模具材料与寿命论文

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1、模具寿命与失效分析摘要：分析模具使用寿命及模具失效的主要影响因素，比较不同的模具材料及其热处理后的性能根据模具服役环境条件，提出一些有效的措施以提高模具的使用寿命。关键词：模具；磨损；寿命;失效随着现代工业的发展和产品不断更新，对模具的设计和制造水平也提出了更高的要求，即“高精度、高效率、低成本、低能耗”。近20年来，模具工业约以每年5％左右的速度增长。然而，我国的模具寿命不及发达国家的二分之一，主要是由于管理技术和设计技术落后，造成模具的非正常失效而报废。因此，研究模其的失效机理，对提高模具精度和延长模具的使用寿命，具有十分重要的意义。模具寿命与模具结构设计、模具材料性能、模具制

2、造工艺与质量，包括热处理、装配技术，以及模具使用与维护保养等都有密切关系。1模具材料与热处理的确定在设计模具时，首先是选择模具材料。由于在合金元素中，硅、锰、铬、钼等主要作用是提高淬透性；而作为碳化物形成元素的铬、铝、钨、矾等在钢中形成合金渗碳体和特殊碳化物，可提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；基于这些特点，可按以下原则来选择模具材料。对于形状简单、冲压件尺寸不大的简单模具，常用碳素工具钢(如聪A、T10A等)；对于形状较复杂、冲压尺寸较大的模具。选用CrWMn、Crl2、Crl2Mov、Cr6WC、W18Cr4V等j精密冲压模具，可采用Cr12MoV、W18Cr4V、GYl5、GY

3、20等。另外，热作模具主要用5CrMnMo、5CrNiMo；冷作模具主要用T10A、9MnV、Crl2MoV、Cr6WC”。对于塑料模具，40CrMnMo钢适用于高耐磨、高强度和韧性的大型型芯、型腔；3Cr2W8V、38CrMoAl等用于形状复杂、要求耐腐蚀的高精度型腔、型芯；45钢用于形状简单、要求不高的型腔、型芯。在拉丝挤压过程中，由于材料与模具之间存在摩擦，而摩擦必然造成磨损。2模具的磨损失效模具因为磨损或者其他形式失效、种植不可修复而报废之前所加工的产品的件数，称模具的使用寿命，简称模具寿命。指在保证制件品质的前提下，所能成形出的制件数。模具失效可分为非正常失效和正常失效。

4、正常失效是指模具经长时间使用，因缓慢塑性变形、蠕变、均匀磨损以及疲劳断裂，致使在达到预计的寿命后，不能继续使用而报废。非正常失效是指模具未能达到一定工业技术水平下所公认的寿命就无法继续使用的失效。模具失效形式大致为磨损、断裂和塑性变形等。按磨损的机理不同，可分为磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。(1)磨料磨损进线与模具之间存在硬质颗粒时，在其表面产生擦伤，称为磨料磨损。对材质不均。化学成分和组织对磨料磨损影响显著。①钢中含碳景越高，硬度也越高。对合金工具钢而言，铬、钼、钒等台金元素能使钢的硬度和耐磨性显著提高。②不同的组织，磨损速度不同。(2)疲劳磨损提高疲劳性能和减少疲劳磨损，主要是

5、提高材料摩擦抗力，即提高材料的硬度。由于最大摩擦应力只产生在材料表层，故能提高表层强度的表面硬化处理对防止疲劳磨损最有效。然而并不是硬度越高越好，因为高硬度会引起塑性的显著下降，脆性增大，容易崩裂。(3)腐蚀磨损模具常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质磨损等方式。由于在较高的温度下，塑料会发生分解，释放出腐蚀性气体．引起模腔的腐蚀，从而导致模具的腐蚀磨损。所以，在这种情况下，保护模具的型腔和外部显得特别重要。目前常采用模具表面镀铬或作TD处理的方法来防腐蚀；据资料介绍，电刷镀含si02的纳米复合涂层后，也可以减少模具的摩擦和磨损。实际上，在模其服役过程中，多种磨损方式是共同作用的。如

6、模具与缆线表面产生粘着磨损后，部分材料可能脱落形成磨粒磨损；磨粒磨损出现后，使得模具表面变得粗糙，又加剧粘着磨损和出现疲劳磨损；这些磨损出现后，互相促进，造成恶性循环，使磨损加剧。因此，降低磨损速度的最有效方法是选用高强度和硬度的材料，采用合适的处理方法强化模具的工作表面。3模具的断裂失效模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分丧失服役能力时，称为断裂失效。断裂可分为塑性断裂和脆性断裂。模具材料多为中、高强度钢，断裂的形式多为脆性断裂。脆性断裂又可分为一次性断裂和疲劳断裂。断裂是模具的最严重的失效形式，疲劳断裂是主要的断裂形式。疲劳裂纹总是在应力最高、强度最低的部位上形成，它总是从模具

7、表面和内部某一缺陷处开始，当模具内部受力不均匀时，局部区域就会出现较大的应力集中，在连续使用中，该处裂纹会继续扩大导致模具断裂。4模具的塑性变形失效塑料模具在服役时承受很大的应力，而且不均匀。当模具的某个部位的应力超过了当时温度模具材料的屈服极限时，就会以晶格滑移、孪晶、晶界滑移等方式产生塑性变形，改变了几何形状或尺寸，而且不能修复再服役时，叫塑性变形失效。塑性变形的失效形式表现为镦粗、弯曲、形腔胀大、塌陷等。　　模具的塑性变形是模具金属材料的屈服过程。是否产生塑性变