偏离某种规定的界限， 但尚未完全丧失规定功能 的失效。 通过事先的检测或监控不能预测到的失效 通过事先的检测或监控可以预料到的失效， 产品的规定功能 是逐渐减退的，但该过程的开始时间不明显。 导致重大损失的失效 导致复杂产品完成规定功能的能力降低的产品组成单元的 失效。 不致引起复杂产品完成规定功能的能力降低的产品组成单 元的失效。 失效定义 不是因为其他产品的失效而引起的本产品失效 是因为其他产品的失效而引起的本产品失效
1.2、模具材料的发展趋势 ①.积极引进，开发新品种模具钢； ②.逐步完善模具材料系列，充分重视模具的正确选材； ③.建立先进的模具材料生产线， 完善的科研试制基地和情报中心， 形成研发、 生产、供货、使用一体化畅通渠道； ④.积极推广应用模具材料热处理新技术、新工艺及模具表面强化新技术、新 工艺。充分挖掘模具材料的潜力，提高模具的使用寿命。 2、模具的失效分析 2.1、失效分析 2.1.1、失效分类
④ 、 振动频率和振幅：在大气中振幅很小（0.012mm）时，材料的微动磨损不 受振动频率的影响；振幅较大时，随着振动频率的增加，微动磨损量有减 小的倾向。 ⑤ 、 温度：温度低时比温度高时的微动磨损严重。 2.4.5、接触疲劳磨损 .两个接触表面做滚动或滚滑复合摩擦时，在循环接触应力作用下，由表面材 料发生疲劳而产生的物质损失过程称为表面疲劳磨损，也称为接触疲劳磨损。 2.4.5.1、表面接触疲劳与其他磨损的区别