1、模具失效与寿命授课人：曾珊琪2009-20102009-2010（第（第1 1学期学期)22023年1月25日第五章第五章 影响模具寿命的因素影响模具寿命的因素n模具结构设计模具结构设计n模具材料模具材料n模具的热加工和冷加工模具的热加工和冷加工n模具的使用状况等。模具的使用状况等。32023年1月25日第一节第一节 模具结构模具结构n合理的模具结构，使模具在工作时合理的模具结构，使模具在工作时受力均受力均匀匀，应力集中小应力集中小，也，也不不易受易受偏载偏载。n模具种类多，形式和工作环境差别很大。模具种类多，形式和工作环境差别很大。n各有特性，但在结构方面也有共性的问题，各有特性，但在结构方
2、面也有共性的问题，如：几何形状和刚度。如：几何形状和刚度。42023年1月25日一、模具的几何形状一、模具的几何形状n影响模具寿命的几何形状因素：影响模具寿命的几何形状因素：模具的圆角半径、模具的圆角半径、凸模端面形状、凸模端面形状、凹模锥角的大小、凹模锥角的大小、凹模截面变化的大小等。凹模截面变化的大小等。模具结构52023年1月25日（一）圆角半径n采用圆角结构采用圆角结构可以获得良好可以获得良好的工艺效果，的工艺效果，同时，也可避同时，也可避免拐角处产生免拐角处产生应力集中应力集中。模具几何形状62023年1月25日n从应力图可以看出，不同拐角形式产生的应力集从应力图可以看出，不同拐角形
3、式产生的应力集中源不同，中源不同，圆角半径越大应力分布越均匀圆角半径越大应力分布越均匀，越不，越不容易产生应力集中，拐角为尖角结构时应力集中容易产生应力集中，拐角为尖角结构时应力集中最严重。最严重。模具几何形状72023年1月25日n圆角半径分为圆角半径分为:n外外(凸凸)圆角半径圆角半径n内内(凹凹)圆角半径圆角半径 模具几何形状82023年1月25日v凸圆角半径对工艺影响大n过小的凸圆角半径过小的凸圆角半径在板料拉深中增加成型力；在板料拉深中增加成型力；在模锻中，易造成锻件折叠缺陷。在模锻中，易造成锻件折叠缺陷。模具几何形状92023年1月25日v凹的圆角半径对模具寿命影响大n小的凹圆角半
4、径会使局部受力恶化，在四小的凹圆角半径会使局部受力恶化，在四角半径处产生较大的角半径处产生较大的应力集中应力集中，易萌生，易萌生裂裂纹纹导致导致断裂断裂。n大的圆角半径使模具大的圆角半径使模具受力均匀受力均匀，不易产生，不易产生裂纹。裂纹。n非工作部位凹圆角半径过小，在使用过程非工作部位凹圆角半径过小，在使用过程中也易造成中也易造成应力集中应力集中，使抗，使抗偏载偏载、抗冲击、抗冲击的能力降低。的能力降低。模具几何形状102023年1月25日n从图中可以看出，在采用同一模具条件下，过渡从图中可以看出，在采用同一模具条件下，过渡半径半径R由由2.3增大到增大到3.2，模具寿命就从，模具寿命就从1
5、.5万件提万件提高到高到2万件。万件。模具几何形状112023年1月25日（二）几何角度 n1.1.凹模的锥角和截面变化凹模的锥角和截面变化 n模具的工作角度对成形过程中坯料的模具的工作角度对成形过程中坯料的流动、成形力及模具寿命有很大的影流动、成形力及模具寿命有很大的影响。响。模具几何形状122023年1月25日模具几何形状132023年1月25日1.凹模的锥角和截面变化n以挤压为例：正挤以挤压为例：正挤压时，主要是凹模压时，主要是凹模对挤压力产生影响，对挤压力产生影响，为了便于金属塑性为了便于金属塑性流动和减小模具负流动和减小模具负荷，一般都将凹模荷，一般都将凹模出口部分设计成锥出口部分设
6、计成锥形，如图示。形，如图示。模具几何形状142023年1月25日n从图中看，挤压从图中看，挤压力的大小不仅与力的大小不仅与入口角入口角大小有大小有关，还与锥形进关，还与锥形进口正挤压凹模的口正挤压凹模的截面变化量截面变化量lnA0/A1有关。有关。模具几何形状152023年1月25日1.凹模的锥角和截面变化n冷挤压凹模的型腔截冷挤压凹模的型腔截面变化越小，尺寸过面变化越小，尺寸过渡越平缓，则挤压力渡越平缓，则挤压力越小，模具寿命越高。越小，模具寿命越高。模具几何形状162023年1月25日2.凸模的端面形状 n平底带锥台的凸模平底带锥台的凸模（图（图a），端部受力面积较大，），端部受力面积较
7、大，因此单位面积承受的因此单位面积承受的挤压力挤压力比比平底凸模平底凸模（图（图b）可）可降低降低20%，模具寿命也相应提高，模具寿命也相应提高 模具几何形状172023年1月25日n当变形程度当变形程度F F不不是很大时，以是很大时，以平底平底凸模凸模所受的单位挤所受的单位挤压力最大，压力最大，半球面半球面凸模凸模的挤压力最小，的挤压力最小，平底带锥台凸模平底带锥台凸模居居中。中。1-平底凸模平底凸模 2-平底带锥台凸模平底带锥台凸模 3-锥角凸模锥角凸模a=120 4-半球面凸半球面凸模模 模具几何形状182023年1月25日n变形程度过大时，变形程度过大时，球面凸球面凸模模的单位挤压力会
8、急剧上的单位挤压力会急剧上升。升。n平底凸模平底凸模刃口处增加圆角刃口处增加圆角半径，可降低挤压力；半径，可降低挤压力；n凸模端部设计成平底带锥凸模端部设计成平底带锥台形，对减轻挤压力也有台形，对减轻挤压力也有明显效果。明显效果。1-平底凸模平底凸模 2-平底带锥台凸模平底带锥台凸模 3-锥角凸模锥角凸模a=120 4-半球面凸模半球面凸模 模具几何形状192023年1月25日n中心锥角中心锥角为为120120130130的凸模结构比较的凸模结构比较合理。锥角过大，对降合理。锥角过大，对降低挤压力的作用并不明低挤压力的作用并不明显，锥角过小易造成侧显，锥角过小易造成侧向分力不平衡，引起凸向分力
9、不平衡，引起凸模偏斜、弯曲或折断。模偏斜、弯曲或折断。1-平底凸模平底凸模 2-平底带锥台凸模平底带锥台凸模 3-锥角凸模锥角凸模a=120 4-半球面凸模半球面凸模 模具几何形状202023年1月25日凹模锥角的最佳取值计算公式凹模锥角的最佳取值计算公式n在此值下，模具承受的力最小，在此值下，模具承受的力最小，寿命最高。寿命最高。变薄拉深变薄拉深l t0t变形比、变形比、摩擦系数摩擦系数模具几何形状212023年1月25日n对于锤锻模、压铸模、塑料模等型腔对于锤锻模、压铸模、塑料模等型腔模，型腔结构常需要考虑脱模斜度以模，型腔结构常需要考虑脱模斜度以便制件脱模。便制件脱模。n型腔型腔脱模斜度
10、脱模斜度对模具型腔侧壁及底部对模具型腔侧壁及底部的的应力状态应力状态也有直接的影响。也有直接的影响。模具几何形状222023年1月25日二、模具结构形式（一）整体模具与组合模具（一）整体模具与组合模具n整体模具不可避免的存在整体模具不可避免的存在凹圆角半径，易造成应力凹圆角半径，易造成应力集中，并引起开裂。集中，并引起开裂。模具结构232023年1月25日v组合式模具n把模具在应力集中处把模具在应力集中处分割为两部分或几部分割为两部分或几部分，再组合起来使用。分，再组合起来使用。n采用组合式模具采用组合式模具 可避可避免应力集中和裂纹的免应力集中和裂纹的产生。产生。模具结构形式 242023年
11、1月25日1.组合凸模结构 n工作时，凸模前端工作时，凸模前端小直径心轴部分先小直径心轴部分先插入毛坯孔内，以插入毛坯孔内，以控制挤压件孔径的控制挤压件孔径的位置。但心轴根部位置。但心轴根部应力集中严重，受应力集中严重，受力时容易折断。力时容易折断。n若将凸模设计成图若将凸模设计成图b及图及图c所示的组合形式，则可所示的组合形式，则可避免应力集中，显著提高寿命。避免应力集中，显著提高寿命。模具结构形式 252023年1月25日2.组合凹模结构 模具结构形式 262023年1月25日(a)(a)、(e)(e)整体式整体式 (b)(b)、(c)(c)、(f)(f)、(g)(g)纵向分割式纵向分割式
12、 (d)(d)、(h)(h)横向分割式横向分割式模具结构形式 272023年1月25日3.预应力镶套凹模 n为了防止模具胀裂，冷镦、冷挤压凹为了防止模具胀裂，冷镦、冷挤压凹模通常要求具有高的模通常要求具有高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性，同时还要求具有高的同时还要求具有高的强度强度和和韧性韧性。n采用整体结构很难同时满足这两方面采用整体结构很难同时满足这两方面的性能要求。的性能要求。模具结构形式 282023年1月25日n可采用预应力镶套结构，即用可采用预应力镶套结构，即用高强、韧材料高强、韧材料制造制造凹模体，工作部分采用淬硬的高速钢或硬质合金凹模体，工作部分采用淬硬的高速钢或硬质合金等高硬度、
13、等高硬度、高耐磨性材料高耐磨性材料，通过压力将工作部分，通过压力将工作部分镶入凹模体成为组合式模具，以满足型腔表面高镶入凹模体成为组合式模具，以满足型腔表面高耐磨性和整体高强、韧性的要求。耐磨性和整体高强、韧性的要求。模具结构形式 图（图（b）是一组合冷镦模）是一组合冷镦模292023年1月25日模具结构形式 n图示组合冷镦模，原采用高速钢整体式，图示组合冷镦模，原采用高速钢整体式，常发生早期胀裂失效，寿命不到碳素工具常发生早期胀裂失效，寿命不到碳素工具钢凹模的钢凹模的1/4。n改为预应力镶套结构，模体采用结构钢，改为预应力镶套结构，模体采用结构钢，工作部分为高速钢，二者过盈配合使工作工作部分
14、为高速钢，二者过盈配合使工作部分预先产生切向压应力，以抵消一部分部分预先产生切向压应力，以抵消一部分工作时产生的切向拉应力，使模具寿命提工作时产生的切向拉应力，使模具寿命提高，高出碳素工具钢凹模的高，高出碳素工具钢凹模的810倍。倍。302023年1月25日（二）（二）模具的工作间隙模具的工作间隙 n冲裁模凸、凹模的刃口间隙是工作间隙冲裁模凸、凹模的刃口间隙是工作间隙也叫冲裁间隙，不仅影响冲裁过程和冲也叫冲裁间隙，不仅影响冲裁过程和冲裁质量，也影响模具的寿命。裁质量，也影响模具的寿命。模具结构形式 312023年1月25日n当刃口间隙由板当刃口间隙由板料厚度的料厚度的5 5加加大到大到1515
15、时，模时，模具的一次刃磨寿具的一次刃磨寿命显著增加。命显著增加。1-Q2351-Q235钢，厚度钢，厚度6 6；2-Q2352-Q235钢，厚度钢，厚度1010 3-Cr18Ni9Ti3-Cr18Ni9Ti钢，厚度钢，厚度8 8模具的工作间隙 322023年1月25日n当间隙过大（当间隙过大（15）时，板料的弯曲变形增时，板料的弯曲变形增大，凸、凹模端面与板大，凸、凹模端面与板料的接触面积减小，冲料的接触面积减小，冲裁力集中作用于刃口处，裁力集中作用于刃口处，使刃口塑变钝化。使刃口塑变钝化。n刃口变钝又导致冲裁力刃口变钝又导致冲裁力增大，使模具的刃磨寿增大，使模具的刃磨寿命降低。命降低。模具的
16、工作间隙 332023年1月25日注 意!n实际中，获得实际中，获得高质量冲裁断面高质量冲裁断面的的最佳最佳间隙值间隙值和保证模具和保证模具较高寿命较高寿命的的最佳间最佳间隙值隙值不是完全一致的，设计时应综合不是完全一致的，设计时应综合考虑做出最优选择。考虑做出最优选择。模具的工作间隙 342023年1月25日（三）模具的结构刚度（三）模具的结构刚度n1 1模具的导向装置模具的导向装置n导向装置导向装置可以保证模具具有足够的可以保证模具具有足够的刚度刚度，保证，保证凸、凹模或型芯、型腔间的相互凸、凹模或型芯、型腔间的相互位置精度位置精度，增，增加模具的加模具的抗弯曲抗弯曲、抗偏载抗偏载的能力，
17、避免不均匀的能力，避免不均匀磨损和凸、凹模相互卡死、啃伤或型芯、型腔磨损和凸、凹模相互卡死、啃伤或型芯、型腔的错位，从而保证模具的正常工作并延长其使的错位，从而保证模具的正常工作并延长其使用寿命。用寿命。模具结构形式 352023年1月25日导向结构对冲裁模具寿命的影响n例如在例如在2mm2mm厚的厚的0808钢钢板上冲裁板上冲裁M3M3螺母的螺母的冲裁模，模具材料冲裁模，模具材料为为T10T10，硬度为，硬度为HRC55HRC555959无导向板：无导向板：冲头的冲头的平均寿命为平均寿命为778778件；件；有导向板：有导向板：冲的平均寿命为冲的平均寿命为3.853.85万件。万件。模具的结
18、构刚度362023年1月25日导向结构对塑料模具寿命的影响导向结构对塑料模具寿命的影响 n具有具有细小推杆细小推杆推出推出系统的塑料注射模系统的塑料注射模的推板采用的推板采用四导柱四导柱导向导向机构，可以避机构，可以避免由于顶出系统的免由于顶出系统的顶杆受力不均衡，顶杆受力不均衡，弯曲变形而造成塑弯曲变形而造成塑料表面划伤、推杆料表面划伤、推杆磨损，甚至造成顶杆卡死或折断等现象。磨损，甚至造成顶杆卡死或折断等现象。模具的结构刚度372023年1月25日导向精度对模具寿命的影响导向精度对模具寿命的影响n在其他条件相同的情况下，模具的在其他条件相同的情况下，模具的导向精度导向精度愈高愈高，模具的，
19、模具的寿命愈高寿命愈高。n冲压模、注塑模的寿命比锤锻模高的原因，冲压模、注塑模的寿命比锤锻模高的原因，除了工作条件不同的因素之外，导向精度的除了工作条件不同的因素之外，导向精度的不同也是影响模具寿命的重要因素。不同也是影响模具寿命的重要因素。模具的结构刚度382023年1月25日2凸模刚度设计要点n1 1）合理设计凸模的截面形状和尺寸，尽）合理设计凸模的截面形状和尺寸，尽量量减小其径长比减小其径长比，使之具有足够的强度、，使之具有足够的强度、刚度和抗压稳定性。刚度和抗压稳定性。n2 2）适当加大凸模柄部的）适当加大凸模柄部的承载面积承载面积和和固定固定长度长度，可以提高其刚度。，可以提高其刚度
20、。模具的结构刚度392023年1月25日n3）加大凸模）加大凸模垫板厚度垫板厚度或采用多层或采用多层淬硬淬硬垫板垫板，避免由于垫板面积大、厚度薄，避免由于垫板面积大、厚度薄或硬度不足而出现变形、凹坑等损伤，或硬度不足而出现变形、凹坑等损伤，以导致凸模产生附加弯曲应力。以导致凸模产生附加弯曲应力。模具的结构刚度402023年1月25日l 4）对细长凸模可）对细长凸模可增加增加导向板导向板等辅助等辅助支承。导向板位置支承。导向板位置应尽量减小凸模悬应尽量减小凸模悬臂部分的长度，且臂部分的长度，且使凸模始终不脱离使凸模始终不脱离导向板，并保证导导向板，并保证导向精度。向精度。模具的结构刚度41202
21、3年1月25日3塑料模的刚度结构l塑料注射模结构设塑料注射模结构设计时，可以采用高计时，可以采用高精度的精度的导向导向或或支撑支撑结构来保证模具的结构来保证模具的刚度。刚度。l图中所示是注射模图中所示是注射模支承垫板承受注射压力的变形情况。支承垫板承受注射压力的变形情况。模具的结构刚度422023年1月25日l小型模具可通过小型模具可通过增加增加垫板厚度垫板厚度来来提高刚度，提高刚度，l大型模具可以采大型模具可以采用用加支撑加支撑的方法，的方法，如图如图5-195-19所示。所示。模具的结构刚度432023年1月25日n在定模板和在定模板和动模板四周动模板四周作出斜面配作出斜面配合，利用定合，
22、利用定模板和动模模板和动模板的刚性来板的刚性来加强对凹模加强对凹模 壁的约束也可起到减小凹模壁变形的作用。壁的约束也可起到减小凹模壁变形的作用。模具的结构刚度442023年1月25日n为了避免细长为了避免细长杆变形，常采杆变形，常采用阶梯形顶杆，用阶梯形顶杆，来提高顶杆的来提高顶杆的刚度。刚度。n为了防止应力为了防止应力集中源的产生集中源的产生 台阶顶杆的拐角部位可采用圆角过渡截面台阶顶杆的拐角部位可采用圆角过渡截面等结构，或采用组合式结构。等结构，或采用组合式结构。模具的结构刚度452023年1月25日（四）减轻工作载荷（四）减轻工作载荷n模具的工作载荷对模具的工作载荷对模具寿命有决定性模具
23、寿命有决定性的影响。以正挤压的影响。以正挤压35钢工件为例：钢工件为例：n图示为冲头单位面图示为冲头单位面积的压力和冲头寿积的压力和冲头寿命的关系曲线。命的关系曲线。模具结构形式 462023年1月25日n由图可知，随着变由图可知，随着变形量形量F和冲头单位和冲头单位压力的减小，冲头压力的减小，冲头的寿命明显提高。的寿命明显提高。1500 MPa减小至减小至1000MPa时，冲头时，冲头寿命可提高寿命可提高1倍以倍以上。上。减轻工作载荷472023年1月25日n为了使模具的工为了使模具的工作载荷尽可能减作载荷尽可能减轻，模具设计中，轻，模具设计中，应根据合理的应根据合理的成成型工艺型工艺确定模
24、具确定模具的的结构结构，因为不，因为不同的同的压力加工工压力加工工艺艺直接影响模具直接影响模具的的工作载荷工作载荷。减轻工作载荷482023年1月25日n例如，利用反挤压模成型图例如，利用反挤压模成型图a示工件，模具的工作示工件，模具的工作载荷较大。在情况允许时，将工件改为图载荷较大。在情况允许时，将工件改为图b示的形示的形状，则可以采用复合挤压工艺。状，则可以采用复合挤压工艺。n利用复合挤压利用复合挤压模具来成型工模具来成型工件，使模具的件，使模具的工作载荷得到工作载荷得到减轻，寿命得减轻，寿命得到相应的提高到相应的提高。减轻工作载荷492023年1月25日n根据挤压量随变形量的变化规律，合
25、理采根据挤压量随变形量的变化规律，合理采用变形量及相应的预成型工艺，可减轻每用变形量及相应的预成型工艺，可减轻每套模具的工作载荷，如图套模具的工作载荷，如图a示的工件，示的工件，n若采用一次挤压成型，不仅模具的载荷很大，而若采用一次挤压成型，不仅模具的载荷很大，而且也难以满足工件形状和尺寸的要求。且也难以满足工件形状和尺寸的要求。减轻工作载荷502023年1月25日n若先挤压成如图若先挤压成如图b示的形状，再最后挤压成型，示的形状，再最后挤压成型，则不仅能满足工件设计要求，而且使模具载荷则不仅能满足工件设计要求，而且使模具载荷大为减轻。大为减轻。减轻工作载荷512023年1月25日n为了减轻载
26、荷，还应注意其他工艺环节。为了减轻载荷，还应注意其他工艺环节。例如选用被挤压材料的变形抗力应尽可能低，例如选用被挤压材料的变形抗力应尽可能低，所含杂质尽可能少；所含杂质尽可能少；坯料的切割加工应保证端面的平整、不带斜度，坯料的切割加工应保证端面的平整、不带斜度，以免造成凸模偏载；以免造成凸模偏载；坯料直径应比凹模孔径小坯料直径应比凹模孔径小0.150.20，以防，以防止挤压力急剧上升时使凹模胀裂；但间隙也不止挤压力急剧上升时使凹模胀裂；但间隙也不能过大（如反挤压时不应大于能过大（如反挤压时不应大于0.20），以保），以保证同轴度，避免凸模偏载。证同轴度，避免凸模偏载。减轻工作载荷522023年
27、1月25日n针对特殊结构的模具应防止模具过载，例如：针对特殊结构的模具应防止模具过载，例如：1）定行程锻压设备使用封闭式挤压模，必须设）定行程锻压设备使用封闭式挤压模，必须设计足够的计足够的飞边空间飞边空间，以免余料过载引起模具损，以免余料过载引起模具损坏。坏。2）在封闭的冷镦模或冷挤压模的适当部位）在封闭的冷镦模或冷挤压模的适当部位开设开设排气孔排气孔，以使被挤压在模具和坯料之间的空气，以使被挤压在模具和坯料之间的空气顺利排出。否则，挤压的高压气体不仅影响坯顺利排出。否则，挤压的高压气体不仅影响坯料充型，还易使模具过载失效。料充型，还易使模具过载失效。减轻工作载荷532023年1月25日n图
28、图a是用冷挤压是用冷挤压成型的梭芯零成型的梭芯零件，在冷挤压件，在冷挤压凹模的相应部凹模的相应部位应设计排气位应设计排气孔（图孔（图b）。）。减轻工作载荷542023年1月25日n3）对于承受较大冲击载荷的模具应设计）对于承受较大冲击载荷的模具应设计足够大的足够大的承击面承击面，以利吸收多余的冲击，以利吸收多余的冲击能，减少模具单位面积的冲击力，防止能，减少模具单位面积的冲击力，防止发生早期断裂。发生早期断裂。n4）对塑料压制模要设置足够大的）对塑料压制模要设置足够大的承压环承压环，以防止型腔、型芯过早变形或开裂。以防止型腔、型芯过早变形或开裂。减轻工作载荷552023年1月25日n5）图示的
29、细型芯侧进料注射模，将细型）图示的细型芯侧进料注射模，将细型芯由悬臂结构改为两端支撑结构，可有芯由悬臂结构改为两端支撑结构，可有效的防止侧向弯曲过载。效的防止侧向弯曲过载。减轻工作载荷562023年1月25日第二节 模具工作条件 一、成形件的材质和温度一、成形件的材质和温度 1 1、材质、材质n1）非金属材料、液态材料的强度低，所）非金属材料、液态材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿命需的成形力小，模具受力小，模具寿命高。高。n2）金属件成形模比非金属件成形模的寿）金属件成形模比非金属件成形模的寿命低。命低。影响模具寿命的因素572023年1月25日n3 3）固态金属件强度越高，所
30、需变形力越）固态金属件强度越高，所需变形力越大，模具所承受的力则越大，模具的寿命大，模具所承受的力则越大，模具的寿命低。低。n4 4）铝、铜等有色金属件模具比黑色金属）铝、铜等有色金属件模具比黑色金属成形件寿命高。成形件寿命高。n5 5）工件材料与模具材料的亲合力愈大，）工件材料与模具材料的亲合力愈大，在成形过程中愈易与模具产生粘着磨损，在成形过程中愈易与模具产生粘着磨损，模具的寿命愈低。模具的寿命愈低。模具工作条件582023年1月25日n6 6）冲表面光亮、性能均匀的钢板时，冲头）冲表面光亮、性能均匀的钢板时，冲头受力均匀，寿命较高；受力均匀，寿命较高；n7 7）冲表面粗糙的相同厚度热轧钢
31、板时，寿）冲表面粗糙的相同厚度热轧钢板时，寿命较低。命较低。n例：某冲压件例：某冲压件采用冷轧钢板，模具寿命为采用冷轧钢板，模具寿命为3万件，万件，采用热轧钢板，寿命只有采用热轧钢板，寿命只有1.7万件。万件。模具工作条件592023年1月25日2、温度温度n1)1)成形高温工件时，模具受热量而升温，成形高温工件时，模具受热量而升温，随着温度上升，模具强度下降，易产生塑随着温度上升，模具强度下降，易产生塑性变形；性变形；n2)2)模具与工件接触的表面和与工件非接触模具与工件接触的表面和与工件非接触表面的温度差很大，造成模具内的温度应表面的温度差很大，造成模具内的温度应力；力；模具工作条件602
32、023年1月25日n3)3)成形过程中，模具与工件间断接触，成形过程中，模具与工件间断接触，受连续不断的热冲击，模具易萌生裂纹，受连续不断的热冲击，模具易萌生裂纹，造成疲劳磨损及断裂；造成疲劳磨损及断裂；n4)4)在高温下，模具与工件表面原子活性在高温下，模具与工件表面原子活性增加，增加相互粘结、发生粘着磨损的增加，增加相互粘结、发生粘着磨损的可能，也加速氧化磨损。可能，也加速氧化磨损。模具工作条件612023年1月25日二、设备特性（一）设备的精度与刚度（一）设备的精度与刚度n1 1）设备的精度影响设备的精度影响n设备运动部分的导向精度高，上、下模不设备运动部分的导向精度高，上、下模不易错移
33、，不易出现附加的横向载荷和转矩，易错移，不易出现附加的横向载荷和转矩，模具磨损均匀，模具寿命高。模具磨损均匀，模具寿命高。注塑机，机械压力机，模锻锤，导向精度注塑机，机械压力机，模锻锤，导向精度是逐次下降的，其相应的模具的寿命也是是逐次下降的，其相应的模具的寿命也是逐次下降的。逐次下降的。模具工作条件622023年1月25日2）设备的刚度影响）设备的刚度影响n设备的刚度大，在成形过程中的弹性变设备的刚度大，在成形过程中的弹性变形小，模具上、下模可较好地保证正确形小，模具上、下模可较好地保证正确的配合状态。的配合状态。模具工作条件632023年1月25日642023年1月25日设备刚度与冲裁力n
34、设备刚度愈差，弹性变形量愈大，上、下设备刚度愈差，弹性变形量愈大，上、下模抖动愈大，愈加速模具的不均匀磨损。模抖动愈大，愈加速模具的不均匀磨损。n为克服设备弹性变形对模具工作精度的影为克服设备弹性变形对模具工作精度的影响，冲裁力的确定原则：响，冲裁力的确定原则：精密冲裁时，冲裁力应小于设备吨位的精密冲裁时，冲裁力应小于设备吨位的50；普通冲裁时，冲裁力不应超过设备吨位的普通冲裁时，冲裁力不应超过设备吨位的80。模具工作条件652023年1月25日（二）设备速度n模具在单位时间内受的冲击力越大模具在单位时间内受的冲击力越大；n受力时间越短，冲击能量来不及传递和释受力时间越短，冲击能量来不及传递和
35、释放，易造成局部应力超过模具材料的屈服放，易造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度应力或断裂强度。模具越易断裂或塑性变形失效。模具越易断裂或塑性变形失效。模具工作条件662023年1月25日n液压机、曲柄压力机、螺旋压力机、气液压机、曲柄压力机、螺旋压力机、气锤、高速锤锤、高速锤它们的加载速度逐次变高；它们的加载速度逐次变高；在其他工艺条件相同的情况下，这些设在其他工艺条件相同的情况下，这些设备上所用的模具寿命依次下降。备上所用的模具寿命依次下降。模具工作条件672023年1月25日三、模具润滑与冷却（一）（一）润滑润滑n润滑模具与工件相对运动的表面，可减少润滑模具与工件相对运动的表面，
36、可减少模具与工件的直接接触，减少磨损，降低模具与工件的直接接触，减少磨损，降低成形力；成形力；n润滑剂在一定程度上能阻碍坯料向模具传润滑剂在一定程度上能阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，这对提高模具寿命是热，降低模具温度，这对提高模具寿命是有利的有利的。模具工作条件682023年1月25日例如：例如：n1)1)拉深时，润滑毛坯与凹模的接触面；拉深时，润滑毛坯与凹模的接触面；n2)2)模锻时，润滑模膛；模锻时，润滑模膛；n都有利于工艺的顺利进行和提高模具寿命。都有利于工艺的顺利进行和提高模具寿命。n3)3)不锈钢表壳挤光模不锈钢表壳挤光模用机油润滑，寿命只有用机油润滑，寿命只有8080件，件，用
37、二硫化钼加油剂，寿命可达用二硫化钼加油剂，寿命可达1 1万件。万件。模具工作条件692023年1月25日（二）模具冷却u冷却方式冷却方式n内冷内冷内冷的冷却方式较缓和，模具温内冷的冷却方式较缓和，模具温差小，冷却效果好，模具寿命高。但模具差小，冷却效果好，模具寿命高。但模具结构复杂。结构复杂。n外冷外冷外部冷却的冷却效果显著，但模外部冷却的冷却效果显著，但模具内外温差大，且模具表面经受较大的急具内外温差大，且模具表面经受较大的急热急冷，易产生疲劳磨损或疲劳断裂，模热急冷，易产生疲劳磨损或疲劳断裂，模具寿命低。具寿命低。模具工作条件702023年1月25日第三节 模具材料性能 一、模具材料的基本
38、性能（一）使用性能（一）使用性能（二）工艺性能（二）工艺性能影响模具寿命的因素712023年1月25日（一）模具材料的使用性能 1 1强度强度（1）屈服强度屈服强度s：材料抵抗塑性变形的能力。材料抵抗塑性变形的能力。（2）抗拉强度抗拉强度b：材料抵抗断裂破坏的能力。材料抵抗断裂破坏的能力。（3）裂纹临界应力强度因子裂纹临界应力强度因子KIC：材料抵抗裂纹扩展的能力（断裂韧度）。材料抵抗裂纹扩展的能力（断裂韧度）。模具材料的基本性能722023年1月25日2冲击韧性冲击韧性ak：材料承受冲击载荷或冲击能量的能力。材料承受冲击载荷或冲击能量的能力。3耐磨性：耐磨性：材料抵抗磨损的能力。材料抵抗磨损
39、的能力。4耐蚀性：耐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀的能力。材料抵抗周围介质腐蚀的能力。模具材料的基本性能732023年1月25日5硬度：硬度：材料抵抗外部物体压入的能力。材料抵抗外部物体压入的能力。6热稳定性：热稳定性：材料在高温下，保持其组织、性能稳材料在高温下，保持其组织、性能稳定的能力。定的能力。7耐热疲劳性：耐热疲劳性：高温下，材料承受应力频繁变化的能高温下，材料承受应力频繁变化的能力。力。模具材料的基本性能742023年1月25日（二）模具材料的工艺性能1 1锻造工艺性能锻造工艺性能 材料对锻造工艺的适应性。材料对锻造工艺的适应性。2 2切削加工工艺性能切削加工工艺性能 材料切削加工的难
40、易程度。材料切削加工的难易程度。3 3热处理工艺性能热处理工艺性能 材料在热处理时，获得所需组织、性能和形材料在热处理时，获得所需组织、性能和形状尺寸的难易程度。状尺寸的难易程度。4 4淬透性淬透性 材料在一定条件下进行淬火，获得淬透层深材料在一定条件下进行淬火，获得淬透层深度的能力。度的能力。模具材料的基本性能752023年1月25日注意：以上性能中，有的已有测量规范和指标，以上性能中，有的已有测量规范和指标，可用试验装置进行定量测量，有的没有测可用试验装置进行定量测量，有的没有测量装置，有的难以测量，只能定性的理解。量装置，有的难以测量，只能定性的理解。不同的模具和使用工况不同，对模具材料
41、不同的模具和使用工况不同，对模具材料的性能要求差别很大。的性能要求差别很大。n模具材料的性能要求只限于与使用工况相模具材料的性能要求只限于与使用工况相关的几种性能。关的几种性能。模具材料的基本性能762023年1月25日二、模具的工作条件与材料的使用性能 n模具的工作条件可近似分为：模具的工作条件可近似分为：（一）室温冲击力较小工况。（一）室温冲击力较小工况。（二）室温冲击力较大工况。（二）室温冲击力较大工况。（三）高温冲击力较小工况。（三）高温冲击力较小工况。（四）高温冲击力较大工况。（四）高温冲击力较大工况。模具材料性能772023年1月25日（一）室温冲击力较小工况n模具强度愈高，硬度愈
42、高，耐磨性模具强度愈高，硬度愈高，耐磨性愈好，寿命愈高。愈好，寿命愈高。n例如：例如：冲裁模、拉深模冲裁模、拉深模 模具的工作条件与材料的使用性能 782023年1月25日（二）室温冲击力较大工况n模具需具有高的强度、耐磨性，并模具需具有高的强度、耐磨性，并具有较好的韧性。具有较好的韧性。n例如：例如：冷镦模、冷挤模冷镦模、冷挤模 模具的工作条件与材料的使用性能 792023年1月25日（三）高温下冲击力较小工况n模具需要高的高温强度、高温耐磨模具需要高的高温强度、高温耐磨性、耐冷热疲劳性、热硬度及热疲性、耐冷热疲劳性、热硬度及热疲劳性，同时应具有适当的冲击韧度。劳性，同时应具有适当的冲击韧度
43、。n例如：曲柄压力机锻模例如：曲柄压力机锻模 模具的工作条件与材料的使用性能 802023年1月25日（四）高温冲击力较大工况n模具需要具有高的高温韧性，同时应模具需要具有高的高温韧性，同时应具有合适的高温强度、热硬性及耐热具有合适的高温强度、热硬性及耐热疲劳性。疲劳性。n例如：例如：锤锻模、高速锤锻模。锤锻模、高速锤锻模。模具的工作条件与材料的使用性能 812023年1月25日注意：n强度、硬度之间存在同向关系，强度高，硬强度、硬度之间存在同向关系，强度高，硬度也高；度也高；n强度与韧性存在逆向关系，随着强度增高，强度与韧性存在逆向关系，随着强度增高，材料韧性会下降。材料韧性会下降。n采用多种冶炼方法和热处理方法改变材料的采用多种冶炼方法和热处理方法改变材料的成分和组织来获得高强度、高韧性的材料。成分和组织来获得高强度、高韧性的材料。模具的工作条件与材料的使用性能 822023年1月25日v可提高模具寿命的选择n1）选用具有适当的强度和韧性匹配的）选用具有适当的强度和韧性匹配的模具。模具。n2）通过适当地热处理与表面处理，使）通过适当地热处理与表面处理，使模具内部韧性高、表面强度高和耐磨模具内部韧性高、表面强度高和耐磨性高，可有效地提高模具的整体性能性高，可有效地提高模具的整体性能及寿命。及寿命。
