冲压模具失效形式Word文档格式.docx

1、或因严重的局部磨损和塑性变形而无法继续服役，为早期失效。对于早期失效的模具，必须查找其产生的原因， 努力采取补救的措施。11.1.1冲压模具的工作条件及失效形式 一.冲裁模的工作条件及失效形式 1.冲裁模的工作条件 冲裁模具主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们已经得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和剪裂阶段（见图2.1.3）在 弹性变形阶段，当凸模对板料施加压力时，由于凸模和凹模之间存在间隙，受力部位不在同一垂线上，图2.1.1所示力臂为l板料会在弯 矩M的作用下产生翘曲，与模端面的中心部分脱离接触，。这时板料只和模具的、凹模刃口部分相接触，压力集中于刃口

2、附近。在冲裁过程中，由 于板料的弯曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狭小区域。、凹模刃口区域不仅位于最大端面压应力和最大侧面压应力的交聚处，而且也处于最大端面摩擦力 和最大侧面摩擦力的交汇处，工作时刃口承受着剧烈的压应力和摩擦力作用。 2.冲裁模的主要失效形式 模具刃口所受作用力的大小和板料的力学性能、厚度等因素有关。考虑到板料厚度对模具冲裁负荷的影响，通常可以将冲裁按板料的厚度分为薄板冲裁（t1.5mm）和厚板冲裁对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段。对应于三个阶段，刃口的

3、损伤过程如图 11-3 所示。a ）局部塑变 b ） 摩擦磨损 c ） 疲劳损坏 （初期磨损阶段） （正常磨损阶段） （急剧磨损阶段） 图 11.1.1 冲裁时刃口的损伤过程 （1） 初期磨损阶段 模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷磨损。其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。 （2） 正常磨损阶段 当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化，（见图 11.1.1b ）。这时，刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。磨损进展较缓慢，进入长期稳定的正常磨损阶段，该阶段时间越长，说明其

4、耐磨性能越好。（3） 急剧磨损阶段 刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面出现了损坏剥落（见图 11.1.1c ）。此时进入了急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具已无法正常工作。模具使用时，必须控制在正常磨损阶段以内，出现急剧磨损时，要立即 刃 磨修复。随着刃口的磨损，工件的毛刺高度会不断增加，因此实际生产中，可以通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量允许的毛刺极限值时即进行刃 磨。 从磨损机理上分析，凸 、凹模的磨损主要是粘附磨损和磨粒磨损。粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中，由于高压产生了局部的相互粘着和咬合现象当接触面相对滑

5、动 时，粘附部分便发生剪切引起磨损。磨粒磨损是指模具工作时表面剥落的碎屑嵌入工作部件表面，成为磨料，使其逐渐磨损的过程。冲裁硬度较高的金属材料（如高 碳钢、硅钢）时， 因材料 的硬粒或碳化物剥离而产生磨粒磨损。当冲压高韧性材料（如奥氏体不锈钢）时，易产生粘附磨损。 一般情况下，凸模的磨损要快于凹模，这是因为凸模刃口处的承力面积小于凹模，在同一冲裁力的作用下，凸模刃口处单位面积承受的压应力要比凹模刃口处更大一 些；同时，在每一次冲裁过程中， 凸模都 要切入并退出板料，前后经历两次摩擦，而凹模和板料的分离部分仅发生一次摩擦。 而且，凹模的淬火硬度通常高于凸模，这一切使得凸模的磨损要比凹模更快。 此

6、外， 凸模退出板料时，需要有一定的卸料力将板料从 凸模上 卸下，卸料力与作用在凸模上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损，这也是致使凸模崩刃的原因之一。 对于厚板冲裁模，由于凸 、凹模受到的作用力增大，在过大应力的作用下，不仅会产生磨损，而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当冲裁 凸模较 细长时，还会引起弯曲变形或折断，如图 11.1.2所示。a） 崩 刃 b） 弯曲 c） 折断 图 11.1.2 凸 模断裂和塑性变形 二. 拉深模的工作条件及失效形式1. 拉深模的工作条件 拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉 深过程 中模具的受力状态如图 11-5

7、 所示。拉深时 凸 模下压板料毛坯，拉 深力通过凸 模底部和 凸模 圆角部位传导给毛坯，板料毛坯的外缘部分通过凹模端面与压边 圈之间被拉入凸模与 凹模之间的间隙。在 拉深力 P 动 、压边力 P 压 以及 毛坯与模具工作部件相对运动产生的动摩擦力的作用下， 凸 模圆角半径处受到压力 P 1 和摩擦力 F 1 ；凹模圆角半径处受到压力 P 2 及摩擦力 F 2 ；凹模端面部位 半受到 了压力 P 3 和摩擦力 F 3 ；压边圈与板料相接触的部位受到了压力 P 4 和摩擦力 F 4 的作用。图 11.1.3 拉深时模具的受力 在拉深开始阶段， 凸 模圆角半径处的板料被弯曲拉伸并作相对运动，摩擦力

8、F 1 使 凸 模圆角半径受到磨损。随着拉深的进一步进行，已变形板料紧贴凸模圆角半径部位并开始产生应变硬化，相对运动大大减弱，摩擦力变小。但是在整个拉深过程中， 凹模圆角半径处、凹模端面以及压边圈相应部位始终与板料作相对运动，产生剧烈摩擦，压应力和摩擦力都很大，因此凹模与压边圈的磨损现象始终存在。 拉深模的主要失效形式 由于拉深模具的工作部件没有刃口，受力面积大，工作时无严重的冲击力，因此， 拉深模不易 出现塑性变形和断裂失效。但是工作时存在着很大的摩擦，拉深模具的主要失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主，是拉 深过程 中常出现的问题和模具失效的重要原因。粘附磨损的部位发生在 凸 模

9、、凹模的圆角半径处，以及凹模和压边圈的端面，其中以凹模和压边圈的端面粘附磨损最严重。模具与工件表面产生粘附磨损后，脱落的材料碎屑会成为磨粒，从 而伴生出磨粒磨损。磨粒磨损将使模具表面更为粗糙，进而又加重粘附磨损。 从显微观 察看，模具和坯料的表面都是凹凸不平的，由于模具表面的硬度高于坯料，相互挤压摩擦时会将坯料表 面刮下的碎粒压入模具表面的凹坑。在拉 深过程 中，坯料的塑性变形以及坯料和模具工作部件表面的摩擦，会产生出热能。特别是在某些塑性变形严重和摩擦剧烈的局部区域，所产生的热能造成了高温，破坏了模 具和坯料表面的氧化膜和润滑膜，使金属表面裸露，促使材料分子之间相互吸引，并使模具表面凹坑里的

10、坯料碎屑熔化，和模具表面焊合，形成坚硬的小瘤，即粘结 瘤。这些坚硬的小瘤，会使 拉深件表面粗糙度 变差，严重时将在产品的表面 刻划 出刻痕，擦伤工件，并且加速模具的不均匀磨损，这种失效形式又 称为粘模 。此时，需对模具进行修磨，除去粘附的金属。 拉深模的 重要问题，就在于如何防止粘附的金属小瘤。 在拉深工作中，出现拉深粘模的问题，与被拉深坯料的化学成分、所使用的润滑剂及模具工作部件的表面状况等因素有关。镍基合金、奥氏体不锈钢、 坡莫合金 、精密合金等材料拉深时极易 发生粘模 。为保证产品的质量， 拉深模的工作部件表面不允许出现磨损痕迹，必须具有较低数值的表面粗糙度和较高的耐磨性。 三. 冷挤压

11、模的工作条件及失效形式 1.冷挤压模的工作条件冷挤压模具工作时，将大截面的坯料挤压为小截面的工件，坯料受到强烈的 三向压应力 作用，发生剧烈的塑性流动，由于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力高达 1960MPa 以上，使模具承受强大的挤压反作用力和摩擦力。摩擦功和变形功转化成热能， 使模具表面升温达 300左右（局部可达300以上）。此外，每一次挤压过程都是在很短的瞬间完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又下降，就是说模具还承 受着冷热交变温度和多次冲击负载的作用。如此严酷的工作条件，使得冷挤压模具的使用寿命比其它模具要低。 2. 冷挤压模的主要失效形式 冷挤压模具

12、的 凸 、凹模由于受力状况有所不同，所以失效形式有所差异，一般 凸 模易于折断，凹模易于胀裂。冷挤压凸模的失效形式主要有折断、磨损、 镦粗 、疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的失效形式主要有胀裂和磨损。 冷挤压模具的磨损主要是磨粒磨损和粘附磨损，磨损主要发生在 凸 模的工作端部和凹模内壁。模具表面温度的升高可能会使模具材料的表层软化，从而加速磨损失效的过程。 冷挤压时， 凸模可能 在弯曲应力或应力集中的作用下折断，或因脱模时的拉应力拉断。 凸模肩部由于承受很高的压应力和摩擦力，易产生麻点和磨损，成为导致凸 模折断的 疲劳源 。若凸模选材或热处理不当，在压应力和弯曲应力的作用下，将产生纵向弯曲或

13、镦粗，镦粗一般 发生在 距工作 端部 1/31/2 凸模工作 长度处。一旦发现 凸模镦粗 ，应立即重磨。如果 凸模因 抗压强度不够 发生镦粗 ，在工作部位表面会产生拉应力，引起表面纵裂。若继续挤压，裂纹将扩展并连接起来，造成掉块（凹模表面成片剥落）。 若凹模抗拉强度不够，挤压时在切向拉应力的作用下，会产生胀裂（纵向开裂）， 凹 模型 腔 变化的部位会发生横向开裂。如果采用预应力组合凹模，长期工作中内层凹模型腔内壁会因拉、压交变循环的切向应力作用导致疲劳开裂。 任何模具，其失效形式并非一成不变。模具在服役过程中，在不同的部位，会承受不同形式的作用力，可能导致出现多种损伤形式并存的现象。 由于模具

14、材料的性能、模具的结构、制造工艺、压力加工设备的特性和加工操作方法的不同，各种损伤形式的发展速度有很大的差异，多种损伤形式的相互促进会加速模具的失效。因此，同样的模具可能会导致完全不同的失效形式和服役寿命。 对模具进行失效分析，不仅要查明其失效形式、失效原因及影响因素，还应当了解其它可能导致损伤的原因及影响因素，掌握全面的情况。在克服某一种失效形式时，还要防止其它损伤的发展，以确保和延长模具的服役期限。 11.1.2 影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施 一. 影响冲压模具寿命的因素 模具因磨损或其它形式失效，不可修复而报废之前所加工的产品件数，称为模具的使用寿命。为了提高冲压模具的寿命，必须对已失效的模具进行分析，了解和掌握失效的原因和影响模具寿命的主要因素。1. 模具材料的影响（1） 模具材料性能的影响 各种模具材料的硬度、