模具寿命与失效3 第二节 模具的工作条件与失效形式.ppt

模具寿命与失效 授课人：曾珊琪 第二节 模具的工作条件与失效形式 不同种类的模具，由于其工作条件不同，它们在服役中发生失效的形式和特点也各不相同。 下面将分别介绍各种模具的工作条件和失效形式。 一、冷作模具的工作条件与失效形式 冷作模具主要包括：冷冲裁模、冷拉深模、冷挤压模、冷镦模等。 相同点：都是常温下对被加工材料施加压力，使其产生分离或变形，获得零件。 不同点：技术要求不同，具有不同的工作条件，因此失效形式各有不同之处。 1．冷冲裁模的工作条件 主要工作部位： 凸模刃口和凹模刃口 在冲压力作用下，凸模引入凹模时，对板料施加一定压力，通过锋利的刃口使板料 产生弹性变形、塑性变形，直至被剪裂。 冷冲裁模的受力过程 在板料弹性变形阶段 冲头端面的中央部位与板料脱离接触，压力集中于刃口附近的狭小范围内，使刃口上的单位面积压力增大。 冷冲裁模的受力过程 在板料塑性变形和剪裂阶段 凸模切入板料，板料挤入凹模内孔，使模具刃口的端面和侧面产生挤压和摩擦。 冷冲裁模的受力性质 模具在工作过程中刃口受到的力主要有： 正压力、侧压力、摩擦力和弯曲力等。 模具刃口受力的大小与板料的厚度和硬度有关。 2．模具寿命与受力大小、板料厚度的关系 冲头受到的压力通常大于凹模，尤其是在厚板上冲制小孔时，冲头的单位面积的压力很大。 设冲头工作部分的直径为d，板料厚度为t，则比值d/t越小，冲头受力越大，其寿命就越低。 冲头寿命与直径、板料厚度的关系 3．冷冲裁模的失效形式 模具刃口在压力和摩擦力的作用下，最常见的失效形式是磨损和崩刃。 磨损的部位：刃口磨损、侧面磨损、端面磨损。 失效形式与板厚的关系 冲裁不同板料厚度的模具负荷的大小不同，失效形式也有所不同。 冲裁模可分为： 薄板冲裁模(t≤1．5mm) 厚板冲裁模(t＞1．5mm)。 失效形式与板厚的关系 薄板冲裁模受力较小，其失效的主要形式是磨损。 厚板冲裁模受力较大，其失效形式除了磨损外,还可能发生局部断裂(崩刃)。 当比值d/t较小时，还会引起冲头的宏观塑性变形或折断。 4．模具刃口的损伤过程 模具在服役中的磨损过程，可分为初期磨损、稳定磨损和急剧磨损三个阶段。 1）初期磨损阶段 刃口锋利，与板料接触面积小，单位面积压力大，易造成刃口局部塑性变形， 所以初期磨损阶段的磨损速度较大。 2）稳定磨损阶段 刃口磨损至一定程度，单位面积压力减轻，刃口表面产生塑变强化，不再继续塑性变形， 这时刃口的磨损主要由坯料的摩擦引起，磨损速度变缓，即进入稳定磨损阶段。 3）急剧磨损阶段 模具服役相当长的时间后，刃口因经受多次冲裁而趋于疲劳，局部表面开始剥落，即进入急剧磨损阶段。 这时，会因冲裁件不合格导致模具失效。 分析思路： 1）根据受力特征判断可能产生失效的形式； 2）根据刃口磨损部位或损伤程度分析原因； 3）根据刃口变形特征判断磨损阶段 在急剧磨损阶段之前及时对刃口进行修磨，可提高使用寿命。 1.冷拉深模的工作条件 拉深模的主要工作零件也是凸模刃口和凹模刃口。 与冲裁模不同的是拉深模刃口圆钝不锋利，凸、凹模之间的工作间隙较大。 2.冷拉深模的失效形式 拉深模在工作时，冲击力很小，单位面积的压力也不大，主要是模具型腔表面承受板材变形的剧烈摩擦。 这种模具的失效形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。 磨损部位：凹模、压边圈端面、凸模、凹模圆角半径处等。 拉深模损伤的过程 在冷拉深过程中，模具工作表面的某些局部负荷较重，承受挤压力较大,摩擦热积累较多，使温度升高 在温度和压力的共同作用下，模腔局部表面易与坯料发生咬合，使小块坯料粘附在模腔表面形成很硬的“小瘤” 坚硬的“小瘤”使拉深件表面产生划痕或擦伤,即发生了粘着磨损。 （三）冷镦模 冷镦模是在冲击力的作用下，凸模使金属棒料在凹模型腔内镦粗成形的冷作模具。 冷镦模主要用来加工各种形状的螺钉、铆钉、螺栓和螺母等的毛坯。 模具的上模是由凸模和模柄通过螺钉紧固而构成。下模是由凹模及凹模固定套和凹模固定板组成。 当工件镦压成形后，由下模的杠杆通过出模机构将零件从凹模中顶出。 在冷镦加工过程中，冲击频率高，可达60～120次／min，冲击力大，金属坯料受到强烈地镦击，同时，模具也同样受到短周期冲击载荷的作用。 由于是在室温条件下工作的，塑性变形抗力大，工作环境差，凸模承受巨大的冲击压力和摩擦力，凹模承受冲胀力和摩擦力，产生强烈地摩擦。 冷镦模最常见的失效形式 磨损失效和疲劳断裂失效 磨损失效可能有磨粒磨损、表面损伤、冲击磨损等多种形式； 凸模在冲击力的作用下，表面会产生剥落而出现麻坑； 由磨损所造成的表面损伤、麻坑、擦伤痕等，均可能成为疲劳裂纹源，导致模具的疲劳断裂。 冷镦模最常见的失效形式 还可能产生凸模的塑性变形和折断； 凹模的模口胀大、棱角堆塌、腔壁