模具材料失效分析

2022-09-02 12:00:05 字數 6020 閱讀 7672

1.模具壽命定義:模具因為磨損或其他形式失效、終至不可修復而報廢之前所加工合格產品的件數稱為模具的使用壽命,簡稱模具壽命。

2.失效定義:模具受到損壞,不能通過修復而繼續服役時叫模具失效。

3.模具壽命與成本的關係:產品成本隨著模具壽命的增加而下降,提高模具壽命可降低成本。 考慮兩個因素:應根據批量選擇不同的模具材料和製造工藝。

4.磨損失效:由於相對運動產生磨損,使模具尺寸或表面狀態發生改變,使之不能繼續服役的現象,叫磨損失效。

5.磨粒磨損:外來硬質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的現象。工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨損也叫磨粒磨損。

6.粘著磨損:工件與模具表面相對運動時,由於表面凹凸不平,粘著的結點發生剪下斷裂,使模具表面材料轉移到工件上或脫落的現象。

7.脆性斷裂:斷裂時不發生或發生較小的巨集觀塑性變形的斷裂,分為一次性斷裂和疲勞斷裂。

8.多種失效形式的互動作用:(1)磨損對斷裂及塑性變形的促進作用,。

磨損溝痕可成為裂紋的發源地,當由磨損形成的裂紋在有利於其向縱深發展的應力作用下,就會造成斷裂。模具區域性磨損後,會帶來承載能力的下降和偏載,造成另一部分承受過大應力而產生塑變。(2)塑性變形對磨損和斷裂的促進作用。

區域性塑變會改變模具零件正常的配合關係,模具間隙變小引起不均勻磨損,會加快磨損速度進而促進磨損失效。另一方面,塑變後間隙不均勻,承載面變小,會帶來附加偏心載荷,造成區域性應力集中,並由此產生裂紋,促進斷裂失效。

9.圓角半徑的影響及措施:模具零件的兩個面相交處常用圓角過渡,工作部位的圓角半徑對成形件質量和模具壽命影響很大。

(1)凸的圓角半徑對成形工藝影響大。過小的凸圓角半徑在板料拉深中增加成形力,在模鍛中易造成鍛件摺疊缺陷。(2)凹的圓角半徑對模具壽命影響大。

小的凹圓角半徑會使區域性受力惡化,在圓角半徑處產生較大的應力集中,易萌生裂紋導致斷裂。【措施】增大圓角半徑,使模具受力均勻,不易產生裂紋。

10.成形件材質與模具壽命的關係:成形件的材質有金屬和非金屬、固體和液體之分。

(1)非金屬材料和液體材料由於強度低,所需成形力小,模具受力小,模具壽命高。金屬件成形模具比非金屬件成形模具的壽命低。(2)固態金屬件的強度越高,所需的變形力就越大,模具承受的力也越大,模具壽命低。

(3)鋁、銅等有色金屬件的成形模具比黑色金屬件的壽命高。(4)工件與模具的親和力越大,在成形時越容易發生粘著磨損,模具壽命越低。(5)模具的表面越平整、均勻,則模具磨損越小,壽命越高。

11.服役溫度對模具壽命的影響:溫度越高,模具材料強度下降得越厲害,溫度衝擊和熱應力越大,易產生塑性變形,模具壽命越低。

12.裂紋臨界應力強度因子k:表徵材料抗裂紋擴充套件的能力。

13.下料後應先鍛造(改善金屬塑性,消除鑄造缺陷),然後再成形和熱處理。

14.模具熱處理的缺陷:(1)「氧化」使模具表面形成氧化皮,影響冷卻的均勻性。

「脫碳」會造成淬火後硬度不足,出現軟點。【措施】鹽浴爐加熱,箱式保護加熱。(2)由於加熱溫度過高或高溫時間過長,引起晶粒粗大的現象,稱為「過熱」 。

如果加熱溫度遠遠超過了正常加熱溫度,在晶界出現熔化和氧化的現象稱為「過燒」。模具過熱會使力學效能變差,熱處理易變形開裂,降低模具壽命。模具過熱可通過退火和重新淬火的方法來補救,但模具過燒只能報廢。

15.現場維護:模具安裝在裝置上,在工作之前、工作之後和工作間隙停頓時的維護。

16.現場維護的方式:(1)預熱(2)工作間隙時的保溫(3)停工時的緩冷

17.非現場維護:模具從裝置上拆下來的維修。原因:避免早期失效。

18.非現場維修的方式:(1)去應力退火(2)超前修模

19.冷作模具主要分為:衝裁模、拉拔及壓型模、冷鐓和冷擠模

20.衝裁模特點:(1)工作條件:

主要承受衝擊力、剪下力。(2)失效形式:磨損、崩刃。

(3)效能要求:高的硬度、高的耐磨性,一定的韌性,較高的抗彎強度和高的斷裂應力。

21.拉拔模及成形模特點:(1)工作條件:

工作時物料受拉應力延伸變形。(2)失效形式:模具因嚴重磨損而失效,因表面產生溝槽而報廢,還產生咬合、擦傷、變形等失效。

(3)效能要求:對拉拔模,要求很高耐磨性,高的硬度,好的抗咬合性。對成型模除要求以上拉拔模這些效能外,還要求一定強韌性。

22.冷鐓模特點:(1)工作條件:

工作時,物料受強烈鐓擊。在室溫狀態下,塑變抗力大。冷鐓多在高速冷鐓機上進行,工作條件繁重,工作環境惡劣,衝頭受巨大衝壓力和摩擦力,凹模承受衝脹力及摩擦力,產生劇烈的摩擦。

(2)失效形式:模具被鐓粗,區域性變形及破裂。(3)效能要求:

要求足夠的硬度,凸模要求60—62hrc,凹模要求58-60hrc,並要求模具型麵有適當的硬化深度和硬化分布,心部有足夠的強度和韌性。

23.冷擠模特點:使金屬在強大的均勻的近於靜擠壓力作用下產生塑性流動而成型產品的模具。

(1)工作條件:在工作時,物料承受強烈的三向壓應力作用,金屬發生劇烈的流動,變形位移大。模具承受強大的擠壓力,同時還有很大的摩擦力產生。

(2)失效形式:冷擠模主要會產生變形、磨損、衝頭折斷(因偏心彎曲)等失效。(3)效能要求:

要求模具有高的強度和硬度,並有一定的韌性,以防衝擊折斷。凸模要求60—64hrc,凹模要求58-62hrc。當韌性要求較高時硬度可降為54-58hrc.

由於工作時產生較大的溫公升,所以還應具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性。

24.【冷作模具鋼的選材】(1)按模具大小選擇:尺寸很小時選用高碳工具鋼,尺寸一般時選用高碳低合金工具鋼,尺寸巨大時選用高耐磨鋼。

(2)按模具形狀和受力選擇:形狀簡單,不易變形截面不大,載荷較輕時選用高碳工具鋼,或高碳低合金鋼。反之,形狀複雜,易變形,截面大,載荷重的可選用高耐磨工具鋼。

(3)按模具效能要求選擇:若要求耐磨性好、淬火變形小,則選用高耐磨鋼或高速鋼。若要求衝擊韌性好,則選用中碳合金鋼。

(4)按生產批量選用:中小批量選用高碳工具鋼或高碳低合金工具鋼。大批量選用高耐磨工具鋼。

(5)按模具用途選擇:冷沖模具選用普通工具鋼,冷擠壓模具選用低碳鋼、高速鋼或基體鋼。

25.冷作模具鋼的分類標準:成分和效能。

(1)按元素成分劃分如下。可分為碳素冷作模具鋼、低合金冷作模具鋼、中合金冷作模具鋼、高合金冷作模具鋼。隨著合金元素的增加,鋼材的淬透性、耐磨性、強韌性隨之提高。

並且隨著合金元素的增加,模具的承載能力也得到加強,因此模具尺寸可以隨之增大,生產能力也隨之提高。(2)按元素成分選用如下。【碳素冷作模具鋼】又叫碳素工具鋼,加工性好,便宜,適合作尺寸小、形狀簡單、輕載荷的模具零件。

但淬透性低,淬火溫度範圍窄,淬火變形大,與壽命短,不宜作大中型和複雜模具。【低合金冷作模具鋼】強度、耐磨性、淬透性一般。適合作小批量的衝裁模、彎曲模、拉延模。

【中合金冷作模具鋼】強度、淬透性和耐磨性都很好,適用於大中型、大批量生產的衝裁模、彎曲模、拉延模。【高合金冷作模具鋼】具有優秀的強度、淬透性和耐磨性。適用於大批量生產的衝裁模、彎曲模、拉延模、鐓鍛模、冷擠模。

(3)按效能分類如下。低淬透性冷作模具鋼、低變形冷作模具鋼、微變形冷作模具鋼、高強度冷作模具鋼、高強韌冷作模具鋼、抗衝擊冷作模具鋼。(4)按效能選用如下。

【低淬透性冷作模具鋼】以碳素工具鋼為主,加工性好,具有一定的韌性和疲勞抗力,但淬透性、回火抗力和耐磨性不好,適用於中小批量生產模具和一定的抗衝擊載荷模具。【低變形冷作模具鋼】以高碳低合金鋼為主,淬透性較好,但韌性及耐磨性低,用於中小批量生產,也可作形狀複雜模的基本鋼種。【微變形冷作模具鋼】以高碳高鉻或中鉻鋼為主,特別是cr12型別鋼,具有高淬透性、中等回火抗力、高耐磨性、淬後體積變化微小,但變形抗力、抗衝擊能力有限。

可作為大批量生產的基本模具材料,中等載荷生產的主要模具材料。【高強度冷作模具鋼】以高速鋼為主,抗壓強度、回火抗力、耐磨性都很高,但**貴,而且韌性差,是冷擠壓模具的基本材料。【高強韌冷作模具鋼】以基體鋼為主,中碳高合金成分,具有高強度及高韌性,用於要求綜合性能優良的過載冷作模具鋼。

【抗衝擊冷作模具鋼】以中碳合金鋼為主,抗衝擊疲勞性極好,耐磨性差,抗壓強度低,用於衝剪工具,精壓模,冷鐓模的基本材料。

26.錘鍛模的三個方面。(1)工作條件:

大的衝擊載荷,拉應力、壓應力和彎曲應力 。(2)失效形式:粘著磨損,磨粒磨損,氧化,斷裂,熱疲勞裂紋引起的龜裂,塑性變形。

(3)效能要求:在高溫下保持高的強度和良好的衝擊韌性,高的耐磨性及一定的硬度,優良的耐熱疲勞性,高的淬透性,良好的導熱性和抗氧化性。

27.高速錘鍛模的三個方面。(1)工作條件:模具打擊速度快,打擊能量大,成型時間短,瞬時衝擊大,容易超載

1.特殊用途熱作模具鋼的分類:奧氏體耐熱鋼,高速工具鋼,超高強度鋼,,馬氏體時效鋼。

2.壓力機模鍛的選材:(1)要求較低的壓力機模鍛,採用低耐熱高韌性鋼,如5cr2nimov鋼,4crmnmosiv鋼,後者壽命比5crnimo高出25%—110%.

(2)一般選用中耐熱韌性鋼製作壓力機鍛模,如採用4cr5mosiv鋼,4cr5w2siv鋼。(3)要求較高壓力機模鍛,可選用高耐熱性鋼如3cr2w8v鋼。

1、模具壽命:因磨損或其他形式的失效、終至不可修復而報廢之前所加工的產品的件數。

2、模具失效:模具受到破壞,不能通過修復而繼續服役時叫做模具的失效。

3、模具壽命與產品成本的關係?產品成本隨著模具壽命的增加而下降。

4、產品成本的因素:模具材料,製造工藝。

5、模具失效分類:①磨損失效(磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損、腐蝕磨損)②斷裂失效③塑性變形

6、磨損失效:由於表面的相對運動,從接觸表面逐漸失去物質而使模具的尺寸發生變化或改變了模具的表面狀態使之不能繼續服役。

7、模粒磨損:外來硬質顆粒存在工件與模具接觸表面之間,刮擦模具表面,引起模具表面材料的脫落。

8、粘著磨損:工件與模具表面相對運動時,由於表面的凹凸不平,粘著的結點發生剪下斷裂,使模具表面材料轉移到工件上或脫落的現象。

9、脆性斷裂:斷裂時不發生或發生較小的巨集觀塑性變形的斷裂,分為一次性斷裂和疲勞斷裂。

10、多種形式的互動作用:①磨損對斷裂及塑性變形的促進作用:磨損溝痕可成為裂紋的發源地。

當有磨損形成的裂紋在有利於其向縱深發展的應力作用下,就會造成裂紋。模具區域性磨損後,會帶來承載能力的下降以及易受偏載,造成另一部分承受過大說我盈利而產生塑性變形。②塑性變形對磨損和斷裂的促進作用:

區域性塑性變形後,改變了模具零件間正常的配合關係。如模具間隙不均勻,間隙變小,必然造成不均勻磨損,磨損速度加快,促進磨損失效。另塑性變形後,模具間隙不均勻,承力面變小,會帶來附加的偏心載荷以及區域性應力過大,造成應力集中,並由此產生裂紋,促進斷裂失效。

11、模具壽命的影響因素:模具結構、模具工作條件、模具材料效能、模具製造、模具管理與維護

12、圓角半徑對模具壽命的影響?採取啥措施?過小的凸模圓角半徑在板料拉深中增加成形力,在模鍛中,易造成鍛件摺疊缺陷。

過小的凹模圓角半徑會使區域性受力惡化,在圓角半徑處產生較大的應力集中,易萌生裂紋,導致斷裂。大的圓角半徑使模具受力均勻,不易產生裂紋。措施:

在凸模圓角半徑處採用潤滑;選擇合理的間隙。採用預應力加強環,可使模具產生預切向壓應力。

13、壽命與材質的關係?金屬件成形模比非金屬件成形模的壽命低,因為非金屬件材料的強度低,所需的成形力小,模具受力小,模具壽命高。鋁、銅等有色金屬件模具比黑色金屬成形件壽命高。

14、溫度與壽命的影響?坯料溫度越高,模具材料強度下降越厲害,溫度應力和熱衝擊越大,模具壽命越低。

15、裂紋臨界應力強度因子:材料抗裂紋擴充套件的能力。

16、下料之後為什麼要先鍛造然後再成型熱處理?通過鍛造可以獲得所需要的模組內部組織和使用效能以及近似形狀的尺寸,改善材料內部缺陷。

17、氧化和脫碳:模具熱處理加熱過程中如果不採取措施,超過一定溫度後就會產生氧化和脫碳。氧化使表面形成氧化皮,影響模具冷卻的均勻性。

脫碳則造成淬火後硬度不足,或出現軟點。採用鹽浴爐加熱和箱式保護加熱可有效防止。

18、過熱:由於加熱溫度過高或是高溫下加熱時間過長,引起晶粒粗化的現象。模具過熱會使力學效能變差,熱處理易變形、開裂。

過熱可通過退火,然後按正確的淬火工藝重新淬火的方法挽救,但過燒只能報廢。

19、過燒:加熱溫度遠遠超過了正常的加熱溫度,以致晶界出現熔化和氧化的現象。

20、模具維護:①現場維護:預熱、間歇工作時的保溫、停工時的緩冷②非現場維護:去應力退火、超前修模

21模具的失效因素:熱處理52.2,原材料17.8,使用10,機械加工8.9,鍛造7.8,設計3.3

22、熱處理工藝效能:要求熱處理變形小,淬火溫度範圍寬,過熱敏感性小,脫碳敏感性低,要有足夠的淬硬性和淬透性。

失效分析操作流程

5.2.6實驗用的儀器 裝置均要求做記錄。5.2.7改善措施和設計準則在評審前不用填。6 失效分析管理流程 6.1由失效現象發現部門向失效分析小組提出失效分析需求。6.2由組長或部門經理批准是否需要做失效分析。6.3成立失效分析專案小組,對失效產品取樣和正常產品的隨機抽樣。6.4失效分析過程 6.4...

設計失效模式分析DFMEA

1.目的 確定與產品相關的設計過程潛在的失效模式,確定設計過程中失效的起因,確定減少失效發生或找出失效條件的過程控制變數並編制潛在失效模式分級表,為採取預防措施提供對策。2.適用範圍 本程式適用於新產品設計 產品設計變更時的樣品試驗階段的fmea分析。3.職責 3.1 專案組 負責設計潛在失效模式和...

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