第一篇：壓鑄模具失效形式以及如何提高壽命（共）

壓鑄鋁合金零件失效分析

摘要：本文結(jié)合工廠的壓鑄模具的實(shí)際失效情況，總結(jié)分析了壓鑄模的主要失效形式,系統(tǒng)地提出了分析壓鑄模具失效的方法和手段。從工程實(shí)用的角度提出了避免早期失效、提高模具壽命的方法。

壓鑄是一種節(jié)能、低價(jià)、高效的金屬成形方式。壓鑄件具有尺寸精度高，表面光潔，強(qiáng)度和硬度高的特點(diǎn)，一般不需要機(jī)械加工或稍經(jīng)加工便可使用，適合批量生產(chǎn)。但是在使用過(guò)程中，由于各種原因壓鑄模容易失效。

關(guān)鍵字:壓鑄模具 失效 提高壽命 1 壓鑄模具常見(jiàn)失效形式

下面結(jié)合工廠實(shí)際情況分析了壓鑄模具的失效形式和失效機(jī)理。

1.1熱裂

熱裂是模具最常見(jiàn)的失效形式，如圖1所示。熱裂紋通常形成于模具型腔表面或內(nèi)部熱應(yīng)力集中處，當(dāng)裂紋形成后，應(yīng)力重新分布，裂紋發(fā)展到一定長(zhǎng)度時(shí)，由于塑性應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)力松弛使裂紋停止擴(kuò)展。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋尖端附近出現(xiàn)一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開(kāi)始形成的主裂紋合并，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，最后裂紋間相互連接而導(dǎo)致模具失效。

1.2整體脆斷

整體脆斷是由于偶然的機(jī)械過(guò)載或熱過(guò)載導(dǎo)致模具災(zāi)難性斷裂。材料的塑韌性是與此現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的最重要的力學(xué)性能。材料中有嚴(yán)重缺陷或操作不當(dāng),會(huì)引起整體脆斷，如圖2所示。

1.3侵蝕或沖刷

這是由于機(jī)械和化學(xué)腐蝕綜合作用的結(jié)果,熔融鋁合金高速射入型腔,造成型腔表面的機(jī)械磨蝕。同時(shí),金屬鋁與模具材料生成脆性的鐵鋁化合物,成為熱裂紋新的萌生源。此外,鋁充填到裂紋之中與裂紋壁產(chǎn)生機(jī)械作用,并與熱應(yīng)力疊加,加劇裂紋尖端的拉應(yīng)力,從而加快了裂紋的擴(kuò)展。提高材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有利于增強(qiáng)材料的抗腐蝕能力。壓鑄模具常見(jiàn)失效分析方法

為了延長(zhǎng)模具的使用壽命,節(jié)約成本,提高生產(chǎn)效率,就必須研究模具的失效形式和導(dǎo)致模具失效的原因以及模具失效的內(nèi)部機(jī)理。由于壓鑄模具失效的原因比較復(fù)雜,要從模具的設(shè)計(jì)、材料選擇、工作狀態(tài)等很多方面來(lái)進(jìn)行分析。圖3為壓鑄模具常見(jiàn)失效分析圖。

圖 3 壓鑄模具常見(jiàn)失效分析方法

2.1裂紋的表面形狀及裂紋擴(kuò)展形貌分析

失效模具型腔表面主要是沖蝕坑，大小比較均勻，冒口所對(duì)部位有明顯的沖蝕坑外，表面明顯具有一定方向的劃痕，劃痕上分布有大小不等的鋁合金塊狀物。由于正對(duì)澆口部位直接受金屬液的沖刷，該部位具有明顯的沖刷犁溝，同時(shí)可觀察到劃痕間有裂紋。裂紋從裂紋源出發(fā)，并向西周擴(kuò)展。裂紋內(nèi)有大量的夾雜物，裂紋邊緣有二次裂紋。由于模具使用時(shí)間短，一般部位表面主要是沖蝕坑和焊合，而澆口所對(duì)部位主要為液態(tài)金屬?zèng)_刷形成的犁溝和熱疲勞裂紋。

由于高溫液態(tài)金屬的沖刷，模具型腔表面首先沖擊坑及犁溝，模具的表面變得凸凹不平，造成局部應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，這些部位是裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)部位。另外，分布在模具型腔表面的夾雜物，如氧化物、硫化物等，在熱循環(huán)過(guò)程中與基體脫離，直接成為熱疲勞裂紋。一方面夾雜物同集體的彈性模量不同，當(dāng)熱應(yīng)力及機(jī)械力作用時(shí)，在其周圍形成應(yīng)力集中;另一方面在冷卻時(shí)夾雜物與基體有不同的熱收縮，造成鑲嵌應(yīng)力，兩者疊加的結(jié)果，在夾雜

物周圍產(chǎn)生很大的應(yīng)力場(chǎng)。應(yīng)力集中的結(jié)果使沖擊坑、犁溝及夾雜物成為疲勞裂紋的誘發(fā)核心和擴(kuò)展優(yōu)取向。

2.2殘余應(yīng)力分析

壓鑄模具的殘余應(yīng)力較為復(fù)雜,主要是在機(jī)械加工、電火花加工、熱處理及生產(chǎn)過(guò)程中熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力等原因產(chǎn)生。模具使用一定時(shí)間后,模具的表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力,裂紋前端無(wú)論是平行于裂紋擴(kuò)展方向還是垂直于裂紋的擴(kuò)展方向,都受壓應(yīng)力。型腔表面裂紋前端的殘余應(yīng)力大于裂紋沿深度方向裂紋前端的殘余應(yīng)力,模具的型腔表面溫度變化大,產(chǎn)生的熱應(yīng)力的殘余應(yīng)力要大,而且模具投入使用之前的機(jī)械加工和熱處理過(guò)程中模具表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力要大于模具內(nèi)部。由于液態(tài)金屬的沖刷,澆口所對(duì)部位的溫度要高于一般部位,加上沖擊力的作用,澆口所對(duì)部位的殘余應(yīng)力大于一般部位.殘余應(yīng)力范圍90MPa-420MPa。

模具型腔表面殘余應(yīng)力的存在對(duì)裂紋的擴(kuò)展有一定的影響,殘余應(yīng)力場(chǎng)中的裂紋擴(kuò)展研究表明,殘余應(yīng)力可以增加裂紋的閉合程度,減緩裂紋的擴(kuò)展速率.模具型腔表面形成的殘余應(yīng)力的大小及壓應(yīng)力存在的深度對(duì)減弱模具熱疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展有一定益處。

模具經(jīng)過(guò)一定時(shí)間使用后,模具表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力,裂紋前端無(wú)論是平行于裂紋擴(kuò)展方向還是垂直與裂紋擴(kuò)展方向都受壓應(yīng)力。所以在模具的使用過(guò)程中隔一段時(shí)間要進(jìn)行清洗和維修。

提高模具壽命的方法

對(duì)壓鑄模具失效及提高壓鑄模壽命的研究，無(wú)論是從實(shí)驗(yàn)方法還是對(duì)模具壽命的估算，都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使壓鑄模具的使用壽命遇到了一個(gè)瓶頸，因此提高模具壽命是工程界一個(gè)十分艱巨的任務(wù)。

3.1精心設(shè)計(jì)壓鑄件和壓鑄模具

模具的局部開(kāi)裂、型腔表面磨損以及型壁面交界處的裂紋等失效，往往是由于壓鑄件的工藝設(shè)計(jì)不合理所造成的。因此，設(shè)計(jì)壓鑄件必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)在滿足壓鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，宜采用薄壁結(jié)構(gòu)，這不僅減輕了壓鑄件的質(zhì)量，而且也減少了模具的熱載荷。

(2)壓鑄件壁厚應(yīng)均勻，避免熱節(jié)，以減少局部熱量集中引起模具過(guò)早的熱疲勞失效。

(3)壓鑄件所有轉(zhuǎn)角處，應(yīng)有適當(dāng)?shù)蔫T造圓角，以避免在模具相應(yīng)部位形成棱角，產(chǎn)生裂紋和塌陷。

(4)壓鑄件上應(yīng)盡量避免深而窄的凹穴，以避免模具相應(yīng)部位出現(xiàn)尖劈，使散熱條件惡化而產(chǎn)生斷裂。

(5)壓鑄件應(yīng)該有合理的脫模斜度，以避免開(kāi)模抽芯取件時(shí)擦傷模具型壁。

3.2保證模具的加工質(zhì)量

模具的加工制造、安裝、裝配的實(shí)際精度對(duì)模具的壽命有影響，需要引起重視，其中的磨削加工對(duì)模具壽命的影響很大，至少會(huì)從三個(gè)方面對(duì)損壞模具壽命：

(1)砂輪不鋒利引起的摩擦使模具表面出現(xiàn)磨銷裂紋。(2)摩擦熱使模具表面軟化，降低了模具抗熱疲勞能力和內(nèi)腐蝕能力。

(3)表面存在磨銷應(yīng)力，降低了模具的抗熱疲勞能力和機(jī)械疲勞能力。

3.3選用優(yōu)質(zhì)鋼材

壓鑄模具材料質(zhì)量的提高于改進(jìn)對(duì)其熱疲勞壽命的提高影響極大。其中，氣體中雜質(zhì)的含量高、成分偏析及碳化物的不均勻程度嚴(yán)重，都會(huì)降低模具的熱疲勞壽命。鋼中的夾雜物往往是萌生裂紋的核心，夾雜物的尺寸大于某一臨界尺寸后，疲勞強(qiáng)度隨夾雜物顆粒尺寸的加大而下降。疲勞強(qiáng)度的下降與顆粒尺寸的立方成正比 [1][2]。

(1)采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝

采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝有兩個(gè)目的，一是使碳化物分布均勻，二是形成合理的流線分布，以提高鋼材的耐磨性和各項(xiàng)同性以及抗咬合能力 [1]。

(2)采用合理的熱處理規(guī)范

作為壓鑄模具材料必須具有較高的熱強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，這樣才有可能獲得高的熱疲勞抗力和耐磨性。從壓鑄工作條件和提高抗熱疲勞性能出發(fā)，回火溫度應(yīng)盡量提高一些，但必須低于二次硬化溫度。此外，為了使一次回火生成的馬氏體充分回火，以及使殘余奧氏體馬氏體化，還應(yīng)采取二次回火。

(3)采用表面強(qiáng)化處理

采用表面強(qiáng)化工藝提高模具表面的強(qiáng)度、耐磨性及耐蝕性，可以延長(zhǎng)熱裂紋萌生的孕育期，防止熱裂紋的擴(kuò)展，由此提高模具的使用壽命。常見(jiàn)的表面強(qiáng)化處理有：噴丸強(qiáng)化法、壓應(yīng)力冷作撞擊法、蒸汽處理法、電火花放電強(qiáng)化法、高頻淬火、軟氮化、鎢鎳合金沉積法等 [1][2][3]。

(4)采用良好的操作規(guī)程

在操作前預(yù)熱模具是十分重要的。不僅可以提高鋼的韌性。同時(shí)也可以減少模具斷面的溫度梯度，以降低模具的熱應(yīng)力。但預(yù)熱模具溫度不能太高，過(guò)高的預(yù)熱溫度則會(huì)降低表層的屈服強(qiáng)度，反而會(huì)降低模具的使用壽命。合金的冶煉和保溫也都應(yīng)該嚴(yán)格按操作規(guī)范執(zhí)行，特別是重視精練排氣，減少材料內(nèi)部的裂紋源 [3]。

要進(jìn)一步提高模具的使用壽命，最重要的就是開(kāi)發(fā)新的鋼種并運(yùn)用;建立全面的質(zhì)量管理制度，提高職工的綜合素質(zhì)。

小結(jié)

模具的多種失效方式是影響壓鑄模具使用壽命的因素,本文結(jié)合工廠實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)壓鑄模具失效及原因分析,系統(tǒng)地提出了若干改進(jìn)方法,進(jìn)而提高模具使用壽命。本文研究的內(nèi)容對(duì)提高壓鑄模具的壽命有一定指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊欲國(guó).壓鑄工藝及設(shè)備[D].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.[2 ] 賴華清.壓鑄工藝及模具[D].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[3] 李蘊(yùn)林.壓鑄工藝分析及改進(jìn)[D].武漢：華中理工大學(xué)，1993.

第二篇：壓鑄模具畢業(yè)論文

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

第1章 緒論

1.1課題意義

1.1.1 壓力鑄造的特點(diǎn)

高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過(guò)程的兩大特點(diǎn)。壓鑄中常用的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，有時(shí)甚至高達(dá)500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范圍內(nèi)，它的充填時(shí)間很短，一般為0.01～0.2s，最短的僅為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)?？梢缘玫奖”?、形狀復(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。其壓鑄出的最小壁厚：鋅合金為0.3mm；鋁合金為0.5mm。鑄出孔最小直徑為0.7mm。鑄出螺紋最小螺距0.75mm。對(duì)于形狀復(fù)雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產(chǎn)量小，通常也采用壓鑄生產(chǎn)，尤其當(dāng)采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時(shí)，采用壓鑄生產(chǎn)最為適宜。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。鑄件的尺寸精度為IT12～I(xiàn)T11面粗糙度一般為3.2～0.8μm，最低可達(dá)0.4μm。因此，個(gè)別壓鑄件可以不經(jīng)過(guò)機(jī)械加工或僅是個(gè)別部位加工即可使用[1]。

壓鑄的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1)鑄件的強(qiáng)度和表面硬度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結(jié)晶，因此，壓鑄件表面層晶粒極細(xì)，組織致密，所以表面層的硬度和強(qiáng)度都比較高。

壓鑄件的抗拉強(qiáng)度一般比砂型鑄件高25%～30%，但收縮率較低。(2)生產(chǎn)率較高。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短,一次操作的循環(huán)時(shí)間約5 s～3 min ,這種方法適于大批量生產(chǎn)。

雖然壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)十分突出，但是，它也有一些明顯的缺點(diǎn)：(1)壓鑄件表層常存在氣孔。這是由于液態(tài)合金的充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫條件下工作。這是由于加熱溫度高時(shí)，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導(dǎo)致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。同樣，也不希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表面顯露氣孔。

(2)壓鑄的合金類別和牌號(hào)有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金 1

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 的壓鑄。而對(duì)于鋼鐵材料，由于其熔點(diǎn)高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實(shí)際生產(chǎn)。至于某一種合金類別，由于壓鑄時(shí)的激冷產(chǎn)生劇烈收縮，因此也僅限于幾種牌號(hào)的壓鑄。

(3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用較高。由于壓鑄機(jī)成本高，壓鑄模加工周期長(zhǎng)、成本高，因此壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)[2]。1.1.2壓鑄模具設(shè)計(jì)的意義

模具是壓鑄件生產(chǎn)的主要工具，因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)盡量注意使模具總體結(jié)構(gòu)及模具零件結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于制造生產(chǎn)，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設(shè)計(jì)。模具的加工、裝配要到位，配合需適當(dāng)，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個(gè)重要方面。壓鑄模具的優(yōu)良程度很大程度上取決澆注系統(tǒng)以及排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。壓鑄生產(chǎn)中，因?yàn)槟＞邼驳佬螤?、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。而對(duì)澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機(jī)壓射工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可以大大減少這些缺陷[3]。綜上所述，壓鑄模具的合理設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件具有重要意義。

1.2壓鑄發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.2.1壓鑄的發(fā)展歷史

壓鑄始于19世紀(jì)，其最初被用于壓鑄鉛字。早在1822年，威廉姆·喬奇（Willam Church）博士曾制造一臺(tái)日產(chǎn)1.2～2萬(wàn)鉛字的鑄造機(jī)，已顯示出這種工藝方法的生產(chǎn)潛力。1849年斯圖吉斯（J.J.Sturgiss）設(shè)計(jì)并制造成第一臺(tái)手動(dòng)活塞式熱室壓鑄機(jī)，并在美國(guó)獲得了專利權(quán)。1885年默根瑟（Mersen-thaler）研究了以前的專利，發(fā)明了印字壓鑄機(jī)，開(kāi)始只用于生產(chǎn)低熔點(diǎn)的鉛、錫合金鑄字，到19世紀(jì)60年代用于鋅合金壓鑄零件生產(chǎn)。壓鑄廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還只是上世紀(jì)初，用于現(xiàn)金出納機(jī)、留聲機(jī)和自行車的產(chǎn)品生產(chǎn)。1904年英國(guó)的法蘭克林（H.H.Franklin）公司開(kāi)始用壓鑄方法生產(chǎn)汽車的連桿軸承，開(kāi)創(chuàng)了壓鑄零件在汽車工業(yè)中應(yīng)用的先例。1905年多勒（H.H.Doehler）研制成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納（Wagner）設(shè)計(jì)了鵝頸式氣壓壓鑄機(jī)，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。這種壓鑄機(jī)是利用壓縮空氣推送鋁 2

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合金經(jīng)過(guò)一個(gè)鵝頸式通道壓入模具內(nèi)，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問(wèn)題, 這種機(jī)器沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。但這種設(shè)計(jì)是生產(chǎn)鋁合金鑄件的第一次嘗試。20世紀(jì)20年代美國(guó)的Kipp公司制造出機(jī)械化的熱室壓鑄機(jī)，但鋁合金液有浸蝕壓鑄機(jī)上鋼鐵零部件的傾向，鋁合金在熱室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)受到限制。1927年捷克工程師約瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）設(shè)計(jì)了冷壓室壓鑄機(jī)，由于貯存熔融合金的坩鍋與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適合工業(yè)生產(chǎn)的要求，克服了氣壓熱壓室壓鑄機(jī)的不足之處，從而使壓鑄技術(shù)向前邁出重要一步[3]。20世紀(jì)50年代大型壓鑄機(jī)誕生，為壓鑄業(yè)開(kāi)拓了許多新的領(lǐng)域。隨著壓鑄機(jī)、壓鑄工藝、壓鑄型及潤(rùn)滑劑的發(fā)展，壓鑄合金也從鉛合金發(fā)展到鋅、鋁、鎂和銅合金，最后發(fā)展到鐵合金，隨著壓鑄合金熔點(diǎn)的不斷增高而使壓鑄件應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大[4]。

1.2.2我國(guó)壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

我國(guó)壓鑄工業(yè)在近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其每年都以8%～12%的良好勢(shì)頭快速發(fā)展。目前，我國(guó)擁有壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè)2600余家，壓鑄機(jī)近萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)壓鑄件50余萬(wàn)噸。其中鋁壓鑄件占67.0%、鋅壓鑄件31.2%、銅壓鑄件1.0%、鎂壓鑄件0.8%。我國(guó)的壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè)中，壓鑄廠點(diǎn)2000余家，占企業(yè)總數(shù)的80%以上，壓鑄機(jī)及輔助設(shè)備企業(yè)、模具企業(yè)、原輔材料企業(yè)近398家，占13.7%，科研、大專院校、學(xué)會(huì)等其他單位合計(jì)112個(gè)，占總數(shù)的3.8%[5]。壓鑄機(jī)生產(chǎn)方面，我國(guó)約有壓鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè)20多個(gè)，年生產(chǎn)能力超過(guò)1000臺(tái)，壓鑄機(jī)的供應(yīng)能力很強(qiáng)。其中的中小型壓鑄機(jī)的質(zhì)量較好，大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，2000噸以上的壓鑄機(jī)正在研制中[5]。種種情況表明，中國(guó)的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)龐大。

但是，與壓鑄強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)的壓鑄業(yè)還有著較大的差距。中國(guó)壓鑄企業(yè)的規(guī)模較小，企業(yè)素質(zhì)不高，技術(shù)水平落后，生產(chǎn)效率較低。雖然與美國(guó)、日本等壓鑄先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)壓鑄件的生產(chǎn)占有一定的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，但我國(guó)壓鑄企業(yè)以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距。另外，雖然我國(guó)生產(chǎn)的中小型壓鑄機(jī)質(zhì)量較好，但大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，每年進(jìn)口壓鑄機(jī)100臺(tái)以上[6]。由此可見(jiàn)，我國(guó)不能算作壓鑄強(qiáng)國(guó)，只能是壓鑄大國(guó)。

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近年來(lái)，由于中國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸向很多市場(chǎng)邁進(jìn)。以中國(guó)的轎車工業(yè)壓鑄市場(chǎng)為支柱，中國(guó)的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車行業(yè)、農(nóng)用車行業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場(chǎng)、玩具市場(chǎng)、家電產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方向快速拓展，其勢(shì)頭方興未艾[7]。

1.2.3壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

由于整個(gè)壓鑄過(guò)程都是在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對(duì)壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴(kuò)大應(yīng)用的需求，開(kāi)始對(duì)壓鑄設(shè)備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機(jī)已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機(jī)以及新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如，為了消除壓鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質(zhì)量，出現(xiàn)了雙沖頭（或稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實(shí)現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機(jī)；為了提高壓射速度和實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)增加壓射力以便對(duì)熔融合金進(jìn)行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級(jí)壓射系統(tǒng)的壓鑄機(jī)。又如，在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，除裝備自動(dòng)澆注、自動(dòng)取件及自動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)外，還安裝成套測(cè)試儀器，對(duì)壓鑄過(guò)程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動(dòng)控制裝置以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等[8]。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術(shù)。

(1)真空壓鑄

真空壓鑄是利用輔助設(shè)備將壓鑄型腔內(nèi)的空氣抽除且形成真空狀態(tài)，并在真空狀態(tài)下將金屬液壓鑄成形的方法。其真空度通常在380～600毫米汞柱的范圍內(nèi)，可以通過(guò)機(jī)械泵獲得。而對(duì)于薄壁與復(fù)雜的鑄件，真空度應(yīng)該更高。由于型腔抽氣技術(shù)的圓滿解決，真空壓鑄在20世紀(jì)50年代曾盛行一時(shí)，但后來(lái)應(yīng)用不多。目前，真空壓鑄只用于生產(chǎn)要求耐壓、機(jī)械強(qiáng)度高或要求熱處理的高質(zhì)量零件，其今后的發(fā)展趨向是解決厚壁鑄件和消除熱節(jié)部位的縮孔，從而更有效地應(yīng)用于可熱處理和可焊接的零件。

真空壓鑄的特點(diǎn)是：顯著減少了鑄件中的氣孔，增大了鑄件的致密度，提高了鑄件的力學(xué)性能，并使其可以進(jìn)行熱處理。消除了氣孔造成的表面缺陷，改善了鑄件的表面質(zhì)量?？蓽p小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。由于現(xiàn)代壓鑄機(jī)可以在幾分之一秒內(nèi)抽成需要的真空度，并且隨著鑄型中反壓力的減小，增大了鑄件的結(jié)晶速度，縮短了鑄件在鑄型中的停留時(shí)間。因此，采用真空壓鑄法可 4

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提高生產(chǎn)率10%～20%.采用真空壓鑄時(shí)，鎂合金減少了形成裂紋的可能性（裂紋時(shí)鎂合金壓鑄時(shí)很難克服的缺陷之一，經(jīng)常發(fā)生在型腔通氣困難的部位），提高了它的力學(xué)性能，特別是可塑性。

（2）充氧壓鑄

國(guó)外在分析鋁合金壓鑄件的氣泡時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中氣體體積分?jǐn)?shù)的90%為氮?dú)猓諝庵械牡獨(dú)怏w積分?jǐn)?shù)應(yīng)為80%，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為20%。這說(shuō)明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應(yīng)。因此出現(xiàn)了充氧壓鑄的新工藝[9]。

充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高鑄件質(zhì)量的一個(gè)有效途徑。所謂充氧壓鑄是在鋁液充填型腔，用氧氣充填壓室和型腔，以置換其中的空氣和其他氣體，當(dāng)鋁金屬液充填時(shí)，一方面通過(guò)排氣槽排出氧氣，另一方面噴散的鋁液與沒(méi)有排除的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)，分散在壓鑄件內(nèi)部，從而消除不加氧時(shí)鑄件內(nèi)部形成的氣孔。這種三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)顆粒細(xì)小，約在1μm以下，其重量占鑄件總重量的0.1%～0.2%,不影響力學(xué)性能，并可使鑄件進(jìn)行熱處理[10]。

（3）精速密壓鑄

精速密壓鑄是一種精確地、快速的和密實(shí)的壓鑄方法，又稱套筒雙沖頭壓鑄法。國(guó)外在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始在壓鑄生產(chǎn)中應(yīng)用這一方法。精密速壓鑄法在很大程度上消除了氣孔和縮松這兩種壓鑄件的基本缺陷，從而提高了壓鑄件的使用性能，擴(kuò)大了壓鑄件的應(yīng)用范圍。

（4）半固態(tài)壓鑄

半固態(tài)壓鑄是當(dāng)金屬液在凝固時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得50%左右甚至更高的固體組分漿料，并將這種漿料進(jìn)行壓鑄的方法。

半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)，為解決鋼鐵材料壓鑄模壽命低的問(wèn)題提供了一個(gè)方法，而且對(duì)提高鑄件質(zhì)量、改善壓鑄機(jī)鴨舌系統(tǒng)的工作條件，都有一定的作用，所以是用途的一種新工藝[11]。

1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容

本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容是鋅合金底盤座鑄件壓鑄模具設(shè)計(jì)，主要包括澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，成形零件，抽芯機(jī)構(gòu)，推出機(jī)構(gòu)以及模體結(jié)構(gòu)等，其設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）設(shè)計(jì)壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)；

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（2）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)；（3）設(shè)計(jì)成型零件系統(tǒng)；（4）設(shè)計(jì)抽芯系統(tǒng)機(jī)構(gòu)；

（5）設(shè)計(jì)模體、頂出及復(fù)位機(jī)構(gòu)。

主要設(shè)計(jì)方法為：運(yùn)用UG繪制整個(gè)模具的裝配圖、立體圖和具體的零件圖、立體圖。然后對(duì)整個(gè)模具的工作過(guò)程進(jìn)行模擬以保證其動(dòng)作過(guò)程靈活。

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第2章 壓鑄模具的整體設(shè)計(jì)

2.1 鑄件工藝性分析

2.1.1 鑄件立體圖及工程圖

所用零件為鋅合金底盤座，材料YX041，鑄造精度CT5，鑄件中心是一個(gè)較深的型腔，側(cè)壁有凸臺(tái)，凸臺(tái)上有直徑為80mm的通孔。殼體的底端有4個(gè)直徑為30mm的小孔，鑄件平均壁厚3.8mm，其立體圖如圖2-1，工程圖如圖2-2。

圖2-1 鑄件立體圖

圖2-2 鑄件工程圖

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2.1.2 鑄件分型面確定

壓鑄模的定模與動(dòng)模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線決定的。而模具上垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。此殼體鑄件的分型面選擇現(xiàn)有三種方案如圖2-3所示。

選擇Ｉ面，使鑄件整體放在定模中，保證了鑄件的同軸度，有利于氣體的排出，同時(shí)I-I面也是鑄件的最大投影面。

選擇Ⅱ面，鑄件的同軸度不易保證。

選擇Ⅲ面，由于合模不嚴(yán)會(huì)使分型面處產(chǎn)生飛邊，不易清除痕跡，也不利于澆注系統(tǒng)的放置。

綜上分析決定選取I-I面為該鑄件的分型面。

圖2-3 鑄件分型面選擇

2.1.3 澆注位置的確定

鑄件中心有型芯，所以不宜采用中心澆注，因此采用底端澆注，澆注位置選在平臺(tái)的端面。

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2.2 壓鑄成型過(guò)程及壓鑄機(jī)選用

2.2.1 臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)

臥式冷室壓鑄機(jī)基本組成如圖2-4所示。

圖2-4 臥式冷室壓鑄機(jī)

1—增壓器；2—蓄能器；3—壓射缸；4—壓射沖頭；5—壓室；6—定座板；7—拉桿；8—?jiǎng)幼澹?—頂出缸；10—曲肘機(jī)構(gòu)；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—機(jī)體；15—控制柜；16—電機(jī)及泵

此類壓鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為5部分：

(1)壓射機(jī)構(gòu)

主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機(jī)構(gòu)。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數(shù)都是通過(guò)它來(lái)控制的，其中包括壓室、壓射沖頭、壓射缸、增壓器和蓄能器。

(2)合模機(jī)構(gòu)

其作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄模的開(kāi)啟和閉合動(dòng)作，并在壓射成型過(guò)程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時(shí)，模具被推開(kāi)或發(fā)生偏移。

(3)頂出機(jī)構(gòu)

在壓鑄件冷卻固化成型并開(kāi)啟模具后，頂出缸驅(qū)動(dòng)壓鑄模的推出機(jī)構(gòu)，將成型壓鑄件及澆注余料從模具中頂出，并脫出模體，其中包括頂出缸和頂桿。

(4)傳動(dòng)系統(tǒng)

通過(guò)液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)完成壓鑄過(guò)程中所需要的各種動(dòng)作。包括電機(jī)、各種液壓泵及機(jī)械傳動(dòng)裝置。

(5)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)控制柜指令液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)元件，按壓鑄機(jī)壓射過(guò)程預(yù)定的工藝路線和運(yùn)行程序動(dòng)作，將液壓動(dòng)作和機(jī)械動(dòng)作有機(jī)的 9

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結(jié)合起來(lái)，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運(yùn)行規(guī)則[12]。2.2.2 壓鑄成型過(guò)程

臥式冷室壓鑄機(jī)的壓住成型過(guò)程主要分為4個(gè)步驟，如圖2-4所示。

(a)合模過(guò)程

(b)壓射過(guò)程

(c)開(kāi)模過(guò)程

(d)鑄件推出過(guò)程

圖2-5 壓鑄成型過(guò)程

(a)合模過(guò)程

壓鑄模閉合后，壓射沖頭1復(fù)位至壓室2的端口處，將足量的液態(tài)金屬3注入壓室2內(nèi)。

(b)壓射過(guò)程

壓射沖頭1在壓射缸中壓射活塞高壓作用下，推動(dòng)液態(tài)金屬3通過(guò)壓鑄模4的橫澆道

6、內(nèi)澆口5進(jìn)入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭1仍然作用在澆注系統(tǒng)，使液態(tài)金屬在高壓狀態(tài)下冷卻、結(jié)晶、固化成型。

(c)開(kāi)模過(guò)程

壓鑄成型后，開(kāi)啟模具，使壓鑄件脫離型腔，同時(shí)壓射沖頭1將澆注余料頂出壓室。

(d)推出鑄件過(guò)程

在壓鑄機(jī)頂出機(jī)構(gòu)作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，10

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并脫離模體，壓射沖頭同時(shí)復(fù)位[13]。2.2.3壓鑄機(jī)型號(hào)的選用及其主要參數(shù)

本課題設(shè)計(jì)的壓鑄件在分型面的投影面積為729cm2,壓鑄件的重量為5.20kg,鋅合金一般件的推薦壓射比壓為13～20MPa，動(dòng)模板最小行程為108mm,采用常用的臥式冷室壓鑄機(jī)，其型號(hào)為J1163E。

壓鑄機(jī)主要參數(shù)如下：壓射力為368～600kN；壓室直徑為70～100mm；最大澆注量（鋁）為9kg；澆注投影面積為403～1649；動(dòng)模板行程為600mm；拉缸內(nèi)空間水平?垂直為750mm?750mm。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓鑄模澆注系統(tǒng)是將壓鑄機(jī)壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充入壓鑄模型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、以及溢流排氣系統(tǒng)等。它能調(diào)節(jié)充填速度、充填時(shí)間、型腔溫度，因此它決定著壓鑄件表面質(zhì)量以及內(nèi)部顯微組織狀態(tài)，同時(shí)也影響壓鑄生產(chǎn)的效率和模具的壽命[14]。2.3.1 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖

鑄件立體圖如圖2-6所示，溢流槽設(shè)于分型面四個(gè)對(duì)角處，用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。

圖2-6 帶澆注系統(tǒng)鑄件

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2.3.2 內(nèi)澆口設(shè)計(jì)

（1）內(nèi)澆口速度

由參考文獻(xiàn)[15]查得，鋅合金鑄件內(nèi)澆口充填速度50m/s，選取為40m/s。

（2）充填時(shí)間

經(jīng)計(jì)算，壓鑄件的平均壁厚約為3.8mm，利用參考文獻(xiàn)[16]中的經(jīng)驗(yàn)公式。

t=35(b-1)

（2-1）

式中t-充填時(shí)間，ms；b-壓鑄件平均壁厚，mm 可求出t=35(3.8-1)=98ms≈0.1s。（3）內(nèi)澆口截面積的確定

內(nèi)澆口截面積的確定可由公式（2-2）得出：

(2-2)式中：—內(nèi)澆口橫截面積，cm2；G—通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的總質(zhì)量，g；

—內(nèi)澆口流速，cm；

/s的推薦值為30～?—液態(tài)金屬的密度，g/cm3； ； —型腔的填充時(shí)

/s間，s；V—通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的體積，計(jì)算得出數(shù)值如下：

—型腔的充填速度，cm。

(4)內(nèi)澆口厚度、長(zhǎng)度、寬度的確定

由內(nèi)澆口厚度、寬度和長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表，適當(dāng)選取此鋅合金鑄件內(nèi)澆口厚度為2.5mm，長(zhǎng)度為22.5mm，寬度為100mm。2.3.3 橫澆道設(shè)計(jì)

（1）橫澆道的形式及尺寸

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根據(jù)鑄件及內(nèi)澆口特點(diǎn)，選用T形澆道，截面為矩形，澆道形狀及尺寸如圖2-7。

（2）橫澆道與內(nèi)澆口的連接方式

圖2-7 橫澆道立體圖及具體尺寸

為了防止金屬液對(duì)型芯的正面沖擊，橫澆道與內(nèi)澆口采用了端面聯(lián)接的方式，見(jiàn)圖2-8。

圖2-8 端面聯(lián)接方式

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圖2-8中具體尺寸為：2.3.4 直澆道設(shè)計(jì)

；；。

直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆口套內(nèi)徑與壓室內(nèi)徑相同，由于壓鑄機(jī)選擇型號(hào)為J1163E，其壓室直徑為70，80，100。選取100為澆口套內(nèi)徑，其他尺寸根據(jù)情況自行設(shè)計(jì)，具體尺寸見(jiàn)附錄。2.3.5 排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排溢系統(tǒng)由排氣道、溢流槽、溢流口組成。如圖2-9所示，選用半圓形結(jié)構(gòu)的排溢系統(tǒng)。

圖2-9 排溢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1)溢流槽尺寸設(shè)計(jì)

溢流槽尺寸選取：溢流口厚度h=0.5mm；溢流口長(zhǎng)度l=4mm；溢流口寬度s=72mm；溢流槽半徑r=15mm。

（2）排氣道設(shè)計(jì)

排氣道相關(guān)尺寸選取為：排氣槽深度為0.12mm；寬度為15mm。

2.4 壓鑄模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓鑄模由定模和動(dòng)模兩個(gè)主要部分組成。定模固定在壓鑄機(jī)壓室一方的定 14

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模座板上，是金屬液開(kāi)始進(jìn)入壓鑄模型腔的部分，也是壓鑄模型腔的所在部分之一。定模上有直澆道直接與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室連接。動(dòng)模固定在壓鑄機(jī)的動(dòng)模座板上，隨動(dòng)模座板向左、向右移動(dòng)與定模分開(kāi)和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機(jī)構(gòu)設(shè)于其內(nèi)。

壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)及零件明細(xì)表如圖2-10所示，它通常包括以下六個(gè)部分。

（1）成型零件部分。在合模后，由動(dòng)模鑲塊和型腔鑲塊形成一個(gè)構(gòu)成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構(gòu)成成型部分的零件即為成型零件。成型零件包括固定的和活動(dòng)的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側(cè)型芯等。有時(shí)成型零件還構(gòu)成澆注系統(tǒng)的一部分，如內(nèi)澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。

（2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是熔融金屬由壓鑄機(jī)壓室進(jìn)入壓鑄模成型空腔的通道，如圖中澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內(nèi)澆口、排溢系統(tǒng)等。

由于成型零件和澆注系統(tǒng)的零件均與高溫的金屬液直接接觸，所以它們應(yīng)選用經(jīng)過(guò)熱處理的耐熱鋼制造。

（3）模體結(jié)構(gòu)。各種模板、座架等構(gòu)架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個(gè)結(jié)構(gòu)件組成一個(gè)模具整體，并能夠安裝到壓鑄機(jī)上，如圖中的墊塊、支撐板、動(dòng)模壓板、定模套板、定模座板和動(dòng)模座板等。

導(dǎo)柱和導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，又被稱為導(dǎo)準(zhǔn)零件。它們的作用是引導(dǎo)動(dòng)模板與定模板在開(kāi)模和合模時(shí)能沿導(dǎo)滑方向移動(dòng)，并準(zhǔn)確定位。

（4）頂出和復(fù)位機(jī)構(gòu)。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫出的機(jī)構(gòu)，包括推出零件和復(fù)位零件，如圖中的推桿、推桿固定板和推板。同時(shí)，為使頂出機(jī)構(gòu)在移動(dòng)時(shí)平穩(wěn)可靠，往往還設(shè)置自身的導(dǎo)向零件推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復(fù)位，還在推板底部設(shè)置限位釘。

（5）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。當(dāng)壓鑄件側(cè)面有側(cè)凹或側(cè)凸結(jié)構(gòu)時(shí)，則需要設(shè)置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，如圖中斜滑塊、側(cè)型芯、斜滑塊限位釘、彈頂銷、彈簧等。

（6）其它。除以上各結(jié)構(gòu)單元外，模具內(nèi)還有其它用于固定各相關(guān)零件的內(nèi)六角螺栓以及銷釘?shù)萚17]。

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圖2-10 模具總裝圖

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第3章 成型零件及斜滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 成型零件設(shè)計(jì)概述

成型零件是與高溫金屬液接觸的零件，用于形成澆注系統(tǒng)和鑄件。成型零件由澆注系統(tǒng)成型零件和鑄件成型零件兩部分組成。

（1）澆注系統(tǒng)成型零件：澆道鑲塊、澆口套，用于形成澆注系統(tǒng)。（2）鑄件成型零件：型芯、鑲塊、斜滑塊塊，用于形成鑄件。成型零件的結(jié)構(gòu)形式主要可以分為整體式和組合式兩類。

1）整體式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯都由整塊材料加工而成，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。

2）整體組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，裝入模板的模套內(nèi)，再用臺(tái)肩或螺栓固定。

3）局部組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，局部鑲有成型鑲塊的組合形式。

4）完全組合式結(jié)構(gòu) 由多個(gè)鑲拼件組合而成的成型空腔。

成型零件直接接觸高溫、高壓、高速的液態(tài)金屬，受機(jī)械沖擊、磨損、熱疲勞和化學(xué)侵蝕的反復(fù)作用，熱應(yīng)力和熱疲勞導(dǎo)致的熱裂紋則是破壞失效的主要原因，所以對(duì)成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4級(jí)，對(duì)粗糙度的要求比鑄件粗糙度高2級(jí)。

由于本文中采用斜滑塊抽芯系統(tǒng)，其也與液態(tài)金屬直接接觸，故放入本章介紹[18]。

3.2澆注系統(tǒng)成型零件設(shè)計(jì)

（1）澆口套的結(jié)構(gòu)

在澆口套中形成直澆道，常用澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示。圖（a）由于制造和裝卸比較方便，在中小型模具中應(yīng)用比較廣泛。圖（b）是利用臺(tái)肩將澆口套固定在兩模板之間，裝配牢固，但拆裝均不方便。

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圖（c）是將壓鑄模的安裝定位孔直接設(shè)置在澆口套上。

圖（d）、（e）型式用于中心進(jìn)料圖（f）是導(dǎo)入式直澆道的結(jié)構(gòu)型式。本課題選用圖（a）的形式。

圖3-1 澆口套結(jié)構(gòu)形式

（2）澆口套與壓室的連接方式 連接方式如圖3-2所示。

圖3-2（a）為平面對(duì)接：為了保證同軸度應(yīng)提高加工精度和裝配精度。圖3-2（b）保證了它們的同軸度要求。

圖3-2 澆口套與壓室連方式接

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本課題采用（a）類連接，即平面對(duì)接的方式，此類連接便于裝卸。（3）澆口套的尺寸與配合精度

澆口套尺寸根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)，具體尺寸參見(jiàn)附錄。

配合精度：D1取H7h6、D2取e8、D取F8、D0取H7、d取e8。（4）澆注系統(tǒng)成型零件的材料和硬度的要求

壓鑄模具的澆注系統(tǒng)成型零件直接與高溫、高壓、高速填充的液態(tài)金屬液接觸，在短時(shí)間內(nèi)溫度變化很大，壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣，因此對(duì)澆注系統(tǒng)成型零件材料的選擇應(yīng)慎重。底座鑄件模具設(shè)計(jì)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取的材料為4Cr5MoSiV1,熱處理要求為44～48HRC。

3.3 鑄件成型零件設(shè)計(jì)

3.3.1 成型收縮率

成型收縮率是指鑄件收縮量與成型狀態(tài)鑄件尺寸之比，收縮分三種情況（見(jiàn)圖3-3）：

（1）自由收縮 在型腔內(nèi)的壓鑄件沒(méi)有成型零件的阻礙作用，圖中L1。（2）阻礙收縮 如圖中L2，有固定型芯的阻礙作用。（3）混合收縮 如圖中L3，這種情況較多。

圖3-3 壓鑄件收縮率的分類

由參考文獻(xiàn)[16]中查得鋅合金的自由收縮率為0.6%～0.8%，阻礙收縮率為0.3%~0.4%，混合收縮率為0.4%～0.6%。取YX041鋅合金的自由收縮?1=0.7%，阻礙收縮為?2?0.4%，混合收縮為=0.5%。

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3.3.2 脫模斜度

（1）脫模斜度的選取標(biāo)準(zhǔn)

1）不留加工余量的壓鑄件。為了保證鑄件組裝時(shí)不受阻礙，型腔尺寸以大端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少；型芯尺寸以小端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大。

2）兩面均留有加工余量的鑄件。為保證有足夠的加工余量，型腔尺寸以小端為基準(zhǔn)，加上加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大；型芯尺寸以大端 為基準(zhǔn)，減去加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。

3）單面留有加工余量的鑄件。型腔尺寸以非加工面的大端為基準(zhǔn)，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。型芯尺寸以非加工面的小端為基準(zhǔn)，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)放大。

（2）脫模斜度的尺寸

配合面外表面最小脫模斜度α取0?15?，內(nèi)表面最小脫模斜度β取0?30?。非配合面外表面最小脫模斜度α取0?30?，內(nèi)表面最小脫模斜度β取1°。由于底座內(nèi)腔深度>50mm，則脫模斜度可取小[19]。3.3.3 壓鑄件的加工余量

由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進(jìn)行機(jī)械加工。同時(shí)，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應(yīng)盡量避免再進(jìn)行機(jī)械加工。但是，某些部位還是應(yīng)該進(jìn)機(jī)械加工。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒(méi)有鑄出的一些形狀，去除內(nèi)澆口、溢流口后的多余部分等。

底座鑄件的加工余量選取根據(jù)參考文獻(xiàn)[15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長(zhǎng)確定，孔按直徑確定。3.3.4鑄件成型尺寸的計(jì)算

成型零件表面受高溫、高壓、高速金屬液的摩擦和腐蝕而產(chǎn)生損耗，因修型引起尺寸變化。把尺寸變大的尺寸稱為趨于增大尺寸，變小的尺寸稱為趨于變小尺寸。在確定成型零件尺寸時(shí)，趨于增大的尺寸應(yīng)向偏小的方向取值；趨于變小的尺寸應(yīng)向偏大的方向取值；穩(wěn)定尺寸取平均值。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]，成型零件尺寸的計(jì)算公式如下：

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’?‘A?（A?A??n?）?’

式中：A'—成型件尺寸；??—成型零件制造偏差；A—壓鑄件尺寸（含脫模斜度、加工余量）；?—收縮率；n—補(bǔ)償系數(shù)；?—壓鑄件尺寸偏差。

n為損耗補(bǔ)償系數(shù)，由兩部分構(gòu)成，其一是壓鑄件尺寸偏差的1磨損值，一般為壓鑄件尺寸偏差的1‘差?=（15～14）?。

2，其二是

4，因此n??0.7?。成型零件尺寸制造偏已知鑄件尺寸公差等級(jí)為CT5，根據(jù)參考文獻(xiàn)查表可得鑄件基本尺寸的相應(yīng)尺寸公差。由鑄件圖可知型腔尺寸有：Φ100，h270，4R25，Φ190，h224，h6。型芯尺寸有：Φ182.5，Φ80，4Φ30.2，h210,4R50，h2。中心尺寸有：L121，L220。

(1)型腔尺寸計(jì)算

型腔的尺寸是趨于增大尺寸，應(yīng)選取趨于偏小的極限尺寸。計(jì)算公式為：

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(2)型芯尺寸計(jì)算

型芯的尺寸是趨于減小的尺寸，應(yīng)選取趨于偏大的極限尺寸。計(jì)算公式為：

(3)中心距位置尺寸計(jì)算

中心距離尺寸是趨于穩(wěn)定的尺寸，其偏差規(guī)定為雙向等值。公式為：

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3.4 成型零件裝配圖

定模與動(dòng)模合攏后形成的空腔通常稱為型腔，而構(gòu)成型腔的零件即為成型零件。成型零件包括固定和活動(dòng)的鑲塊與型芯。模具成型零件立體圖如圖3-4所示，裝配圖如圖3-5所示。

圖3-4 鑄件成型零件立體圖

圖3-5 鑄件成型零件裝配圖

1—澆口套；2—定模鑲塊；3—?jiǎng)幽Ｐ被瑝K：4—鑲塊：5—彈簧頂銷

6—小型芯；7—主型芯

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3.5 斜滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.5.1 側(cè)抽芯系統(tǒng)概述

當(dāng)鑄件上具有與推出方向不一致的側(cè)孔、側(cè)凹或側(cè)凸形狀時(shí)，在壓鑄成型后，此處的成型零件會(huì)阻礙壓鑄件的推出，必須設(shè)置可以移動(dòng)的側(cè)型芯。在鑄件推出前，先將型芯抽出，消除障礙后，再將壓鑄件推出，合模時(shí)，再將型芯回復(fù)到原來(lái)的成型位置。完成側(cè)抽芯的抽出和復(fù)位動(dòng)作的機(jī)構(gòu)稱為側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。

側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)有多種形式，但應(yīng)用較多的是斜銷機(jī)構(gòu)和斜滑塊機(jī)構(gòu)。斜銷機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，但用途較廣；斜滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅用于側(cè)凹較淺的情況[20]。

(1)斜銷側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。圖3-6是斜銷側(cè)抽芯的工作過(guò)程。斜銷側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)主要用于側(cè)孔抽芯，分型面為垂直分型面。

(2)斜滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。如圖3-7所示，(a)為合模狀態(tài)，(b)開(kāi)模，(c)抽出型芯。在定模板的推動(dòng)下，斜滑塊復(fù)位。

本課題根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇了斜滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。

圖3-6 斜銷側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)工作過(guò)程

（a）合模狀態(tài)

（b）開(kāi)模狀態(tài)

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(c)抽芯狀態(tài)

圖3-7 斜滑塊機(jī)構(gòu)工作過(guò)程

3.5.2 斜滑塊機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)

斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，主要由定位銷和斜滑塊組成。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作可靠，常用于側(cè)成型面積較大，側(cè)孔、側(cè)凹較淺，所需抽芯力不大的情況。斜滑塊抽芯基本結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。

圖3-8 斜滑塊抽芯基本結(jié)構(gòu)

1－定模板；2－限位銷；3－斜滑塊；4－動(dòng)模套板；

5－型芯；6－推桿；7－動(dòng)模固定板

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3.5.3 斜滑塊的拼合形式

斜滑塊拼合形式如圖3-9所示。

在圖3-9中，（a）、（b）、（c）是兩瓣式的拼合形式。（a）是常用形式，（b）可能產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，（c）能解決溢料問(wèn)題。（d）、（e）、（f）為三瓣式或多瓣式的拼合形式[21]。

由于本課題設(shè)計(jì)的底盤座鑄件比較簡(jiǎn)單，因此選用圖3-9中（a）兩瓣式的拼合形式，不但滿足要求而且設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

圖3-9 斜滑塊拼合形式

3.5.4 斜滑塊的導(dǎo)滑形式

斜滑塊導(dǎo)滑形式如圖3-10所示。T形槽形式加工比較簡(jiǎn)單，因此本課題選用T形槽形式。3.5.5 斜滑塊尺寸設(shè)計(jì)

（1）抽芯距離計(jì)算

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根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]的公式：

其中—外形內(nèi)凹成形深度（mm）；

=24，K取5mm，因此，=29mm。

K—安全值，斜滑塊機(jī)構(gòu)一般取3～5mm。本課題鑄件的

圖3-10 斜滑塊導(dǎo)滑形式（a）T形槽；（b）燕尾槽

（2）推出高度l確定

推出高度是斜滑塊在推出是軸向運(yùn)動(dòng)的全程，即抽芯行程后推出行程，根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]可知，斜滑塊的可推出高度不可大于斜滑塊厚度L的55%，留在套版內(nèi)的長(zhǎng)度需大于30mm。因此，選取推出高度l=108mm。

（3）倒向斜角的確定 導(dǎo)向角計(jì)算公式為：

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由參考文獻(xiàn)[15]可知倒向斜角一般在據(jù)前面所得計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出=

～。

間選取，一般不超過(guò)，根3.5.6 斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)表面粗糙度和材料選擇

（1）零件表面粗糙度

側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)零件愛(ài)你表面粗糙度選?。盒被瑝K的外表面Ra?0.8μm，型腔表面Ra?0.4μm，其他非配合面Ra?3.2μm。

（2）材料選擇

斜滑塊的材料選用4Cr5MoSiV1,熱處理要求44~48HRC,斜滑塊限位釘?shù)牟牧线x用45鋼，熱處理要求25~32HRC。3.5.7 彈簧限位銷設(shè)計(jì)

由于定模型芯的包緊力較大,開(kāi)模時(shí),斜滑塊和逐漸可能被留在定模型芯上,或斜滑塊受到定模型芯的包緊力而產(chǎn)生位移,使鑄件變形。此時(shí)應(yīng)設(shè)置強(qiáng)制裝置，確保開(kāi)模后斜滑塊穩(wěn)定地留在動(dòng)模套板內(nèi)。本課題即考慮到定模型芯的包緊力作用，安裝了4個(gè)彈簧限位銷，以避免斜滑塊徑向移動(dòng)，從而強(qiáng)制斜滑塊留在動(dòng)模套板內(nèi)。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[24]。采用的彈簧限位銷的彈簧中徑D=40mm，彈簧絲直徑d=8mm，有效圈數(shù)n=7，采用材料為硅錳彈簧鋼60Si2MnA，具體尺寸見(jiàn)附錄。3.5.8 斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)立體圖和裝配圖

斜滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)由斜滑塊、動(dòng)模套板以及推桿等零件組成。由瓣合組成的斜滑塊鑲嵌在動(dòng)模套板的導(dǎo)滑槽內(nèi)。合模時(shí)，定模套板的分型面與斜滑塊的上端面接觸，使瓣合斜滑塊分別推入動(dòng)模套板的斜面內(nèi)定位。斜滑塊各側(cè)向的密封面，在壓鑄機(jī)鎖模力的作用下鎖緊。開(kāi)模后，壓鑄機(jī)的頂出裝置推動(dòng)模具的推出機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)推桿并推動(dòng)斜滑塊向脫模方向移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，由于動(dòng)模套板內(nèi)斜導(dǎo)滑槽的導(dǎo)向作用，使斜滑塊在推動(dòng)壓鑄件向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別向上下側(cè)分型，即在推出壓鑄件的同時(shí)，抽出壓鑄件側(cè)面的凹凸部分，完成側(cè)抽芯動(dòng)作[21]。圖3-11為斜滑塊機(jī)構(gòu)立體圖，圖3-12為斜滑塊機(jī)構(gòu)裝配圖。

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圖3-11 斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)立體圖

圖3-12 斜滑塊機(jī)構(gòu)裝配圖

1-小型芯；2-定模鑲塊；3-定模套板；4-斜滑塊；5-限位釘；6-動(dòng)模套板；

7-推桿；8-壓板；9-支撐板；10-鑲塊；11-主型芯；12-彈簧限位銷

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第三篇：模具壽命及材料作業(yè)

模具壽命及材料作業(yè)

一、名詞解釋

1、模具壽命

2、模具服役

3、模具磨損失效

4、模具斷裂失效

5、模具損傷

6、模具失效

二、問(wèn)答題

1、要使產(chǎn)品的成本v下降為什么要考慮產(chǎn)品批量與模具壽命的匹配關(guān)系？

2、為什么平面應(yīng)變的塑性區(qū)小于平面應(yīng)力狀態(tài)？那種受力狀態(tài)容易斷裂？為什么？

3、影響模具壽命的基本因素有哪些？其中最主要的因素是什么？為什么該因素是主要因素？

4、試述合金元素在鋼中的主要作用。

5、cr12型鋼適應(yīng)制作什么模具？為什么要進(jìn)行鍛造加工？其最終熱處理工藝有幾種？為什么要進(jìn)行多次回火？ 6、3cr2w8v屬何鋼種？有什么特性？如制作壓鑄模、精鍛模、其熱處理工藝有什么不同？為什么？

7、為什么馬氏體時(shí)效鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)韌結(jié)合？某熱作模具的服役溫度為550。C，？為什么？

8、試分析5CrMnMo;5CrNiMo鋼的合金化，熱處理工藝特點(diǎn)，為什么具有高韌性和低耐熱性，上述兩種鋼適應(yīng)制作什么模具？

9、鋼結(jié)合金和硬質(zhì)合金有什么共同點(diǎn)與不同點(diǎn)？其主要性能、特點(diǎn)如何？適應(yīng)制作什么模具？在什么情況下才采用？

10、Bi-Sn 低熔點(diǎn)合金適應(yīng)制作什么模具？有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

11、模具表面化學(xué)熱處理強(qiáng)化和表面鍍覆強(qiáng)化有什么區(qū)別？

12、Zn-Al22合金適應(yīng)制作什么模具？成型后的熱處理起什么作用？

13、簡(jiǎn)述沖裁模、拉深模、錘鍛模的主要失效形式及提高壽命的主要措施？

14、要使我國(guó)的模具制造技術(shù)趕超國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)從那些方面努力？

三、計(jì)算題

用探傷手段測(cè)得模具內(nèi)有2.4mm的裂紋（I型）若材料的應(yīng)力強(qiáng)度K1C為1600N*mm-3/2，求模具能承受的最大應(yīng)力。如模具在600MPa的應(yīng)力下工作，裂紋的平均擴(kuò)展速率為2*10-3 mm/件，求模具剩余壽命。

模具壽命與失效習(xí)題（1）2011.3 一、單項(xiàng) 選擇題 ：在每小題的備 選答案中選出 一個(gè)正確 答 案，并將正確答案的 代碼填在題于 上的 括號(hào) 內(nèi)。(每題 2 分，本大題 共 30 分)1.氣蝕磨損和沖蝕磨損是疲勞磨損的一種派生形式，易在（D）和壓鑄模中修復(fù)出現(xiàn)。(P22)A、沖裁模 B、熱鍛模 C、擠壓模 D、注塑模

2.模具在使用過(guò)程中，由于發(fā)生塑性變形改變了幾何形狀或尺寸，而不能通過(guò)修復(fù)繼續(xù)服役的現(xiàn) 象稱為（B）。(P23)B、塑性變形失效 C、磨損失效 D、斷裂失效

A、過(guò)量彈性變形失效

3.斷口的宏觀特征為斷口截面尺寸減小，有縮頸現(xiàn)象，這種斷裂稱為（A）。(P24)A、韌性斷裂 B、脆性斷裂 C、沿晶斷裂 D、穿晶斷裂

4.冷拉深模的失形式主要是（C）。(P30)A、磨粒磨損 B、疲勞磨損 C、粘著磨損和磨粒磨損 D、沖蝕磨損

5.金屬壞料的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反的擠壓為（B）。(P31)A、正擠壓 B、反擠壓 C、復(fù)合擠壓 D、徑向擠壓

6.斷口的宏觀分析是用肉眼、（A）或低倍立體顯微鏡觀察和分析斷口的形貌。(P40)A、放大鏡 B、掃描電子顯微鏡 C、透射電子顯微鏡 D、電子探針

7.磨粒磨損的主要特征是摩擦表面上有（B）。(P17)A、金屬轉(zhuǎn)移 B、擦傷、劃痕 C、麻點(diǎn)、凹坑 D、貝殼狀凹坑

8.模具經(jīng)大量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或均勻磨損或疲勞而不能繼續(xù)服役時(shí)，稱為模具的（A）。A、正常失效 B、早期失效 C、誤用失效 D、磨損失效(P11)

9.按經(jīng)濟(jì)法觀點(diǎn)，誤用失效的責(zé)任應(yīng)由模具（D）承擔(dān)責(zé)任。(P16)A、制造者 B、保管者 C、運(yùn)輸者 D、使用者

10.模具的表面損傷主要包括（C）、接觸疲勞、表面腐蝕等。(P16)A、表面氧化 B、表面突起 C、表面磨損 D、表面粗焅

11.發(fā)生粘著磨損，致使摩擦副之間不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為（D）。(P19)A、涂抹 B、擦傷 C、撕脫 D、咬死

12.在 成 型 過(guò) 程 中，材 料兩 向 受 壓，一 向 受拉，通 過(guò) 模 具 的 模 孔 而成 型，獲 得 所 需 形 狀 尺寸 的型 材、毛坯或零件。這種工藝稱為（C）。(P5)A、擠壓 B、沖壓 C、拉拔 D、壓鑄

13.在再結(jié)晶溫度以下使材料發(fā)生變形的模具稱為（C）。(P5)A、冷作模具 B、熱作模具 C、冷變形模具 D、熱變形模具

14.工 件 表 面 的 硬突 出 物或 外 來(lái) 硬 質(zhì) 顆 粒 存在 于工 件 與 模 具 接 觸 表面 之間，刮 擦 模 具 表 面，引起 模具材料表面脫落的現(xiàn)象稱為（A）。(P17)A、磨粒磨損 B、粘著磨損 C、腐蝕磨損 D、氧化磨損

15.一般情況下，塑料注射模的溫度變化較急劇，易產(chǎn)生（D）。A、氧化 B、脫碳 C、蠕變 D、熱疲勞裂紋

填空題： 每空2 本大題共20 20分 二、填空題：(每空2分，本大題共20分)1.冷變形模具工作時(shí)，被加工材料會(huì)產(chǎn)生，使塑性變形抗力增大。

2.兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在 循環(huán) 應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱為疲勞磨損或 麻點(diǎn)磨損。(P21)3.模具與工件之間的表面壓力越大，磨粒壓入金屬表面的深度越深，則磨粒磨損量越 大。(P18)4.模具材料和工件材料硬度相差越，則粘著磨損越小。

5.發(fā)生疲勞斷裂時(shí)，韌性材料斷口具有 纖維狀 特征，脆性材料斷口具有 結(jié)晶狀 特征。(P27)6.壓鑄銅合金模具使用壽命遠(yuǎn) 低于 壓鑄鋁合金。(P36)7.當(dāng)塑料模具熱處理時(shí)，由于回火不足，組織中仍有較多的殘余奧氏體，在服役溫度下殘余奧氏 體將轉(zhuǎn)變?yōu)?，從而產(chǎn)生相變內(nèi)應(yīng)力，這也是引起模具開(kāi)裂的因素。模具失效。(P10)

8.模具受到損壞，不能通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)服役時(shí)稱為

9.影響模具壽命的內(nèi)在因素主要指模具的結(jié)構(gòu)，模具的 材料 和模具的加工工藝。(P10)

40）

三、簡(jiǎn)答題：（每小題 8 分，本大共 40）簡(jiǎn)答題： 1.簡(jiǎn)述疲勞磨損的特點(diǎn)。(P21)答 ： 疲勞磨損裂紋一般產(chǎn)生在金屬的表面和亞表面內(nèi)，裂紋擴(kuò)展的方向平行于表面，或與表 面成10°～30°的角度，只限于在表面層內(nèi)擴(kuò)展。疲勞磨損沒(méi)有一個(gè)明顯的疲勞極限，壽命波動(dòng)很大。疲勞磨損除受循環(huán)應(yīng)力作用外，還要經(jīng)受復(fù)雜的摩擦過(guò)程，可能會(huì)引起 表面層一系列物理化學(xué)變化以及各種力學(xué)性能與物理性能變化等，所以工作環(huán)境比整體 疲勞更復(fù)雜更惡劣。

2.簡(jiǎn)述模具失效分析的意義。(P38)答： 對(duì)模具進(jìn)行失效分析的主要目的是為了避免或減少同類失效現(xiàn)象的重復(fù)發(fā)生，延長(zhǎng)模具 的使用壽命，以利提高經(jīng)濟(jì)效益。、、模具失效分析的任務(wù)就是判斷模具失效的性質(zhì)，分析模具失效的原因，并提出防止或延遲模具失效的具體措施。

3.簡(jiǎn)述磨損對(duì)塑性變形的促進(jìn)作用。(P28)答：模具局部磨損后，會(huì)帶來(lái)承載能力的下降以及易受偏載，造成另一部位承受過(guò)大的應(yīng)力而產(chǎn) 生塑性變形。

4.簡(jiǎn)述錘鍛模的基本失效形式。(P33)答： 錘鍛橫基本失效形式有:

型腔部分的模壁斷裂、型腔表面熱疲勞、塑性變形、磨損及錘鍛模燕尾的開(kāi)裂.5.簡(jiǎn)述金相顯微鏡觀測(cè)在失效分析中的作用。(P42)答： 金相顯微鏡是失效分析中常用的手段，如加工工藝(鑄造、鍛造、焊接、熱處理、表面處

理 等)不 當(dāng) 或 工 藝 路 線 不 當(dāng) 造 成 的 非 正 常 組 織 或 材 料 缺 陷，都 可 以 通 過(guò) 金 相 檢 驗(yàn) 鑒 別 出 來(lái)。對(duì)于腐蝕、氧化、表面加工硬化、裂紋特征，尤其是裂紋擴(kuò)展方式(穿晶或沿晶)，都可從金相檢驗(yàn)得到可靠的信息。

四、問(wèn)答題(10 分)1.計(jì)論壓力鑄造的工作條件及壓鑄鋁合金時(shí)模具的失效形式。(P36)答：（1）壓力鑄造模(簡(jiǎn)稱壓鑄模)是在壓鑄機(jī)上用來(lái)壓鑄金屬鑄件的成型模具。壓鑄模的型

腔表面主要承受液態(tài)金屬的壓力、沖刷、侵蝕和高溫作用，每次壓鑄脫模后，還要對(duì)型 腔表面進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，使模具承受頻繁的急熱、急冷作用。（2）鋁合金制件的壓鑄模失效形式主要是粘模、侵蝕、熱疲勞和磨損。當(dāng)模具型腔結(jié)構(gòu) 復(fù)雜并存在應(yīng)力集中時(shí)，模具也會(huì)在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的共同作用下出現(xiàn)斷裂失效。

模具壽命與失效習(xí)題（2）2011.3 一、單項(xiàng)選擇 題 ：在每小題 的備選答案中 選出一個(gè) 正確答案，并將正確答 案的代碼填在 題于上的 括號(hào) 內(nèi)。(每題 2 分，本大題 共 20 分)1.利用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定材料的（D）。(P61)A、彈性極限σe B、屈服極限σs C、延伸率δ D、切變模量 G

2.材料抵抗彈性變形的能力稱為（C）。(P61)A、強(qiáng)度 B、硬度 C、剛度 D、韌度

3.材料產(chǎn)生塑性變形能力的衡量批標(biāo)是（D）。(P61)A、抗拉強(qiáng)度σb B、屈服強(qiáng)度σs C、斷裂韌度 KIc D、延伸率δ

4.洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是（C），可對(duì)工件直接進(jìn)行檢驗(yàn)。(P69)A、壓痕大 B、操作麻煩 C、操作簡(jiǎn)便 D、重復(fù)性高

5.試驗(yàn)表明，沖擊能量高時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要取決于（D）。(P74)A、強(qiáng)度 B、硬度 C、剛度 D、塑性

6.屬于材料工藝性能的是（C）。(P101)A、耐磨性 B、耐熱性 C、淬透性 D、沖擊韌性

7.在高碳鋼中，回火馬氏體的斷裂韌度低于（）。(P)A、下貝氏體 B、上貝氏體 C、滲碳體 D、菜氏體

8.金屬材料的彈性模量 E 和切變模量 G 主要受溫度和材料（B）的影響。(P45)A、合金化 B、截面形狀和尺寸 C、冷變形 D、熱變形

9.在高溫下，材料保持其組織、性能穩(wěn)定的能力稱為（）。(P)A、熱穩(wěn)定性 B、耐熱疲勞性 C、高溫強(qiáng)度 D、熱硬性

10.熱處理加熱溫度過(guò)低容易產(chǎn)生的缺點(diǎn)是（B）。(P111)A、硬度過(guò)高 B、硬度不足 C、淬火裂紋 D、氧化、脫碳

填空題： 每空2 本大題共20 20分 二、填空題：(每空2分，本大題共20分)1.彈 性模 量 E 表 示材 料受 拉 伸作 用，內(nèi) 部為 拉應(yīng) 力 時(shí)，產(chǎn) 生 單 位正 應(yīng)變 所 需正 應(yīng)力 的 大小。(P44)2.造成疲勞斷裂的根本原因是循環(huán)應(yīng)力中的 交變應(yīng)力。分量 σ а(P53)

3.材料發(fā)生塑性變形的根本原因，是由于在外力作用下，模具整體或局部產(chǎn)生的應(yīng)力值大于材 料 屈服點(diǎn) 的應(yīng)力值。(P45)4

4.整體式的模具不可避免地存在凹圓角半徑，易造成 應(yīng)力集中，并引起開(kāi)裂。(P84)5.受載模具的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) α 值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料發(fā)生 韌性 斷裂的傾向越大。(P47)6.強(qiáng)度較低，內(nèi)部又有許多缺陷的灰鑄鐵，其疲勞缺口敏感度 7.采用可靠的導(dǎo)向裝置是保證模具 剛度 的重要措施。(P87)8.在其他條件相同的情況下，沖壓設(shè)備速度越高，模具壽命越 下降。(P93)9.熱處理工藝不當(dāng)，例如：淬火加熱溫度過(guò)高，或高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，回火溫度 偏低 等，都會(huì) 使模具零件產(chǎn)生脆性。(P112)10.引起磨 削加 工缺陷 的主 要原 因有： 磨削量 織不匹配，冷卻不利。(P108)太大，砂輪 太鈍； 砂輪 磨粒 粗細(xì)與 工件材料組。

三、名詞解釋 ：（每小題 5 分，本大共 10 分）1.組合式模具(P84)解： 組 合 式模 具 是把 模具 在 應(yīng) 力集 中 處分 割 為兩 部 分 或幾 部 分，再 組合 起 來(lái) 使用 的 模具。采 用 組 合式 模 具可 避 免應(yīng) 力 集 中和 裂 紋的 產(chǎn) 生。

2.過(guò)熱(P110)解：由于加熱溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及爐內(nèi)溫度不均勻等，引起模具鋼晶粒粗大的現(xiàn)象稱為

過(guò)熱。

四、簡(jiǎn)答題 ：(每小題 8 分，本大題共 40 分)1.簡(jiǎn)述布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。(P68)答 ： 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平

均性能。因此，布氏硬度檢驗(yàn)最適合測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度。壓痕大的另 一優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高。

2.簡(jiǎn)述馬氏體的類型和亞結(jié)構(gòu)對(duì)材料斷裂韌度的影響。（P96）答：板 條 馬 氏 體主 要 是位 錯(cuò) 亞 結(jié)構(gòu)，具 有 較高的 強(qiáng) 度 和塑 性，裂 紋擴(kuò)展 阻 力 較大，呈 韌 性斷

裂，因 而 斷裂 韌 度較 高；針 狀 馬 氏體 主 要是 孿晶 亞 結(jié) 構(gòu)，硬 度 高而 脆性 大，裂 紋擴(kuò) 展 阻 力 小，呈準(zhǔn) 解 理或 解 理斷 裂，因而 斷 裂韌 度 較低。5

3.簡(jiǎn)述降低應(yīng)力磨粒磨損的主要措施。（P57）答 ： 在低應(yīng)力磨粒磨損條件下，材料的磨損量與接觸壓力成正比，與材料的硬度成反比。這

要求模具鋼具有高的硬度和耐磨性，應(yīng)提高鋼中碳和合金元素的含量，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒?處理，使其顯微組織在高強(qiáng)度的基體上均勻分布有更硬的碳化物或氮化物相。

4.簡(jiǎn)述模塊采用鍛造工藝的目的。(P103)答： 模塊采用鍛造工藝的目的主要是為了改善材料內(nèi)部缺陷，獲得模塊所需要的內(nèi)部組織和

使用性能，并使模塊獲得一定的形狀和尺寸。

5.簡(jiǎn)述磨削加工質(zhì)量對(duì)模具零件性能的影響。(P108)答：在 磨 削 過(guò) 程 中，由于 局 部 摩擦 生 熱，容 易引 起 磨 削燒 傷 和磨 削 裂紋 等 缺 陷，并 在 磨削 表面 生 成 殘 余 拉應(yīng) 力，造 成 對(duì)零 件 力 學(xué)性 能 的影 響，甚 至 成 為導(dǎo) 致 零件 失 效的 原 因。

五、問(wèn)答題(10 分)1.產(chǎn)生熱處理裂紋的原因有哪些？(P110)答：模具預(yù)處理組織不良、碳化物偏析嚴(yán)重、冷加工應(yīng)力過(guò)大、淬火操作不當(dāng)、模具本身形狀

復(fù)雜薄厚不均等，都可能導(dǎo)致產(chǎn)生淬火裂紋。淬火裂紋將使模具報(bào)廢，不易發(fā)現(xiàn)的裂紋將引起摸具的早期斷裂。常見(jiàn)的裂紋有縱向裂紋、橫向裂紋和表面裂紋。

模具壽命與失效習(xí)題（3）2011.3 填空題： 每空2 本大題共30 30分 一、填空題：(每空2分，本大題共30分)1.激光表面處理的目的是改變工件及化學(xué)成分和 顯微結(jié)構(gòu)，從而提高工件的表面性能。（P195）2.冷作模具在工件時(shí)，一般承受較大的沖擊載荷和擠壓力，刃口或作表面產(chǎn)生劇烈的摩擦和。

3.高 碳 低 合 金 冷 作 模 具 鋼 一 般 采 用 淬 火 + 低 溫 回 火 處 理，獲 得 回 火 馬 氏 體 基 體，彌 散 分 布 少 量。這種組織強(qiáng)度高、韌性好，有一定的耐磨損性能。中，在工 件表 面發(fā) 生一 系列 物理 和化 學(xué)反 應(yīng)，取出 冷

4.熱浸 鍍是 將工 件浸 在熔 觸的 液態(tài) 金屬

卻后表面形成所需的金屬鍍層。（P187）5.火焰線材噴涂法由于熔觸微粒所攜帶的熱量不足，致使涂層與工件表面以 機(jī)械 結(jié)合為主，一 般結(jié)合強(qiáng)度 偏低。（P193）6.鈷結(jié)硬質(zhì)合金的成分主要由碳化鎢、碳化鈦為 硬質(zhì)相，以 金屬鈷 為粘結(jié)相構(gòu)成。（P163）7.熱作模具鋼除一般要求好的室溫強(qiáng)韌性外，還應(yīng)具有一系列高溫性能，如高溫強(qiáng)度、熱疲勞抗力、抗氧化性和抗熱熔損性能。8.對(duì) 塑料 模具鋼的性能要求是：熱處理工藝簡(jiǎn)便，熱處理變形小或不變形，預(yù)硬狀態(tài)的切削加 工性能好，鏡面拋光性能和圖案蝕刻性能優(yōu)良，表面粗糙度低，使用壽命長(zhǎng)。（P128）9.在 65Nb 中，鈮的作用之一是能生成穩(wěn)定的 65NbC、并可溶入 MC 和 M2C 碳化物中，增加其穩(wěn)定 性，使碳化物在淬火加熱時(shí)溶解緩慢，阻止 晶粒長(zhǎng)大，使晶界呈彎曲狀。（P134）10.電 鍍是 指在 直 流的 作用 下，電 解 液中 的 金 屬 離 子 還原 沉積 在 金屬 表面 而 形成 一 定性 能的 金 屬鍍層的過(guò)程。（P184）11.模具在滲氮前一般要進(jìn)行 以獲得 組織。、12.電刷鍍工藝靈活，操作方便，不受鍍件形狀、尺寸、材質(zhì)和位置的限制。（P186）

二、名詞解釋 ：（每小題 5 分，本大共 20 分）1.粉末高速鋼 答：

2.電刷鍍（P185）答 ： 電刷鍍是在可導(dǎo)電工件(或模具)表面需要鍍覆的部位快速沉積金屬鍍層的新技術(shù)。

3.物理氣相沉積(P191)答：物理氣相沉積是用物理方法把欲涂覆物質(zhì)沉積在工件表面上形成膜的過(guò)程，通常稱為

PVD(Physical Vapour Deposition)法。4.滲碳(P175)答 ： 滲 碳 是 把 鋼 件 置 于 含 有 活 性 碳 的 介 質(zhì) 中，加 熱 到 850一 950℃，保 溫 一 定 時(shí) 間，使 碳

原子滲入鋼件表面的化學(xué)熱處理工藝。工件經(jīng)滲碳后其表面硬度和耐磨性大大提高，同時(shí)由于心部和表面的碳含量不同，硬化后的表面獲得有利的殘余壓應(yīng)力，從而進(jìn)一步提高滲碳工件的彎曲疲勞強(qiáng)度和 接觸疲勞強(qiáng)度。

三、簡(jiǎn)答題（每小 題 8 分、本大題 40 分）1.簡(jiǎn)述 GM 鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。(P138)答 ： GM鋼的冷、熱加工和電加工性能良好，熱處理工藝范圍比較寬。GM鋼的硬化能力接近高速鋼 而 強(qiáng) 韌 性 優(yōu) 于 高 速 鋼 和高 鉻 工 具 鋼。GM鋼 是 制作 精 密、高 效、耐 磨 模具(如 沖 裁、冷 擠、冷 鐓、冷剪和高強(qiáng)度蠊栓滾絲輪)的理想材料。

2.簡(jiǎn)述粉末燒結(jié)模具材料。(P129)答 ：粉末燒結(jié)模具材料是應(yīng)用粉末冶金的方法制得的。與傳統(tǒng)的熔鑄法制得的模具鋼相比，具

有硬度高、耐磨、耐腐蝕等特點(diǎn)。主要應(yīng)用于拉絲、冷鐓、冷沖、冷擠壓等模具，可適應(yīng) 高強(qiáng)度、高壓力負(fù)荷、高摩擦、有腐蝕介質(zhì)及高溫工作條件。3.簡(jiǎn)述鍍鉻的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。(P184)答：電鍍鉻 鍍 鉻層 有良 好 的 耐蝕 性。根 據(jù)鍍液 成 分 和工 藝 條件 的 不同，鍍鉻 層 的硬 度 可在 400

— 1200HV內(nèi) 變 化。在 低 于 500℃ 下 力 Ⅱ 熱，對(duì) 鍍 鉻 層 的 硬 度 無(wú) 影 響。鍍鉻 層 的 摩 擦 系 數(shù) 低，尤 其 是 干摩 擦 系數(shù) 是 所有 金 屬 中最 低 的，因 此有 很 好 的耐 磨 性。① 防 護(hù)、裝 飾性 鍍鉻 層 厚 度為 o.5μ m，廣 泛 用 于汽 車、白 行 車、鐘 表、日 用 五金 等。

②鍍硬鉻

硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨性好，耐蝕性好且鍍層光亮，與基體結(jié)合力較強(qiáng)，可用作冷作模具和塑料模具的表面防護(hù)層，以改善其表面性能。鍍層的厚度達(dá)0.3-0.5mm，可用于尺寸超差模具的修復(fù)。鍍硬鉻是在模具上應(yīng)用較多的表面涂鍍工藝。③松孔鍍 鉻 若 采 用松孔鍍鉻，使 鍍層表 面產(chǎn)生許多微細(xì) 溝槽和 小孔以便吸附、儲(chǔ)存潤(rùn)

滑油，這種鍍層具有良好的減摩性和抗粘著能力。例如，在3Cr2W8V鋼制壓鑄模的型腔表 面鍍上0.025mm厚的多孔性鉻層，可提高使用壽命1倍左右。8

4.如何提高冷作模具材料的耐磨性？(P123)答 ： ②耐磨性

耐磨性是冷作模具鋼基本性能要求，除影響模具使用壽命外，還影響產(chǎn)品匪 的尺寸精度和表面粗糙度。影響耐磨性的因素很復(fù)雜，對(duì)于一定條件下工作的冷模具鋼而言，為了得到高的磨損抗力，需要在高硬度馬氏體基體上彌散均勻分布的細(xì)小合金碳化物。因此 含 Cr、W、Mo 和 V 等合金元素的高碳鋼，熱處理后有高的耐磨損性能。在保持硬度的同時(shí)，提 高鋼 的強(qiáng) 度和 韌性 對(duì)提 高耐 磨性 也是 有益 的。少量 殘余 奧氏 體的 存在(<10％)匪 對(duì)耐磨

性沒(méi)有什么影響，甚至是有益的。降低鋼中非金屬夾雜物含量對(duì)耐磨性有利。為了提高模具 的耐磨性，常采用各種表面強(qiáng)化方法。

5.簡(jiǎn)述激光非晶化及其優(yōu)點(diǎn)。(P195)答 ： 激光非晶化

激光非晶化是利用激光使工件表面熔化及快速冷卻的工藝方法，在工件表

面上形成厚度為1-10 μ m 的玻璃態(tài)非晶化組織，這種非晶組織具有高強(qiáng)度、高韌性和高的 耐磨性。

四、問(wèn)答題（10 分）1.試述新型塑料模具鋼的種類及用途。（P129）答： 根據(jù)化學(xué)成分和特殊性能，新型塑料模具鋼 可分為：

① 預(yù)硬調(diào)質(zhì)型

718鋼可視為P20鋼的改良型。H13鋼是典型熱作模具鋼。

這類鋼廣泛用于制造大、中型精密注塑模。② 預(yù)硬易切削型 屬于此類型鋼的有5NiSCa、SMl和8Cr2S等。

這類預(yù)硬易切削塑料模具鋼適用于大、中型注塑模的制造。③ 時(shí)效硬化型 屬于此類鋼的有25CrM3MoAl、PMS、SM2和06Cr聞6MoVTiAl鋼等。

這類鋼很適于制作高精度塑料模，還可在軟化處理至低硬度后，用作冷擠成型法制造 復(fù)雜型腔模具。④冷擠壓成型型 屬于此類鋼的只有LJ和8416兩個(gè)鋼號(hào)。

適用于需要重復(fù)制造型腔或淺型腔的塑料模具?？梢越档统杀?，提高生產(chǎn)率。

第四篇：模具失效總結(jié)

1.1模具的相關(guān)定義、模具壽命的基本概念

模具：其是用來(lái)成型各種工業(yè)產(chǎn)品的一種重要工藝裝備，是機(jī)械制造工業(yè)成型毛坯或零件的一種手段。模具壽命：模具因?yàn)槟p或其他形式失效、終至不可修復(fù)而報(bào)廢之前加工的產(chǎn)品的件數(shù)。制件報(bào)廢：模具生產(chǎn)出的制品出現(xiàn)形狀、尺寸及表面質(zhì)量不符合其技術(shù)要求的現(xiàn)象而不能使用。

模具服役：模具安裝調(diào)試后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過(guò)程。

模具損傷：模具在使用過(guò)程中，出席那尺寸變化或微裂紋、腐蝕等現(xiàn)象，但沒(méi)有立即喪失服役能力的狀態(tài)。

模具失效：模具收到損壞，不能通過(guò)修復(fù)而繼續(xù)服役。

早期失效：模具未達(dá)到一定工業(yè)技術(shù)水平公認(rèn)的使用壽命就不能服役時(shí)。正常失效：模具經(jīng)大量的生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或較均勻地磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)服役。

模具正常壽命：模具正常失效前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目。

1.2模具失效形式基本概念

模具失效：在特定負(fù)荷作用下，具有特定形狀的模具材料的失效

磨粒磨損:工件表面的硬突出物或外來(lái)硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落。

粘著磨損:工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，某些接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，粘合的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開(kāi)，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落。

疲勞磨損:兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落。

氣蝕磨損:當(dāng)模具表面與液體接觸作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸處形成氣泡，氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成微小麻點(diǎn)和凹坑。

沖蝕磨損:液體和固體微小顆粒高速落下，反復(fù)沖擊到模具表面，局部材料流失，在金屬表面形成麻點(diǎn)和凹坑。

腐蝕磨損:在摩擦過(guò)程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦力的機(jī)械作用，引起表層材料脫落。斷裂失效：模具在工作過(guò)程中出現(xiàn)較大裂紋或部分分離而喪失正常服役能力的現(xiàn)象。

韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，端口截面尺寸減少，有頸縮現(xiàn)象。脆性斷裂：斷裂前變形量很小，沒(méi)有明顯的塑性變形量，端口尺寸無(wú)明顯變化，不產(chǎn)生頸縮。

沿晶斷裂：裂紋沿多晶體晶界擴(kuò)展分離產(chǎn)生的斷裂，晶界上存在著脆性相、熱裂紋、蠕變斷裂、應(yīng)力腐蝕等引起的斷裂。

穿晶斷裂：當(dāng)材料韌性較差、存在表面缺陷、承受高的沖擊載荷時(shí)，裂紋的萌生和擴(kuò)展穿過(guò)晶粒內(nèi)部的斷裂。

疲勞斷裂：指在較低的循環(huán)載荷作用下，工作一段時(shí)間后，由裂紋緩慢擴(kuò)展，最后發(fā)生斷裂。

正斷：斷口的宏觀表面垂直于最大正應(yīng)力或最大正應(yīng)變方向的斷裂。切斷：斷口的宏觀表面平行于最大切應(yīng)力方向的斷裂。

1.3模具的性能指標(biāo)相關(guān)概念

模具材料抗失效性能指標(biāo)三大類型：材料抵抗過(guò)量變形失效的性能指標(biāo)、材料抵抗斷裂失效的性能指標(biāo)、材料抵抗表面損傷失效的性能指標(biāo)。

材料抵抗抗過(guò)量變形失效的性能指標(biāo)：彈性變形抗力指標(biāo)和塑形變形抗力指標(biāo) 彈性：材料產(chǎn)生彈性變形的能力，剛度：材料抵抗變形的能力。材料的剛度指標(biāo)：彈性模量E和切應(yīng)變模量G 材料的塑形變形：是指微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分發(fā)生了永久性的位移，并不引起材料的破裂的現(xiàn)象，是不可逆轉(zhuǎn)的變形。材料抵抗斷裂失效性的性能指標(biāo)：模具受載荷的性質(zhì)，斷裂形式分為一次斷裂和疲勞斷裂。當(dāng)模具中的應(yīng)力單調(diào)的增加并超過(guò)一定臨界值時(shí)，材料就會(huì)迅速發(fā)生快速斷裂，當(dāng)模具承受高于一定臨界值的交應(yīng)變力作用時(shí)，經(jīng)過(guò)相當(dāng)多周次的服役后，材料會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。

正斷抗力：衡量材料抵抗正斷的性能指標(biāo)。切斷抗力：衡量材料抵抗切斷的性能指標(biāo)。低應(yīng)力脆斷：材料脆性斷裂事先沒(méi)有明顯征兆，且在名義應(yīng)力較低的情況下突然發(fā)生。

沖擊韌度：可以反映了材料斷裂過(guò)程中吸收能量的大小，包含了加載速度和缺口應(yīng)力集中對(duì)材料斷裂抗力的影響，是衡量材料脆性斷裂抗力的重要指標(biāo)。斷裂韌性：是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力指標(biāo)，表示材料所能承受的裂紋尖端的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子值。

疲勞：模具在循環(huán)應(yīng)力的作用下經(jīng)歷過(guò)一定周期次數(shù)所發(fā)生的斷裂失效。

低周疲勞:最大循環(huán)應(yīng)力接近或高于材料的屈服強(qiáng)度，使材料的應(yīng)力集中處等薄弱部位發(fā)生塑性變形，因而材料在每一周次的循環(huán)應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的一定幅度塑性變形，低周疲勞壽命較短，一般在10^2~10^5次的范圍內(nèi)。

沖擊疲勞：冷鐓模和錘鍛模等在沖擊載荷的多次作用下所發(fā)生的疲勞破壞。熱疲勞：熱作模具工作表面承受循環(huán)熱負(fù)荷，使得表面材料發(fā)生循環(huán)脹縮變形，該變形受到外界的約束不能自由地進(jìn)行時(shí)，使表面材料產(chǎn)生循環(huán)熱應(yīng)力，其反復(fù)作用將使模具表面多處產(chǎn)生沿晶和穿晶裂紋的現(xiàn)象。

材料粘著磨損的抗力指標(biāo)：包括接觸壓力、摩擦速度、熱點(diǎn)溫度、潤(rùn)滑情況等。接觸應(yīng)力：兩物體在壓力作用下相互接觸時(shí)，由于接觸表面處的局部彈性變形所產(chǎn)生的應(yīng)力。接觸疲勞：承受沖擊的模具，其工作表面的某些區(qū)域受較高接觸應(yīng)力的周期作用，經(jīng)過(guò)一定的周次后，在這些區(qū)域中產(chǎn)生深度不同的小片或小塊狀剝落，造成便面上針狀或豆?fàn)畎伎拥默F(xiàn)象。硬度：表達(dá)材料表面上不大體積內(nèi)抵抗變形或破裂能力的衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能。

布氏硬度：用一定大小的載荷，把淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入式樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷后，所計(jì)算的壓痕的表面積與載荷的比值。洛氏硬度：采用壓入硬度試驗(yàn)方法，測(cè)量壓痕深度值的大小來(lái)表示材料的硬度值。1.4表面處理技術(shù)的相關(guān)概念

模具表面處理技術(shù)的目的：能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化、抗熱粘著、抗冷熱疲勞等性能，同是能使材料心部保持原有的強(qiáng)韌性?；瘜W(xué)熱處理：指將鋼件置于特定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入工件表面，以改變表層的化學(xué)成分、組織，是表層具有與心部不同的力學(xué)性能或特殊的物理、化學(xué)性能的熱處理方法。氣相沉積技術(shù)：將含有形成沉積元素的氣象物質(zhì)輸送到工件表面，在工件表面形成沉積層的工藝方法。

熱噴涂技術(shù)：將涂層材料加熱融化，以告訴氣流將起霧化成極細(xì)的顆粒，并很高的速度噴射到事先準(zhǔn)備好的工作表面上，形成涂層。

3.1模具的分類

1.2.3.4.按模具的加工材料的再結(jié)晶溫度分：冷變形模具、熱變形模具、溫變形模具。按模具加工配料的工作溫度分：熱作模具、冷作模具、溫作模具。按模具成型材料分：金屬成型用模具、非金屬成型用模具。

按模具的用途分：鍛造模、沖擊模、擠壓模、拉拔模、壓鍛模、塑料模、陶瓷模、玻璃模、其他。

5.按模具成型工藝分：普通鍛模：鐓鍛模、加熱鍛；擠壓：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓；拉拔：拉絲、拔管；沖壓；壓鑄；塑料成型：模壓成型、擠壓成型、注射成型。

6.按模具失效形式分：表面損傷、過(guò)量變形、斷裂

3.2失效條件有哪些?

答：引起模具失效的因素有內(nèi)因和外因。內(nèi)因即材料方面，包括材料品質(zhì)及加工工藝方面的各種因素;外因即環(huán)境方面，包括受載條件、時(shí)間、溫度及環(huán)境介質(zhì)多個(gè)因素。任何模具的失效都是在材料的強(qiáng)度、韌性與應(yīng)力因素和環(huán)境條件不適應(yīng)的條件下發(fā)生的。

3.3提高模具壽命的途徑

答：提高模具壽命的途徑有： ①合理地設(shè)計(jì)模具;②正確選材，開(kāi)發(fā)模具新材料，改善原材料質(zhì)量;③采用先進(jìn)的熱處理工藝，提高模具熱處理質(zhì)量;④保證加工質(zhì)量，采用新的加工方法;⑤改進(jìn)加工設(shè)備和工藝，合理使用，維護(hù)模具等。3.4模具失效的影響因素有哪些?

答：模具失效既有材料方面的因素也有環(huán)境方面的因素。材料方面原因?yàn)閮?nèi)因，包括材料品質(zhì)及加工工藝方面的因素;環(huán)境方面的因素為外因，包括受載條件、時(shí)間、溫度及環(huán)境介質(zhì)等因素。任何模具的失效都是在材料的強(qiáng)度、韌性與應(yīng)力因素和環(huán)境條件不相適應(yīng)的條件下發(fā)生的。

3.5常用的表面處理技術(shù)有哪些?表面處理的目地？

答：常用的表面處理技術(shù)按其原理可分為：化學(xué)熱處理、表面涂覆處理，表面加工強(qiáng)化處理。滲碳、滲氮、滲硼以多種元素共滲時(shí)屬化學(xué)熱處理；堆焊、鍍硬絡(luò)、超硬化合物涂層屬表面涂覆處理；噴丸屬表面加工強(qiáng)化處理。還有氣相沉積技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、激光表面技術(shù)、電子束表面處理技術(shù)、離子注入技術(shù)等。

表面處理技術(shù)的目的是有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化、抗熱粘著、抗冷熱疲勞等性能，同時(shí)能使材料心部保持原有的強(qiáng)韌性。

3.6影響低周疲勞的因素，低周疲勞特點(diǎn)是什么?

答：低周疲勞的特點(diǎn):最大循環(huán)應(yīng)力接近或高于材料的屈服強(qiáng)度，他足以使材料的應(yīng)力集中處等薄弱部位發(fā)生塑性變形，因而材料在每一周次的循環(huán)應(yīng)力作用下，均產(chǎn)生一定幅度的塑性變形，低周疲勞壽命較短，一般在10^2~10^5次的范圍內(nèi)。

影響低周疲勞的因素: 應(yīng)力集中的影響，表面狀態(tài)的影響，尺寸因素的影響，材料本身的影響

3.7什么是模具的脆性斷裂?影響脆性斷裂的因素有哪些

答：模具的脆性斷裂是指斷裂前變形量很小，沒(méi)有明顯的塑性變形量，端口尺寸無(wú)明顯變化，不產(chǎn)生頸縮。

影響脆性斷裂的因素:取決于材料本身的性質(zhì)和健全度以及模具的工作條件，如應(yīng)力狀態(tài)、工作溫度、加載速度、環(huán)境介質(zhì)等外界因素。

材料的性質(zhì)和健全度：材料的正斷抗力低，剪切屈服強(qiáng)度高時(shí)，起脆性斷裂的傾向大，反之，不易發(fā)生脆性斷裂。材料的體積尺寸越大，所包含的缺陷越多，正斷抗力就越低。

應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料發(fā)生韌性斷裂的傾向越大，反之，應(yīng)力狀態(tài)越硬，材料傾向于脆性斷裂。

工作溫度： 溫度在韌-脆轉(zhuǎn)變溫度以上是材料的性能變化不大，溫度在韌-脆轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)材料處于脆性狀態(tài)。

加載速度：加載速度在臨界值以下時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度升高，正斷抗力變化不大，加載速度增加到臨界值以上時(shí)，材料處于脆性狀態(tài)。

3.8影響模具壽命的因素

答：影響模具壽命的因素有：

① 內(nèi)在因素 主要指模具的結(jié)構(gòu)、模具的材料和模具的加工藝。

1)模具結(jié)構(gòu) 合理的模具結(jié)構(gòu)能使模具在工作時(shí)受力均勻，應(yīng)力集中小，也不易受偏載。

2)模具材料 材料的成份、組織、質(zhì)量及性能對(duì)模具的使用壽命有較大的影響。3)模具的加工工藝 其包括模具毛坯的鍛造、零件的切削加工、電加工和熱處理等。

② 外在因素 包括模具的工作條件和使用維護(hù)、制品的材質(zhì)和形狀大小等。

模具的工作條件包括被加工坯料的狀況，鍛壓設(shè)備的特性及工作條件，模具工作中的潤(rùn)滑、冷卻劑使用維護(hù)狀況。

3.9模具材料抗失效的性能指標(biāo)

答：模具材料抗失效的性能指標(biāo)： ① 材料抵抗過(guò)量變形失效性能指標(biāo)，其主要有彈性變形抗力指標(biāo)和塑性變形抗力指標(biāo)。

1)材料抵抗彈性變形的性能指標(biāo)主要是彈性模量和切變模量。

2)材料抵抗塑性變形的性能指標(biāo)是材料的硬度值，在外力作用下，模具整體或局部產(chǎn)生的應(yīng)力大于模具材料屈服點(diǎn)的應(yīng)力值。

② 材料抵抗斷裂失效性能指標(biāo)的分為快速斷裂抗力指標(biāo)和疲勞斷裂抗力指標(biāo)。

1)材料抵抗快速斷裂的抗力指標(biāo)為正斷抗力和切斷抗力。

2)材料抵抗疲勞斷裂的抗力指標(biāo)為平均應(yīng)力，應(yīng)力半幅，應(yīng)力比、疲勞極限。

3.10模具磨損形成原理

答：磨損分為:磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損。

磨粒磨損:工件表面的硬突出物或外來(lái)硬質(zhì)顆粒存在工件與模具接觸表面之間，刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落。

粘著磨損:工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，某些接觸點(diǎn)局部應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服強(qiáng)度發(fā)生粘合，粘合的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂而拽開(kāi)，使模具表面材料轉(zhuǎn)移到工件上或脫落。

疲勞磨損:兩接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，使表層金屬疲勞脫落。

氣蝕磨損:當(dāng)模具表面與液體接觸作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸處形成氣泡，氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫，使模具表面形成微小麻點(diǎn)和凹坑。

沖蝕磨損:液體和固體微小顆粒高速落下，反復(fù)沖擊到模具表面，局部材料流失，在金屬表面形成麻點(diǎn)和凹坑。腐蝕磨損:在摩擦過(guò)程中，模具表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，再加上摩擦力的機(jī)械作用，引起表層材料脫落。

3.11模具影響粘著磨損與疲勞磨損的因素

答：

影響粘著磨損的因素:

① 材料性質(zhì):材料的塑性越好，粘著磨損越嚴(yán)重;② 材料硬度:模具材料和工件材料硬度相差越大，則磨損越小。③ 模具與工件表面壓力:粘著磨損量隨表面接觸壓力增大而增加。

④ 滑動(dòng)摩擦速度:滑動(dòng)速度在一定范圍內(nèi)，溫度上升有利于抗粘著磨損，超過(guò)這一范圍則使粘著磨損增加。

影響疲勞磨損的因素:

① 材料的冶金質(zhì)量:鋼材中的氣體含量，非金屬夾雜物類型、大小、形貌和分布狀態(tài)是影響疲勞磨損的重要因素。

② 材料的硬度:硬度增加，強(qiáng)度增加，抗疲勞能力增加，但硬度高于一定值時(shí)抗疲勞磨損能力降低。

③ 表面粗糙度:表面粗糙度越小，接觸面積越大，有利于提高抗疲勞磨損的能力。

3.12模具按加工坯料的工作溫度分類，錘鍛模受熱情況

答：按模具加工坯料的工作溫度分： ①熱作模具 高溫下進(jìn)行加工;②冷作模具 常溫下進(jìn)行加工;③溫作模具 介于以上兩者之間。

錘鍛模的受熱: ①鍛前預(yù)熱 模具在使用前先要進(jìn)行預(yù)熱

②與坯料接觸的 在工作中與熾熱坯料接觸進(jìn)一步被加熱

③變形熱.和摩擦 坯料變形以及與型腔表面摩擦所產(chǎn)生的熱量有一部分被模具吸收。

3.13冷擠壓模具分類

答：冷擠壓模分為四種類型:

① 正擠壓 金屬坯料的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同 ② 反擠壓 金屬坯料的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反

③ 復(fù)合擠壓 金屬坯料的流動(dòng)方向一部分與凸模運(yùn)動(dòng)相同，另一部分與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反

④ 徑向擠壓 金屬壞料的流動(dòng)方向垂直于凸模運(yùn)動(dòng)方向 3.14模具材料性能分類，其工藝性能包含什么?使用性能包含什么?

答：模具材料的基本性能包括使用性能和工藝性能。

其使用性能包括:

① 強(qiáng)度 模具材料的強(qiáng)度是模具抵抗失效最重要的性能，常用屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂韌度 作為模具設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。

② 沖擊韌度和沖擊功 其是衡量模具承受沖擊載荷或沖擊能量能力的指標(biāo)。

③ 硬度 是指材料抗外部物體壓入的能力。

④ 耐磨性 是指材料抗磨損的能力。一般，強(qiáng)度或硬度及韌性越高，材料耐磨性越好。

⑤ 耐蝕性 是指材料抗周圍介質(zhì)腐蝕的能力。

⑥ 熱穩(wěn)定性 是指在高溫下，材料保持其組織、性能穩(wěn)定的能力。⑦ 耐熱疲勞 是指高溫下，材料承受應(yīng)力頻繁變化的能力。

其工藝性能包括:

① 鍛造工藝性能 是指材料對(duì)鍛造工藝的適應(yīng)性。② 切削加工工藝性能 是指材料加工的難易程度。

③ 熱處理工藝性能 是指材料在熱處理時(shí)，獲得所需組織、性能的難易程度。

④ 淬透性 是指材料在一定條件下進(jìn)行淬火，獲得淬透層深度的能力。

4.1沖裁模失效分析

沖裁是利用沖裁模在壓力機(jī)上使板料分離的一種沖壓工藝，依靠沖裁模刃口，使板料分離，它既可以直接沖壓出所需的零件，又可以為其他沖壓工藝制造毛坯。板料分離過(guò)程分為四個(gè)階段，即彈性變形階段、塑性變形階段、萌生裂紋階段、裂紋擴(kuò)展分離階段。完成分離后，上模上行，一次沖裁過(guò)程結(jié)束。

模具刃口受力分析：彈性變形階段凸、凹模的端面收正壓力，塑性變形階段開(kāi)始，由于凸模已伸入板料中，而板料的中間部分已伸入凹模刃口內(nèi)，產(chǎn)生了側(cè)壓力，同時(shí)，由于凸凹模與板材發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦力。由于凸、凹模之間存在間隙，沖裁時(shí)兩模受到的力不在同一直線上，所以板材還受轉(zhuǎn)矩的作用，使板材發(fā)生穹彎和翹曲。板材變形后使得凸模刃口和凹模刃口與板材的接觸面積變小。凸、凹模刃口邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中，且所受沖擊力大。

沖裁模的主要失效形式：沖裁時(shí)，使分離板料，受力主要集中于刃口附近，因此它的正常失效形式為磨損，且主要是粘著磨損，同是伴生著磨粒磨損，沖裁過(guò)程不停循環(huán)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生疲勞磨損。有凸、凹模受力分析可知，刃口處磨損最嚴(yán)重，且與凸、凹模的工作行程中可以知道，凸模比凹模磨損得更快。

影響沖裁模失效的主要因素：

① 沖裁間隙

間隙的大小影響凸、凹模刃口對(duì)板料的作用力合力的距離，影響板材剪切過(guò)程的進(jìn)行，同時(shí)也對(duì)凸、凹模的刃口的應(yīng)力情況產(chǎn)生影響。小間隙時(shí)，不利于剪切過(guò)程的進(jìn)行，刃口已發(fā)生啃模的現(xiàn)象，刃口處的應(yīng)力增大，加劇凸、凹模的磨損，易造成模具的早期失效。大間隙時(shí)，板材轉(zhuǎn)矩增大，摩擦力增大，刃口處所受拉應(yīng)力增大，也會(huì)加劇模具刃口磨損。② 壓邊狀態(tài) 沖裁過(guò)程中由于間隙的存在，凹凸模刃口作用力會(huì)形成轉(zhuǎn)矩，造成板料彎曲和翹曲以及坯料相對(duì)于凹模端面滑動(dòng)，部分材料被拉進(jìn)凹模內(nèi)，板料塑性增加，所需沖裁力也增加，落料的外輪廓尺寸變大，由于回彈，落料將脹著凹模內(nèi)，在卸料過(guò)程中，嚴(yán)重摩擦凹模，而剩余板料則套在凸模外，在卸料過(guò)程中，強(qiáng)烈磨損凸模。

提高沖裁模壽命的措施：

1、盡量采用大間隙，降低沖裁力，避免啃模和不均勻磨損；

2、采用彈性卸料板，可提供一定的壓邊力，從而降低沖裁力以及板材對(duì)沖頭和凹模的摩擦磨損；

3、采用導(dǎo)向裝置，保證工作狀態(tài)的均勻間隙，克服刃口的不均勻磨損；

4、增加凸模剛度，增加其抗偏載能力；

5、選取耐磨性好的模具材料，且凸模材料的耐磨性應(yīng)選得比凹模材料的耐磨性好；

6、采用表面強(qiáng)化技術(shù)，提高模具表面的耐磨性；

7、超前維修，避免凸凹模間隙不均而產(chǎn)生附加彎矩及防治磨損溝痕處產(chǎn)生裂紋，提高模具壽命。

4.2斷裂抗力指標(biāo)？如何判別正斷、切斷？脆斷、韌斷？

答：根據(jù)模具所受載荷的性質(zhì)，斷裂形式分別為快速斷裂和疲勞斷裂。當(dāng)模具中的應(yīng)力單調(diào)地增加并超過(guò)一定臨界時(shí)，材料便會(huì)迅速發(fā)生快速斷裂；當(dāng)模具承受高于一定臨界值得交變應(yīng)力作用時(shí)，盡管其最大應(yīng)以低于材料屈服點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)服役后，材料會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。

指標(biāo)：模具的疲勞斷裂是在交變載荷的作用下發(fā)生的，實(shí)際中常采用疲勞極限作為疲勞斷裂失效的抗力指標(biāo)。

斷裂抗力指標(biāo)：工程上采用Sk作為衡量材料抵抗正斷的性能指標(biāo)，稱為正斷抗力；用Tk作為衡量材料抵抗切斷的性能指標(biāo)，稱為切斷抗力；模具材料對(duì)塑性變形的抗力，實(shí)質(zhì)上是剪切屈服強(qiáng)度，用Ts表示。① 當(dāng)載荷增大，使得最大正應(yīng)力值卡與正斷抗力，而自始自終最大切應(yīng)力小于剪切屈服強(qiáng)度時(shí)，材料發(fā)生正斷，斷裂前無(wú)塑性變形，是脆性斷裂。② 當(dāng)載荷增大，先使最大切應(yīng)力大于剪切屈服強(qiáng)度，然后使最大切應(yīng)力大于切斷抗力，而自始至終最大正應(yīng)力小于正斷抗力時(shí)，材料先發(fā)生塑性變形，然后發(fā)生切斷，是韌性斷裂。③ 當(dāng)載荷增大，先使最大切應(yīng)力大于剪切屈服應(yīng)力，繼而使最大正應(yīng)力大于正斷抗力，然而最大切應(yīng)力小于切斷抗力指標(biāo)時(shí)，材料先發(fā)生塑性變形，然后發(fā)生正斷，是韌性斷裂。

什么是韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，斷裂過(guò)程中吸收較多的能量，一般是在高于材料屈服應(yīng)力條件的高能斷裂。

什么是脆性斷裂: 斷裂前的變形量很小，沒(méi)有明顯的塑形變現(xiàn)量。斷裂過(guò)程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允許應(yīng)力條件下的低能斷裂?；蛘呤窃趩握{(diào)增加的載荷作用下，材料尚未發(fā)生宏觀的塑性變形就發(fā)生的正斷，這種現(xiàn)象就是脆性斷裂。4.3錘鍛模失效分析

錘鍛模是在模鍛錘上使用的熱成型模具。錘鍛模上模與錘頭固定，下模與工作臺(tái)的模座固定，工作時(shí)上模隨錘頭向下運(yùn)動(dòng)，與下模合模過(guò)程中成型模鍛件。其工作過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷主要是沖擊力和摩擦力，熱負(fù)荷主要是交替受加熱和冷卻。

受力分析：其工作過(guò)程中受力性質(zhì)復(fù)雜，主要包括，沖擊力，模鍛錘的噸位越大，產(chǎn)生的沖擊力越大；壓力，模具型腔受坯料變形的反作用，是型腔表面承受很大的壓力；內(nèi)應(yīng)力，受模具型腔結(jié)構(gòu)形狀的影響，模具的不同部位會(huì)產(chǎn)生不同狀態(tài)的內(nèi)應(yīng)力，模具結(jié)構(gòu)形狀越復(fù)雜的部位，其應(yīng)力狀態(tài)也比較復(fù)雜。

錘鍛模的主要失效形式：

模鍛有變形和成型雙重功能，只有在高溫下才能實(shí)現(xiàn)材料的變形和成型，坯料溫度較高，模具易軟化，產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)易氧化，產(chǎn)生氧化磨損，也易發(fā)生熱疲勞。且下模與高溫坯料接觸時(shí)間長(zhǎng)，使下模較上模易失效。

模鍛錘是沖擊施力設(shè)備，速度大，動(dòng)能大，鍛模所受的沖擊力很大，容易引起應(yīng)力集中，而造成塑性變形和斷裂。且，沖擊力大，模具中的裂紋擴(kuò)展快，易失效。

模鍛時(shí)坯料整體發(fā)生塑性變形，坯料與模具型腔表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，針對(duì)其高溫高壓的工作換將，模具與坯料易發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦磨損，同時(shí)發(fā)生粘著磨損、熱疲勞磨損、氧化磨損，若鍛件的氧化皮沒(méi)有清除時(shí)，也會(huì)發(fā)生磨粒磨損。型腔中水平面和凸臺(tái)易發(fā)生塑性變形側(cè)面易出現(xiàn)磨損。

錘鍛是，型腔經(jīng)受高溫坯料的一次急熱，鍛件取出后，對(duì)型腔噴冷卻水，模具型腔經(jīng)受一次急冷，在急熱急冷的循環(huán)熱應(yīng)力作用下，模具會(huì)出現(xiàn)疲勞磨損與疲勞裂紋，并導(dǎo)致開(kāi)裂。型腔深處以及燕尾的凹圓角半徑處易萌生裂紋，導(dǎo)致斷裂。

影響錘鍛模壽命的主要因素

1、鍛件

鍛件材料強(qiáng)度高，變形抗力大，模具受力大，壽命低；鍛件質(zhì)量增大，所需的打擊力和打擊功增大，機(jī)械負(fù)荷增大模具壽命低；鍛件形狀，圓餅類中的較復(fù)雜形狀鍛件的鍛模壽命低，長(zhǎng)軸類中的直長(zhǎng)軸鍛件的鍛模壽命高。

2、鍛模：鍛模硬度，型腔硬度、強(qiáng)度低，易產(chǎn)生磨損和塑性圓角半徑變形，硬度過(guò)高又易萌生裂紋，導(dǎo)致開(kāi)裂。型腔深度：型腔越深，充填困難，模具壽命低；圓角半徑：過(guò)小的凸圓角很易引起應(yīng)力集中，萌生裂紋。承擊面積：承擊面積小，單位面積的沖擊力增加，模具易斷裂。

3、模鍛工藝：采用制坯、預(yù)段工序，可減少坯料在終鍛型腔中的變形量，減小變形力和摩擦，模具壽命高。

4、設(shè)備噸位：噸位過(guò)大，壽命低，噸位太小，壽命也低。

5、使用過(guò)程：預(yù)熱溫度高，模具在鍛造中溫度偏高，強(qiáng)度下降，易產(chǎn)生塑性變形。預(yù)熱溫度低，模具始鍛造時(shí)，瞬間表面溫度變化大，熱應(yīng)力大，易萌生裂紋。

提高錘鍛模壽命的主要措施：

1、根據(jù)鍛模大小合理選取模具硬度；

2、根據(jù)模具的形狀的復(fù)雜程度，合理選取模具材料；

3、對(duì)模具型腔表面進(jìn)行表面強(qiáng)化，提高表面的強(qiáng)度、耐磨性，有效提高模具壽命；

4、正確使用與維護(hù)。要鍛前預(yù)熱，控制工作節(jié)奏，避免模具溫度升的過(guò)高，在鍛造過(guò)程中經(jīng)常將模具型腔涂冷卻劑和潤(rùn)滑劑，休息時(shí)對(duì)模具保溫，使用結(jié)束后模具應(yīng)緩冷，模具使用一段時(shí)間后，應(yīng)卸下進(jìn)行去應(yīng)力退火，并提前修模。

第五篇：沖壓模具的失效形式分析與思考

摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了沖壓模具失效的幾種形式，并針對(duì)每種失效形式產(chǎn)生 的原因進(jìn)行了具體分析，提出了相應(yīng)的預(yù)防及解決措施。

關(guān)鍵詞：沖壓模具；失效形式；分析；措施

前言

隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)中起到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。沖壓模具質(zhì)量的好壞直接決定了所沖產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。然而，沖壓模具在使用過(guò)程中，常常出現(xiàn)各種形式的失效情況，應(yīng)對(duì)這些失效，往往需要耗費(fèi)一定的時(shí)間、人力、物力以及財(cái)力資源，嚴(yán)重影響到了工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)度，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此，如何有效地預(yù)防沖壓模具的失效，最大限度的提高其使用壽命，是很多企業(yè)共同面臨的一個(gè)技術(shù)難題。只有對(duì)沖壓模具的失效形式做出正確分析，歸屬其失效類型，才能精準(zhǔn)地找出其失效的原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)其修復(fù)或預(yù)防，延長(zhǎng)其使用壽命。

沖壓模具失效形式概述

2.1 沖壓模具失效的涵義

沖壓模具在使用過(guò)程中，因各種原因如結(jié)構(gòu)形狀、尺寸的變化以及零部件組織與性能的變化等，使得沖壓模具沖不出合格的沖壓件，同時(shí)也無(wú)法再修復(fù)的情形就叫做沖壓模具的失效。鑒定模具是否失效的判據(jù)有三種：一是模具已經(jīng)完全喪失工作能力；二是模具雖然可以工作，但無(wú)法完成設(shè)定的功能；三是模具因結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p害，使用時(shí)存在安全隱患。

2.2 沖壓模具失效的形式

沖壓模具在使用過(guò)程中，因模具本身類型、結(jié)構(gòu)、材料的不同以及實(shí)際工作條件的不同，會(huì)表現(xiàn)出不同的失效形式，主要可分為以下四種。

（1）磨損失效。沖壓模具在正常工作過(guò)程中，往往會(huì)與加工的成形坯料直接接觸，二者之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，造成沖壓模具表面磨損。當(dāng)磨損程度達(dá)到一定限度時(shí)，模具表面失去原來(lái)的狀態(tài)，使之無(wú)法沖出合格的沖壓件，這就是磨損失效。磨損在任何機(jī)械的使用過(guò)程中是不可避免的，因此是一種正常的失效形式，也是沖壓模具失效形式中最為主要的一種。根據(jù)磨損機(jī)理，可將磨損失效細(xì)分為四種：①磨粒磨損失效。當(dāng)坯料與模具接觸的表面間存在硬質(zhì)顆粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在堅(jiān)硬的突出物時(shí)，會(huì)摩擦并刮劃模具的表面，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)使模具表面材料脫落，造成磨粒磨損失效。②黏著磨損失效。沖壓模具作用于坯料時(shí)，彼此之間存在相互作用力，有時(shí)黏著部分會(huì)因受力不均而發(fā)生斷裂，造成模具表面物質(zhì)脫落或轉(zhuǎn)移，這種失效形式就是黏著磨損失效。③疲勞磨損失效。模具的有些部位經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，在與坯料摩擦力的循環(huán)作用下，難免會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)小的裂紋，隨著使用時(shí)間的推移，細(xì)紋逐漸加深，加深到一定尺度時(shí)，造成模具表面物質(zhì)發(fā)生脫落，甚至模具因承載力不足而斷裂。④腐蝕磨損失效。沖壓模具在使用過(guò)程中，模具表面物質(zhì)很容易與周圍介質(zhì)（如空氣、水等）發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，加上摩擦力的作用，時(shí)間久了，就會(huì)造成模具表面物質(zhì)侵蝕變質(zhì)，發(fā)生脫落。

實(shí)際上，磨具與坯料作用時(shí)，磨具表面受到的磨損是極其復(fù)雜并且難以預(yù)測(cè)的，不可能僅僅只受某種磨損方式的影響，因此，實(shí)際生產(chǎn)加工中反映出來(lái)的磨損失效形式可能是多種形式相互作用的結(jié)果。

（2）斷裂失效。所謂的斷裂失效是指沖壓模具因產(chǎn)生較大裂紋或者斷裂為兩部分（數(shù)部分）。斷裂可分為兩種：早期斷裂（一次性斷裂）以及疲勞斷裂。早期斷裂指的是沖壓模具表面受到?jīng)_擊載荷的壓力過(guò)大，超出其負(fù)荷能力，造成迅速斷裂。相反，造成疲勞斷裂的應(yīng)力通常較低，在模具的承受范圍之內(nèi)，但由于這種應(yīng)力的頻繁作用，細(xì)小裂紋開(kāi)始逐漸擴(kuò)展，最后引發(fā)斷裂。

（3）變形失效。沖壓模具在工作過(guò)程當(dāng)中，若是零件所受到的應(yīng)力超出其彎曲極限，就會(huì)發(fā)生塑性變形。當(dāng)塑性形變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)造成模具內(nèi)零件的尺寸和形狀發(fā)生顯著變化，模具無(wú)法再正常使用，也就是變形失效。變形失效的外表現(xiàn)為彎曲、塌陷、鐓粗等。

（4）啃傷失效。沖壓模具因一些客觀原因致使其凸、凹?；ハ嗫腥?，造成沖壓模具崩裂。

3失效原因及措施

沖壓模具失效后，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢查分析，找準(zhǔn)失效的原因，并對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)的解決措施，延長(zhǎng)沖壓模具的使用壽命，提高其經(jīng)濟(jì)效益。以下分析了造成以上幾種失效形式的主要原因，并針對(duì)每種失效形式提出了相應(yīng)的改善措施。

3.1 磨損失效的原因及措施

造成沖壓模具因過(guò)度磨損而失效的原因很多，歸結(jié)起來(lái)可以從三方面來(lái)考慮：一是沖壓模具本身的原因，如模具自身的耐磨性能不好；其工作零件的硬度太低；模架的精度偏低等。二是被沖材料的原因，包括坯料硬度太大，對(duì)模具表面產(chǎn)生過(guò)的摩擦力；被沖材料表面發(fā)生氧化作用，造成摩擦力增大等。三是其他因素的影響。如所添加潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑效果不好等。

針對(duì)以上原因造成的磨損失效，可以從以下幾個(gè)方面加以改善：

（1）選擇合適的模具材料。模具材料的選擇會(huì)因模具用途的不同、生產(chǎn)沖壓件的數(shù)量不同而有所差異。表1給出的是不同用途的模具對(duì)材料的選擇。

表1 不同用途的模具對(duì)材料的選擇

模具用途 生產(chǎn)量 使用模具材料

生產(chǎn)低薄板以及有色金屬 小批量 t10a或t8a等較為低廉的碳素工具鋼

生產(chǎn)厚度≤2nm的鋼材 小批量 9gcr15、9mn2v、9sicr等合金工具鋼

生產(chǎn)厚度≥2nm的鋼材 大批量 gr12mov、gr12工具鋼以及集體鋼、高速鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等

（2）對(duì)沖壓模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理?？梢栽诩訜岽慊鹨郧?，向模具表面進(jìn)行滲雜處理，包括滲硼、滲碳、滲硫、滲氮或碳氮共滲，或在淬火后采用離子滲氮或者氣體軟氮化的技術(shù)對(duì)磨具表面進(jìn)行改性處理，以此來(lái)提高沖壓模具刃口的各種性能，比如耐熱性、耐磨性、抗腐蝕性等。通過(guò)對(duì)沖壓模具表面進(jìn)行化學(xué)或物理氣相沉淀、電火花強(qiáng)化以及激光強(qiáng)化等工藝技術(shù)處理，可以大大提高模具表面的硬度，獲得更好的耐磨性質(zhì)及抗腐蝕、抗粘黏性質(zhì)，從而很大程度地改善磨具的整體性能，極大地提高模具的使用壽命。

除以上措施外，還應(yīng)該對(duì)模具表面適時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑處理，減小模具與被沖器件的摩擦；時(shí)刻關(guān)注生產(chǎn)中容易發(fā)熱的部位，并采取必要的冷卻措施；生產(chǎn)加工前，應(yīng)認(rèn)真檢查坯料的狀態(tài)，對(duì)表面不良的坯料應(yīng)進(jìn)行及時(shí)清理或其他預(yù)先處理；調(diào)整模具凸凹模的合理間隙。

3.2 斷裂失效的原因及措施

造成斷裂失效的原因主要有兩種：一種是過(guò)載斷裂，另一種是擴(kuò)展斷裂。

當(dāng)凸凹模同軸度相差較大，間隙分布不均勻，模架精度偏低時(shí)，會(huì)造成凸模在沖壓過(guò)程中因受到過(guò)大的側(cè)向力而發(fā)生斷裂；凸模表面各個(gè)截面的過(guò)渡部位圓角過(guò)于尖銳，產(chǎn)生高于平均應(yīng)力十倍之上的集中應(yīng)力，造成模具承載后發(fā)生斷裂。對(duì)于這種因過(guò)載而產(chǎn)生的斷裂失效，可采取以下措施加以解決：

（1）改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于沖孔直徑在2.5mm以下，斷面積在52mm2，長(zhǎng)度在12.5mm以上的異型孔凸模，應(yīng)對(duì)桿部進(jìn)行適當(dāng)加粗處理，可用導(dǎo)向圈等工具進(jìn)行加固，加大圓角半徑，確保凸模各部位的過(guò)渡平滑，同時(shí)可采用其他結(jié)構(gòu)如鑲拼或預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來(lái)減少模具應(yīng)力集中的情況。

（2）在沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)模具強(qiáng)度進(jìn)行校核，然后選擇高一級(jí)強(qiáng)度的模具材料，確保模具具有足夠的承載力；對(duì)熱處理件要進(jìn)行抽樣檢查，確保其強(qiáng)度，韌性符合標(biāo)準(zhǔn)。

沖壓模具在生產(chǎn)工作中，造成模具擴(kuò)展斷裂的裂紋有很多種，包括淬火裂紋、回火裂紋、磨削裂紋、自發(fā)裂紋、脫碳裂紋、電加工裂紋等。針對(duì)不同的裂紋有不同的預(yù)防措施。

對(duì)于淬火裂紋的預(yù)防，主要是要對(duì)零件的形狀進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。要將壁厚設(shè)計(jì)得盡可能相等，壁厚相差較遠(yuǎn)的兩部分不能設(shè)計(jì)成一體，采用鑲拼結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)確保各模塊強(qiáng)度盡量一致；轉(zhuǎn)角部分圓角應(yīng)該有較大的半徑，杜絕尖角的情況；對(duì)于熱處理工藝，應(yīng)根據(jù)制件的實(shí)際情況包括其形狀、大小以及材質(zhì)等，選擇適宜的工藝。

對(duì)于回火裂紋的預(yù)防，應(yīng)做到零件在加熱至300℃以前，采取緩慢加熱的方式進(jìn)行，不能加熱過(guò)急，否則會(huì)因熱應(yīng)力過(guò)大而造成開(kāi)裂；回火時(shí)也不能急劇冷卻，應(yīng)進(jìn)行空冷處理，因?yàn)榧崩鋾?huì)產(chǎn)生馬氏體相變應(yīng)力，造成開(kāi)裂。

對(duì)于自發(fā)裂紋的預(yù)防，采用的措施是：淬火后馬上進(jìn)行回火，若是在常溫下放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，零件會(huì)因受到相變應(yīng)力而造成開(kāi)裂。通常淬火到回火的間隔時(shí)間不能超過(guò)3小時(shí)，如果因某些原因不能馬上回火，可以先置于100℃介質(zhì)中進(jìn)行保溫處理，以此來(lái)延長(zhǎng)間隔時(shí)間。

對(duì)于磨削裂紋的預(yù)防，若是淬火零件較多，磨削量較大，可以先進(jìn)行低溫回火（150℃）或中溫回火（300℃）；砂輪整修時(shí)，應(yīng)確保砂輪足夠鋒利并且粒度合適，以此來(lái)降低磨削熱，減小磨削燒傷。

對(duì)于脫碳開(kāi)裂的預(yù)防，可采取的措施是用真空加熱或保護(hù)氣加熱的方法控制加熱溫度，防止工件因受熱溫度過(guò)高而發(fā)生開(kāi)裂。

對(duì)于電火花加工裂紋的預(yù)防，應(yīng)在加工過(guò)程中，盡量采用較小的電規(guī)準(zhǔn)，防止電火花產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫在淬火件表面產(chǎn)生裂紋；加工后應(yīng)對(duì)變質(zhì)表面層進(jìn)行拋光操作。

3.3 變形失效的原因及措施

造成模具變形失效的原因主要是模具表面的負(fù)荷過(guò)大。對(duì)于這種失效形式，可以從材料選擇或強(qiáng)化處理等方面提高受力部位的強(qiáng)度。

3.4 啃傷失效的原因及措施

造成啃傷失效的原因主要有裝配質(zhì)量不過(guò)關(guān)、安裝不當(dāng)、壓力機(jī)的導(dǎo)向精度不高、送料出現(xiàn)誤差等。對(duì)啃傷失效可用高導(dǎo)向精度裝置的模具進(jìn)行生產(chǎn)加工，確保零件位置的精度，減小側(cè)向力，避免凹凸模相互啃傷。

4結(jié)語(yǔ)

沖壓模具失效與其結(jié)構(gòu)、使用材料、工作條件等都有關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)中，模具失效是一個(gè)普遍又復(fù)雜的綜合性問(wèn)題，受到很多因素的共同影響。因此，必須根據(jù)具體實(shí)際情況，進(jìn)行具體分析，找出造成模具失效的原因，并采取相應(yīng)行之有效的措施來(lái)加以預(yù)防或解決。只有這樣，才能使沖壓模具的使用壽命得到最大限度地延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益得到顯著增加。