模具寿命与失效2.pptx

2024/4/25 周四1第三章第三章 模具失效的基础知识模具失效的基础知识第一节第一节 模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理一、模具失效的种类一、模具失效的种类1 1、按经济法观点对失效分类、按经济法观点对失效分类2 2、按失效形式及失效机理分类、按失效形式及失效机理分类2024/4/25 周四2l模具的使用时间已到寿命终止期，属正常模具的使用时间已到寿命终止期，属正常失效，应由模具使用者自己负责。失效，应由模具使用者自己负责。l若模具制造者提供的使用说明书没有对使若模具制造者提供的使用说明书没有对使用寿命等作出明确规定，制造者也要承担用寿命等作出明确规定，制造者也要承担一定责任。一定责任。在这种分类中你得到什么启示？按经济法观点对失效分类(1)正常耗损失效正常耗损失效2024/4/25 周四3(2)模具模具缺陷失效缺陷失效l属于模具质量问题属于模具质量问题,应由模具制造者承担责任。应由模具制造者承担责任。(3)误用失效误用失效l属于使用不当造成的失效，应由模具使用者承担属于使用不当造成的失效，应由模具使用者承担责任。责任。l若模具制造者提供的使用说明书没有对有关操作若模具制造者提供的使用说明书没有对有关操作作出明确规定，则制造者也要承担责任。作出明确规定，则制造者也要承担责任。按经济法观点对失效分类2024/4/25 周四4l属于其它原因或自然灾害等不可抗拒属于其它原因或自然灾害等不可抗拒的因素所导致的失效。的因素所导致的失效。按经济法观点对失效分类(4)受累性失效受累性失效2024/4/25 周四5二、磨损失效的类型和机理二、磨损失效的类型和机理l由由于于表表面面的的相相对对运运动动，从从接接触触表表面面逐逐渐渐失失去物质的现象叫去物质的现象叫磨损磨损。l模模具具在在服服役役时时，与与成成形形坯坯料料接接触触，产产生生相相对运动，造成磨损。对运动，造成磨损。l当当磨磨损损使使模模具具的的尺尺寸寸发发生生变变化化或或改改变变了了模模具具的的表表面面状状态态使使其其不不能能继继续续服服役役时时，叫叫磨磨损失效损失效。这种失效使产品有什么变化特征?模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理2024/4/25 周四61.磨粒磨损的形成和特征l外外来来硬硬质质颗颗粒粒存存在在工工件件与与模模具具接接触触表表面面之之间间，刮刮擦擦模模具具表表面面，引引起起模模具具表表面面材材料脱落的现象叫料脱落的现象叫磨粒磨损磨粒磨损。l工工件件表表面面的的硬硬突突出出物物刮刮擦擦模模具具引引起起的的磨磨损也叫损也叫磨粒磨损磨粒磨损。工件表面的硬凸物是哪来的?(一)磨粒磨损72024/4/25 周四l 磨粒磨损的形成过程n用用模模具具成成形形工工件件时时，由由于于模模具具比比工工件件硬硬度度高高，磨磨粒粒首首先先被被压压入入软软工工件件内内，在在模模具具与与工工件件相相对对运运动动时时刮刮擦擦模模具具，从从模模具具表表面面切切下细小的碎片。下细小的碎片。n当当模模具具表表面面存存在在沟沟槽槽、凹凹坑坑时时，磨磨粒粒不不易易从从凹凹坑坑中中出出来来（或或粘粘结结在在模模具具表表面面上上）随随着工件运动，磨粒将耕犁或犁皱着工件运动，磨粒将耕犁或犁皱工件工件。磨粒磨损82024/4/25 周四l 磨粒磨损的主要特征n摩摩擦擦表表面面上上有有擦擦伤伤、划划痕痕或或形形成成犁犁皱的沟痕。皱的沟痕。磨粒磨损92024/4/25 周四2.2.磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析n1)微观切削磨损机理n磨粒在材料表面的作用磨粒在材料表面的作用力力F可分为与金属表面可分为与金属表面平行的分力平行的分力Fx和垂直的和垂直的分力分力Fy。nFy使磨粒压入金属表面形成压痕；使磨粒压入金属表面形成压痕；nFx推动磨粒与金属表面产生相对切向运动。推动磨粒与金属表面产生相对切向运动。磨粒磨损102024/4/25 周四n当磨粒棱角锐利，又当磨粒棱角锐利，又具有合适的角度时：具有合适的角度时：在金属表面切削出长在金属表面切削出长而浅的沟痕，形成切而浅的沟痕，形成切削屑，在表面留下犁削屑，在表面留下犁沟。沟。这种切削形成的切屑很小，但在显微镜下这种切削形成的切屑很小，但在显微镜下观察，切屑仍具有机床切屑的特点，观察，切屑仍具有机床切屑的特点，所所以称为微观切削。以称为微观切削。磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析112024/4/25 周四n当磨粒无锐利的棱角，当磨粒无锐利的棱角，磨粒棱角的棱边不是磨粒棱角的棱边不是对着材料表面的运动对着材料表面的运动方向时：方向时：磨粒和被摩擦表面之磨粒和被摩擦表面之间的夹角太小；间的夹角太小；表面材料塑性很高时表面材料塑性很高时都都不会产生表面切削不会产生表面切削。磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析122024/4/25 周四l 2)2)多次塑变磨损机理多次塑变磨损机理n当磨粒的棱角不太尖锐，突出部分高度较小时，磨粒不发生表面切削摩擦，而是以较大的力沿金属表面滑行，表面金属被推向磨粒运动的前方或 两侧，产生堆积，这些堆积物没有离开金属基体，但使表面产生很大塑性变形。这种不产生切削的犁沟称犁皱。磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析132024/4/25 周四 2)2)多次塑变磨损机理多次塑变磨损机理n在随后的磨粒继续作在随后的磨粒继续作用时，有可能把堆积用时，有可能把堆积物重新压平或使已变物重新压平或使已变形的沟底材料再次被形的沟底材料再次被犁皱变形。犁皱变形。n如此反复塑变，导致金属表面产生加工硬如此反复塑变，导致金属表面产生加工硬化，最终剥落而成为磨屑。化，最终剥落而成为磨屑。磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析142024/4/25 周四n多次塑变后被磨损的磨屑呈块状或片状，金属表面可以观察到反复塑变和辗压后的层状折痕以及一些台阶、压坑及二次裂纹等。n 2 2）多次塑变磨损机理）多次塑变磨损机理磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析152024/4/25 周四n多次塑变磨损后产生金属表面分离的磨多次塑变磨损后产生金属表面分离的磨屑是因为材料表层微观组织受磨粒反复屑是因为材料表层微观组织受磨粒反复作用的应力超过材料表面的疲劳极限所作用的应力超过材料表面的疲劳极限所造成的。造成的。l 3 3）疲劳磨损机理）疲劳磨损机理磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析162024/4/25 周四n对于脆性材料，在压痕试验中可以观察到对于脆性材料，在压痕试验中可以观察到材料表面材料表面压痕伴有压痕伴有明显的明显的裂纹裂纹n根据这一现象，微观断裂磨损机理认为：根据这一现象，微观断裂磨损机理认为：脆性材料在磨粒磨损时会使横向裂纹互相脆性材料在磨粒磨损时会使横向裂纹互相交叉或扩散到表面，造成材料剥落。交叉或扩散到表面，造成材料剥落。l 4）微观断裂磨损机理磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析172024/4/25 周四n从以上分析可知，各种机理都可以解释从以上分析可知，各种机理都可以解释部分磨损特征，但都不能解释所有的磨部分磨损特征，但都不能解释所有的磨粒磨损现象粒磨损现象n所以磨粒磨损过程可能是这几种机理综所以磨粒磨损过程可能是这几种机理综合作用的反映，而其中的某一种损害可合作用的反映，而其中的某一种损害可能起主要作用。能起主要作用。磨粒磨损机理的主要理论分析磨粒磨损机理的主要理论分析182024/4/25 周四3.影响磨粒磨损的因素n1）磨粒尺寸与几何形状 n磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。但当磨粒的尺寸超过一定值后，体积磨损量但当磨粒的尺寸超过一定值后，体积磨损量增加的幅度明显减小。增加的幅度明显减小。n当磨粒的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面当磨粒的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出较小磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出较小时，磨损率较小。时，磨损率较小。磨粒磨损磨粒磨损192024/4/25 周四n2 2）磨粒硬度）磨粒硬度 n磨粒磨损与磨粒硬度磨粒磨损与磨粒硬度HaHa和金属硬度和金属硬度HmHm之间之间的相对值的大小有关。的相对值的大小有关。n区为低磨损状态：HmHm1.25Ha1.25Ha，金属表面产生轻微磨损，磨损率，金属表面产生轻微磨损，磨损率较小。曲线上升平缓。较小。曲线上升平缓。n区为磨损过渡状态：0.8Ha0.8HaHmHm1.25Ha1.25Ha，磨损轻、重转化阶段，磨，磨损轻、重转化阶段，磨损率急剧增加，曲线上升很陡。损率急剧增加，曲线上升很陡。影响磨粒磨损的因素影响磨粒磨损的因素202024/4/25 周四n区为高磨损状态：Hm0.8Ha，金属表，金属表面产生严重磨损，磨面产生严重磨损，磨损量大，磨损率小。损量大，磨损率小。曲线平缓。曲线平缓。影响磨粒磨损的因素影响磨粒磨损的因素n试验结果表明：试验结果表明：要减小磨粒磨损量，金属的硬度要减小磨粒磨损量，金属的硬度Hm应比磨粒的硬度应比磨粒的硬度Ha高。高。n实际经验：实际经验：只要求满足只要求满足 Hm1.3Ha，就可达到减，就可达到减小磨损量的目的。小磨损量的目的。n因为因为Hm高到一定时，不会再得到更显著的改善。高到一定时，不会再得到更显著的改善。212024/4/25 周四n3 3）模具与工件表面压力）模具与工件表面压力 n模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入金模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入金属表面的深度越深，则磨损量越大。属表面的深度越深，则磨损量越大。n但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使磨但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使磨损量的增加减缓。损量的增加减缓。n4 4）工件厚度）工件厚度 n工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工件的深度越深，对模具的磨损量减小。的深度越深，对模具的磨损量减小。影响磨粒磨损的因素影响磨粒磨损的因素2024/4/25 周四22l 1.粘着磨损的形成和特征粘着磨损的形成和特征 l工工件件与与模模具具表表面面相相对对运运动动时时，由由于于表表面面凹凹凸凸不不平平，某某些些接接触触点点局局部部应应力力超超过过了了材材料料的的屈屈服服强强度度发发生生粘粘合合，粘粘合合的的结结点点发发生生剪剪切切断断裂裂而而拽拽开开，使使模模具具表表面面材材料料转转移移到到工工件件上上或或脱脱落落的的现现象象称为粘着磨损。称为粘着磨损。(二二)粘着磨损粘着磨损磨损失效的类型和机理磨损失效的类型和机理2024/4/25 周四23l磨损的四种类型磨损的四种类型l接触表面发生粘着以后，根据运动产生的接触表面发生粘着以后，根据运动产生的切切应力应力、接触处的、接触处的粘合强度粘合强度、金属、金属本体强度本体强度三三者之间的不同关系而产生的不同破坏现象，者之间的不同关系而产生的不同破坏现象，可以把粘着磨损分为：可以把粘着磨损分为：l1）涂抹；）涂抹；2）擦伤）擦伤；3）撕脱；）撕脱；4）咬死）咬死 粘着磨损粘着磨损2024/4/25 周四24l磨损的四种类型磨损的四种类型l1）涂抹 l当较软金属的剪切强度小于接触处的粘合强当较软金属的剪切强度小于接触处的粘合强度，也小于外加的切应力时，剪切破坏发生度，也小于外加的切应力时，剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属层内，被剪在离粘着结合面不远的较软金属层内，被剪切的切的软金属涂抹在硬金属表面上软金属涂抹在硬金属表面上的现象。的现象。粘着磨损粘着磨损2024/4/25 周四25l磨损的四种类型磨损的四种类型l2）擦伤 软金属表面产生软金属表面产生细而浅的划痕细而浅的划痕；有；有时硬金属表面也有划伤的现象。时硬金属表面也有划伤的现象。l3）撕脱 剪切破坏发生在摩擦副一方或两方剪切破坏发生在摩擦副一方或两方金属较深处，有金属较深处，有较深划痕较深划痕的现象。的现象。l4）咬死 摩擦副之间摩擦副之间咬死咬死，不能相对运动的，不能相对运动的现象。现象。粘着磨损粘着磨损262024/4/25 周四l 粘着磨损的主要特征粘着磨损的主要特征n金属表面有细的划痕，沿滑动方向可能形成交替金属表面有细的划痕，沿滑动方向可能形成交替的裂口、凹穴。的裂口、凹穴。n摩擦副之间有金属转移，摩擦副之间有金属转移，表层金相组织和化学成表层金相组织和化学成分均有明显变化。分均有明显变化。n磨损产物多为片状或小磨损产物多为片状或小颗粒，在金属表面形成颗粒，在金属表面形成大小不等的结疤。大小不等的结疤。粘着磨损粘着磨损272024/4/25 周四2.2.粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析n在大气中的金属表面都存在氧的吸附层。图在大气中的金属表面都存在氧的吸附层。图3-6表示了经过表示了经过机械加工后，金属表层的结构。机械加工后，金属表层的结构。n第一层第一层为氧的为氧的物理吸附层物理吸附层、第二层第二层为为氧的化学吸附层氧的化学吸附层。这。这两层是金属与周围空气中的氧交互作用而形成的。两层是金属与周围空气中的氧交互作用而形成的。n第三层第三层为为塑性变形层塑性变形层，是机械加工所引起的。，是机械加工所引起的。粘着磨损粘着磨损282024/4/25 周四n在干摩擦情况下，两摩擦表面直接接触。在干摩擦情况下，两摩擦表面直接接触。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析292024/4/25 周四n在边界摩擦情况在边界摩擦情况下，边界膜的厚下，边界膜的厚度比两摩擦表面度比两摩擦表面的粗糙度之和要的粗糙度之和要小，所以两摩擦小，所以两摩擦表面之间仍有局表面之间仍有局部接触区。部接触区。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析302024/4/25 周四n在液体摩擦情况在液体摩擦情况下，润滑油膜的下，润滑油膜的厚度大于两摩擦厚度大于两摩擦表面粗糙度之和，表面粗糙度之和，两摩擦表面之间两摩擦表面之间不直接接触。不直接接触。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析312024/4/25 周四n实验证明：实验证明：当两块新鲜纯净的金属接触当两块新鲜纯净的金属接触之后再分离，经过检测发现金属能够从之后再分离，经过检测发现金属能够从一个表面转移到另一个表面的现象，这一个表面转移到另一个表面的现象，这是是原子间键合原子间键合作用的结果。作用的结果。n在空气中，摩擦副之间相对运动，在在空气中，摩擦副之间相对运动，在接接触载荷较小触载荷较小时，金属表面吸附的一层时，金属表面吸附的一层氧氧化膜化膜能起到能起到防止防止纯金属新鲜表面直接接纯金属新鲜表面直接接触而产生触而产生粘着粘着现象。现象。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析322024/4/25 周四n由于加工的影响，模具和工件表面存在一定的由于加工的影响，模具和工件表面存在一定的微微观不平度观不平度，相互的接触表面只有少数，相互的接触表面只有少数微观凸起微观凸起的的部位，实际的部位，实际的接触面积接触面积远远小于理论接触面积。远远小于理论接触面积。n接触载荷较大接触载荷较大时，接时，接触处就会产生很高的触处就会产生很高的应力，以致超过材料应力，以致超过材料的屈服强度而的屈服强度而引起引起局局部的部的塑性变形塑性变形。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析332024/4/25 周四n塑性变形和摩擦过程会产生很高的热量，接触处塑性变形和摩擦过程会产生很高的热量，接触处的高温，可以使表面润滑油烧干，同时摩擦也可的高温，可以使表面润滑油烧干，同时摩擦也可以使氧化膜破裂而显露出新鲜的金属表面。以使氧化膜破裂而显露出新鲜的金属表面。n当裸露金属的新鲜当裸露金属的新鲜表面直接接触，相表面直接接触，相互之间的原子产生互之间的原子产生吸引和渗透而发生吸引和渗透而发生熔合粘着。熔合粘着。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析342024/4/25 周四n在随后的滑动中，刚形在随后的滑动中，刚形成的粘着点被剪断、拉成的粘着点被剪断、拉开，并转移到工件表面开，并转移到工件表面或脱落形成磨屑。或脱落形成磨屑。n然后又在其他地方形成然后又在其他地方形成新的粘着点，然后再被新的粘着点，然后再被破坏，如此循环过程就破坏，如此循环过程就构成粘着磨损。构成粘着磨损。粘着磨损机理的理论分析粘着磨损机理的理论分析352024/4/25 周四l 3.影响粘着磨损的因素n（1）材料性质）材料性质 n（2）材料硬度）材料硬度 n（3）模具与工件表面压力）模具与工件表面压力 n（4）滑动摩擦速度）滑动摩擦速度 粘着磨损粘着磨损2024/4/25 周四36l 1.疲劳磨损的形成与特征l两接触表面相互运动时，在循环应力的两接触表面相互运动时，在循环应力的作用下，使表层金属作用下，使表层金属疲劳脱落疲劳脱落的现象称的现象称为疲劳磨损。为疲劳磨损。（三）疲劳磨损磨损失效的类型和机理磨损失效的类型和机理372024/4/25 周四l 疲劳磨损的形成过程n在在线线、面面接接触触的的摩摩擦擦副副中中，在在承承受受力力和和相相对对运运动动的的情情况况下下，接接触触表表面面有有多多变变的的接触压力和切应力接触压力和切应力；n这这些些外外力力反反复复作作用用一一定定周周次次后后，表表面面就就会产生局部的会产生局部的塑性变形和加工硬化塑性变形和加工硬化；疲劳磨损382024/4/25 周四l 疲劳磨损的形成过程n在在某某些些组组织织不不均均匀匀处处，由由于于应应力力集集中中，形形成成裂裂纹纹源源，并并沿沿着着切切应应力力方方向向或或夹夹杂杂物走向发展。物走向发展。n当当裂裂纹纹扩扩展展到到表表面面或或与与纵纵向向裂裂纹纹相相交交时时，形成磨损形成磨损剥落剥落。疲劳磨损2024/4/25 周四39l 疲劳磨损的种类l模具疲劳磨损的外载有机械载荷和热载模具疲劳磨损的外载有机械载荷和热载荷。因此疲劳磨损可分为：荷。因此疲劳磨损可分为：l机械疲劳磨损、机械疲劳磨损、l冷热疲劳磨损。冷热疲劳磨损。疲劳磨损疲劳磨损2024/4/25 周四40l 2.疲劳磨损的特征l接触表面出现许多痘接触表面出现许多痘状、贝壳状或不规则状、贝壳状或不规则形状的凹坑，有些凹形状的凹坑，有些凹坑较深，底部有疲劳坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。裂纹扩展线的痕迹。疲劳磨损412024/4/25 周四l 疲劳磨损的特点n疲劳磨损裂纹一般产生在金属的表面和疲劳磨损裂纹一般产生在金属的表面和亚表面内，裂纹扩展的方向平行于表面，亚表面内，裂纹扩展的方向平行于表面，或与表面成或与表面成1030的角度，的角度，只限于在只限于在表面层内扩展表面层内扩展。n疲劳磨损疲劳磨损没有一个明显的疲劳极限没有一个明显的疲劳极限，寿，寿命波动很大。命波动很大。疲劳磨损422024/4/25 周四l 疲劳磨损的特点n疲劳磨损除受循环应力作用外，还要经受疲劳磨损除受循环应力作用外，还要经受复杂的摩擦过程，可能会引起表面层复杂的摩擦过程，可能会引起表面层一系一系列物理化学变化列物理化学变化以及各种以及各种力学性能与物理力学性能与物理性能变化性能变化等，所以工作环境比整体疲劳更等，所以工作环境比整体疲劳更复杂更恶劣。复杂更恶劣。疲劳磨损432024/4/25 周四l 影响疲劳磨损的因素n1）材料的冶金质量）材料的冶金质量 n2）材料的硬度）材料的硬度 n3）表面粗糙度）表面粗糙度 疲劳磨损2024/4/25 周四44l 气蚀磨损l金属表面产生的气金属表面产生的气泡破裂，在瞬间产泡破裂，在瞬间产生的冲击和高温，生的冲击和高温，使模具表面形成微使模具表面形成微小麻点和凹坑的现小麻点和凹坑的现象叫气蚀磨损。象叫气蚀磨损。哪来的气泡？哪来的气泡？（四）其他形式磨损452024/4/25 周四l 气蚀磨损的形成过程n当液体与模具接触处的局部压力比液体蒸当液体与模具接触处的局部压力比液体蒸发压力低，就会发压力低，就会形成形成气泡。气泡。n同时溶解在液体中的气体也可能析出同时溶解在液体中的气体也可能析出形成形成气泡。气泡。n如果这些气泡承受的压力超过气泡内压力如果这些气泡承受的压力超过气泡内压力时，气泡就会时，气泡就会破裂破裂。哪种模具表面可哪种模具表面可能与液体接触能与液体接触?462024/4/25 周四l 气蚀磨损的形成过程n在这种气泡的在这种气泡的形成和破裂形成和破裂的反复作用下，的反复作用下，模具浅表面将萌生疲劳裂纹，最后扩展至模具浅表面将萌生疲劳裂纹，最后扩展至表面，局部金属脱离表面或气化，形成泡表面，局部金属脱离表面或气化，形成泡沫海绵状空穴。沫海绵状空穴。哪种模具表面可哪种模具表面可能与液体接触能与液体接触?其他形式磨损其他形式磨损2024/4/25 周四47l 冲蚀磨损 液体和固体微小颗液体和固体微小颗粒高速落到模具表粒高速落到模具表面，反复冲击模具面，反复冲击模具表面，使模具表面表面，使模具表面局部材料流失，形局部材料流失，形成麻点和凹坑的现成麻点和凹坑的现象叫冲蚀磨损。象叫冲蚀磨损。其他形式磨损其他形式磨损482024/4/25 周四l 冲蚀磨损n当小滴液体以高速当小滴液体以高速(100(100m ms)s)落到模具表面落到模具表面上，会产生很高的应力，一般可以超过金属上，会产生很高的应力，一般可以超过金属材料的屈服强度，甚至造成局部材料断裂。材料的屈服强度，甚至造成局部材料断裂。n但速度不高的反复冲击会萌生疲劳裂纹，形但速度不高的反复冲击会萌生疲劳裂纹，形成麻点和凹坑。成麻点和凹坑。气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的一种派生气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的一种派生形式，在注塑模具与压铸模具中易出现。形式，在注塑模具与压铸模具中易出现。其他形式磨损其他形式磨损492024/4/25 周四l 腐蚀磨损n在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用，学或电化学反应，再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落的现象叫腐蚀磨损。引起表层材料脱落的现象叫腐蚀磨损。其他形式磨损其他形式磨损2024/4/25 周四50l 腐蚀磨损形成过程腐蚀磨损形成过程l当一对摩擦副在一定的环境中发生摩擦时，当一对摩擦副在一定的环境中发生摩擦时，在摩擦面上会产生与在摩擦面上会产生与环境介质环境介质的反应，并的反应，并形成反应物；形成反应物；l表面反应物在两摩擦副的相对运动中被磨表面反应物在两摩擦副的相对运动中被磨掉；掉；l反应物被磨掉，就会暴露出未反应表面，反应物被磨掉，就会暴露出未反应表面，就又开始形成反应物。就又开始形成反应物。其他形式磨损其他形式磨损512024/4/25 周四n腐蚀磨损形式常发生于高温或潮湿的环腐蚀磨损形式常发生于高温或潮湿的环境中，在有酸、碱、盐等特殊条件下最境中，在有酸、碱、盐等特殊条件下最易发生。易发生。n模具常见的腐蚀磨损有：模具常见的腐蚀磨损有：氧化腐蚀磨损和特殊介质的腐蚀磨损。氧化腐蚀磨损和特殊介质的腐蚀磨损。其他形式磨损其他形式磨损522024/4/25 周四n在摩擦过程中，由于金属表层凸峰的塑在摩擦过程中，由于金属表层凸峰的塑性变形，促使原有的氧化膜破裂，新的性变形，促使原有的氧化膜破裂，新的材料暴露，又与氧结合形成脆而硬的氧材料暴露，又与氧结合形成脆而硬的氧化膜。化膜。n新生成的氧化膜因摩擦作用而剥落，由新生成的氧化膜因摩擦作用而剥落，由此造成的磨损称为氧化磨损。此造成的磨损称为氧化磨损。n模具服役时一般都会出现氧化磨损。模具服役时一般都会出现氧化磨损。l 氧化磨损其他形式磨损其他形式磨损532024/4/25 周四n在在腐腐蚀蚀性性环环境境中中，金金属属表表面面与与酸酸、碱碱、盐盐等等特特殊殊介介质质发发生生化化学学反反应应，形形成成化化合合物物。在在摩摩擦擦力力的的作作用用下下，引引起起表表层层化化合合物物的的脱脱落落，由由此此引引起起的的磨磨损损称称为为特特殊殊介介质腐蚀磨损。质腐蚀磨损。l 特殊介质腐蚀磨损其他形式磨损其他形式磨损542024/4/25 周四l 微动磨损n模具的嵌合部位或过盈配合处，在循环载荷或振模具的嵌合部位或过盈配合处，在循环载荷或振动的作用下，虽然不产生宏观的动的作用下，虽然不产生宏观的相对位移，但却相对位移，但却 产生微小产生微小(2(220m)20m)的相对滑动，在配合的相对滑动，在配合面上有氧化物磨损粉面上有氧化物磨损粉末产生，而且不易向末产生，而且不易向外排出。外排出。其他形式磨损其他形式磨损552024/4/25 周四n 这这时时，该该处处的的磨磨损损兼兼有有氧氧化化磨磨损损、磨磨粒粒磨磨损损和和粘粘着着磨磨损损的的特特征征，并并逐逐渐渐在在嵌嵌合合部部位位形形成成磨磨痕痕蚀蚀坑坑，对对于于钢钢材材，蚀蚀坑坑处处有有大大量量褐褐红红色色氧氧化化物物(Fe2O3)聚集。聚集。n这这种种磨磨损损称称为为微微动动磨磨损损，又又称称咬咬蚀蚀。咬咬蚀蚀引引起起严严重重的的应应力力集集中中，最最后后导导致致疲劳断裂。疲劳断裂。其他形式磨损其他形式磨损562024/4/25 周四n在模具与工件在模具与工件(或坯料或坯料)相对运动中，摩擦磨相对运动中，摩擦磨损情况很复杂，磨损一般不只是以一种形式损情况很复杂，磨损一般不只是以一种形式存在，往往是多种形式并存，并相互促进。存在，往往是多种形式并存，并相互促进。（五）磨损的交互作用其他形式磨损其他形式磨损2024/4/25 周四57三、过量变形失效三、过量变形失效 l材料受到力的作用就会产生变形。随着材料受到力的作用就会产生变形。随着力的增加，材料的变形总是要经历弹性力的增加，材料的变形总是要经历弹性变形阶段、塑性变形阶段、出现裂纹到变形阶段、塑性变形阶段、出现裂纹到裂纹扩展直至断裂阶段的过程。裂纹扩展直至断裂阶段的过程。模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理582024/4/25 周四n变形失效是逐步进行的，一般属于非灾变形失效是逐步进行的，一般属于非灾难性的，因此不易被人关注。难性的，因此不易被人关注。n当变形量超过了模具的精度要求，成型当变形量超过了模具的精度要求，成型的工件成为次品或废品时，也会造成模的工件成为次品或废品时，也会造成模具的失效。具的失效。n另外，过度的变形最终也会导致断裂。另外，过度的变形最终也会导致断裂。过量变形失效2024/4/25 周四59l模具在使用过程中，产生的弹性变形量模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过超过模具匹配所模具匹配所允许允许的数值，使得成型的工件的数值，使得成型的工件尺尺寸寸或或形状形状精度不能满足要求而不能服役的现精度不能满足要求而不能服役的现象，称为过量弹性变形失效。象，称为过量弹性变形失效。l判断过量弹性变形失效比较困难，因为在工判断过量弹性变形失效比较困难，因为在工作状态下引起的变形导致失效的模具，在剖作状态下引起的变形导致失效的模具，在剖析和测量尺寸时，变形已经恢复。析和测量尺寸时，变形已经恢复。1.过量弹性变形失效过量变形失效2024/4/25 周四602塑性变形失效l模具在使用过程中，由于发生塑性变形模具在使用过程中，由于发生塑性变形改变改变了几何了几何形状形状或或尺寸尺寸，而不能通过修复继续服，而不能通过修复继续服役的现象称为塑性变形失效。役的现象称为塑性变形失效。l塑性变形失效的主要形式有塌陷、镦粗、弯塑性变形失效的主要形式有塌陷、镦粗、弯曲等。曲等。过量变形失效612024/4/25 周四n当模具的某些部位所承受的应力当模具的某些部位所承受的应力超过超过工作温工作温度下模具材料的度下模具材料的屈服强度屈服强度时，就会产生过量时，就会产生过量的的塑性变形塑性变形而造成模具的失效。而造成模具的失效。过量变形失效2024/4/25 周四62四、断裂失效四、断裂失效 l模具在工作中出现较大模具在工作中出现较大裂纹裂纹或部分或部分分离分离而丧失而丧失正常服役能力的现象称为断裂失效。正常服役能力的现象称为断裂失效。l材料的材料的断裂断裂是力对材料作用的最终结果，意味是力对材料作用的最终结果，意味着材料的着材料的彻底失效彻底失效。l模具断裂通常表现为产生模具断裂通常表现为产生局部碎块局部碎块或整个模具或整个模具断成几个部分断成几个部分。模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理632024/4/25 周四断裂失效断裂失效642024/4/25 周四断裂失效断裂失效2024/4/25 周四651.韧性断裂l断裂前产生明显的宏观断裂前产生明显的宏观塑性变形塑性变形，断裂，断裂过程中吸收较多的能量，一般在过程中吸收较多的能量，一般在高于材高于材料屈服应力料屈服应力条件下的高能断裂。条件下的高能断裂。l韧性断裂断口的宏观特征为韧性断裂断口的宏观特征为断口截面尺断口截面尺寸减小，有缩颈现象寸减小，有缩颈现象。断裂失效断裂失效2024/4/25 周四662.脆性断裂l断断裂裂前前的的变变形形量量很很小小，没没有有明明显显的的塑塑性性变变形形量量。断断裂裂过过程程中中材材料料吸吸收收的的能能量量很很小小，一一般般在在低低于于允许应力条件下的低能断裂。允许应力条件下的低能断裂。l脆脆性性断断裂裂断断口口的的宏宏观观特特征征为为断断口口截截面面尺尺寸寸无无明明显变化，不产生缩颈显变化，不产生缩颈。l韧韧性性和和脆脆性性两两种种断断裂裂用用肉肉眼眼或或1020倍倍放放大大镜镜就可分辨出其断口特征。就可分辨出其断口特征。断裂失效断裂失效672024/4/25 周四3.沿晶断裂 n裂裂纹纹沿沿多多晶晶体体晶晶界界扩扩展展分分离离产产生生的的断断裂裂,也也称称为为晶晶界界断断裂裂。当当晶晶界界上上存存在在着着脆脆性性相相、热热裂裂纹纹、蠕蠕变变断裂、应力腐蚀断裂、应力腐蚀等引起的断裂为沿晶断裂。等引起的断裂为沿晶断裂。n沿沿晶晶断断裂裂在在室室温温下下往往往往是是脆脆性性断断裂裂，断断口口的的微微观观形形貌貌显显示示出出多多晶晶体体的的外外形形，呈呈“冰糖块冰糖块”状状。断裂失效断裂失效2024/4/25 周四68l金金属属材材料料在在高高温温下下的的蠕蠕变变断断裂裂往往往往是是韧韧性性沿沿晶晶断断裂裂，由由于于晶晶界界滑滑动动和和晶晶粒粒发发生生塑塑性性变变形形，微微观观断断口口上上有有大大量量韧韧窝。窝。断裂失效断裂失效692024/4/25 周四4.穿晶断裂n裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。n当当材料韧性较差、存在表面缺陷、承受材料韧性较差、存在表面缺陷、承受高的冲击载荷高的冲击载荷时，易产生穿晶断裂。时，易产生穿晶断裂。n穿晶断裂可能是韧性断裂也可能是脆性穿晶断裂可能是韧性断裂也可能是脆性断裂。断裂。断裂失效断裂失效702024/4/25 周四n韧性穿晶断裂破坏时，常以夹杂物或第韧性穿晶断裂破坏时，常以夹杂物或第二相粒子为核心，形成大量的显微孔洞。二相粒子为核心，形成大量的显微孔洞。n在应力作用下，这些显微孔洞发生微观在应力作用下，这些显微孔洞发生微观塑性变形而逐渐长大、聚合，直至断裂。塑性变形而逐渐长大、聚合，直至断裂。断裂失效断裂失效712024/4/25 周四n韧性穿晶断裂断口韧性穿晶断裂断口的微观形貌呈韧窝的微观形貌呈韧窝状。韧窝越大、越状。韧窝越大、越深，则微观塑性变深，则微观塑性变形量越大。形量越大。断裂失效断裂失效722024/4/25 周四n脆性穿晶断裂也称为解理断裂，解理断裂是沿脆性穿晶断裂也称为解理断裂，解理断裂是沿一定晶面一定晶面(称为称为解理面解理面),),迅速发生晶体分离的脆迅速发生晶体分离的脆 性断裂。性断裂。n其断口的微观形貌其断口的微观形貌特征是特征是由若干解理由若干解理台阶相汇合形成的台阶相汇合形成的“河流花样河流花样”。断裂失效断裂失效732024/4/25 周四n根据河流支流合并为主流的方向，可以确根据河流支流合并为主流的方向，可以确定裂纹在微观区域内扩展的方向。定裂纹在微观区域内扩展的方向。n解理穿晶断裂常解理穿晶断裂常在低温、冲击或三向拉伸在低温、冲击或三向拉伸的应力状态下，发生在体心立方或密排六的应力状态下，发生在体心立方或密排六方晶格的金属材料中方晶格的金属材料中。断裂失效断裂失效742024/4/25 周四5.5.混晶断裂混晶断裂 n当裂纹的扩展形成既有穿晶型也有沿晶当裂纹的扩展形成既有穿晶型也有沿晶型时，则称为型时，则称为混晶断裂混晶断裂或或准解理断裂准解理断裂。n准解理断裂是由解理断裂和微孔聚合断准解理断裂是由解理断裂和微孔聚合断裂组成的混合型断裂。裂组成的混合型断裂。断裂失效断裂失效752024/4/25 周四n准解理断裂形成过程：准解理断裂形成过程：断裂失效断裂失效762024/4/25 周四n在准解理小平面内在准解理小平面内有向四周放射的河有向四周放射的河流花样，小平面间流花样，小平面间存在大量短而弯曲存在大量短而弯曲的撕裂棱。的撕裂棱。n多晶体金属的断裂多晶体金属的断裂多数属混晶断裂。多数属混晶断裂。断裂失效断裂失效772024/4/25 周四6.一次性断裂n模具在承受很大变形力或在冲击载荷的作模具在承受很大变形力或在冲击载荷的作用下，产生裂纹并迅速扩展所形成的脆性用下，产生裂纹并迅速扩展所形成的脆性断裂称为一次性断裂或快速断裂。断裂称为一次性断裂或快速断裂。n一次性断裂的断口呈结晶状。一次性断裂的断口呈结晶状。断裂失效断裂失效782024/4/25 周四7.疲劳断裂 n 疲劳断裂是指在疲劳断裂是指在较低的循环载荷较低的循环载荷作用下，作用下，工作一段时间后工作一段时间后,由由裂纹缓慢扩展裂纹缓慢扩展，最后，最后发生断裂的现象。发生断裂的现象。n疲劳裂纹总是在应力最高、强度最弱的部疲劳裂纹总是在应力最高、强度最弱的部位上形成。位上形成。断裂失效断裂失效792024/4/25 周四l 疲劳断裂形成过程 n模具内部受力不均时，在局部范围内就会模具内部受力不均时，在局部范围内就会出现较大的出现较大的应力集中应力集中，在，在循环载荷循环载荷的作用的作用下，应力集中处最先出现下，应力集中处最先出现裂纹裂纹，裂纹的前，裂纹的前沿形成尖锐的缺口，造成新的应力集中区，沿形成尖锐的缺口，造成新的应力集中区，并在模具工作的过程中，并在模具工作的过程中，裂纹不断扩展裂纹不断扩展直直到模具发生到模具发生破坏破坏。断裂失效断裂失效802024/4/25 周四l 疲劳断裂的特征 n疲劳断口特征分为：疲劳断口特征分为：n疲劳扩展区疲劳扩展区(光亮区)：是裂纹自裂纹源向纵深是裂纹自裂纹源向纵深逐渐发展形成的，具有逐渐发展形成的，具有光亮的光亮的“贝纹贝纹”状痕迹。状痕迹。n最后断裂区(粗糙区)：是裂纹发展到一定程度失稳是裂纹发展到一定程度失稳快速扩展的结果。快速扩展的结果。断裂失效断裂失效812024/4/25 周四8.正断和切断n断口的宏观表面垂直于最大正应力或最大正断口的宏观表面垂直于最大正应力或最大正应变方向的断裂称为应变方向的断裂称为正断正断，断口的宏观表面，断口的宏观表面平行于最大切应力方向的断裂称为平行于最大切应力方向的断裂称为切断切断。断裂失效断裂失效2024/4/25 周四82五、多种失效形式的交互作用五、多种失效形式的交互作用l1 1）磨损对断裂的促进作用）磨损对断裂的促进作用l磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨磨损沟痕可成为裂纹的发源地。当由磨损形成的裂纹在有利于其向纵深发展的损形成的裂纹在有利于其向纵深发展的应力作用下，就会造成断裂。应力作用下，就会造成断裂。模具失效的形式和机理模具失效的形式和机理2024/4/25 周四83l模具局部磨损后，会带来承载能力的模具局部磨损后，会带来承载能力的下降以及易受偏载，造成另一部位承下降以及易受偏载，造成另一部位承受过大的应力而产生塑性变形。受过大的应力而产生塑性变形。2）磨损对塑性变形的促进作用多种失效形式的交互作用多种失效形式的交互作用2024/4/25 周四84l塑性变形后，模具间隙不均匀，间隙变小，必塑性变形后，模具间隙不均匀，间隙变小，必然造成不均匀磨损，磨损速度加快，进而促进然造成不均匀磨损，磨损速度加快，进而促进磨损失效；磨损失效；l塑性变形后，模具间隙不均匀，承载面积变小，塑性变形后，模具间隙不均匀，承载面积变小，带来附加的偏心载荷以及局部应力过大