(数控模具设计)冲压模具失效形式
冲压模具的失效形式分析与思考
冲压模具的失效形式分析与思考摘要：本文简单介绍了冲压模具失效的几种形式，并针对每种失效形式产生的原因进行了具体分析，提出了相应的预防及解决措施。
关键词：冲压模具；失效形式；分析；措施1 前言随着我国现代工业技术的不断发展，冲压模具在工业生产中起到了越来越广泛的应用。
冲压模具质量的好坏直接决定了所冲产品质量的优劣。
然而，冲压模具在使用过程中，常常出现各种形式的失效情况，应对这些失效，往往需要耗费一定的时间、人力、物力以及财力资源，严重影响到了工业生产的进度，不利于企业经济效益的提高。
因此，如何有效地预防冲压模具的失效，最大限度的提高其使用寿命，是很多企业共同面临的一个技术难题。
只有对冲压模具的失效形式做出正确分析，归属其失效类型，才能精准地找出其失效的原因，采取相应的技术措施对其修复或预防，延长其使用寿命。
2 冲压模具失效形式概述2.1 冲压模具失效的涵义冲压模具在使用过程中，因各种原因如结构形状、尺寸的变化以及零部件组织与性能的变化等，使得冲压模具冲不出合格的冲压件，同时也无法再修复的情形就叫做冲压模具的失效。
鉴定模具是否失效的判据有三种：一是模具已经完全丧失工作能力；二是模具虽然可以工作，但无法完成设定的功能；三是模具因结构受到严重损害，使用时存在安全隐患。
2.2 冲压模具失效的形式冲压模具在使用过程中，因模具本身类型、结构、材料的不同以及实际工作条件的不同，会表现出不同的失效形式，主要可分为以下四种。
（1）磨损失效。
冲压模具在正常工作过程中，往往会与加工的成形坯料直接接触，二者之间因相对运动而产生摩擦，造成冲压模具表面磨损。
当磨损程度达到一定限度时，模具表面失去原来的状态，使之无法冲出合格的冲压件，这就是磨损失效。
磨损在任何机械的使用过程中是不可避免的，因此是一种正常的失效形式，也是冲压模具失效形式中最为主要的一种。
根据磨损机理，可将磨损失效细分为四种：①磨粒磨损失效。
当坯料与模具接触的表面间存在硬质颗粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在坚硬的突出物时，会摩擦并刮划模具的表面，严重时就会使模具表面材料脱落，造成磨粒磨损失效。
冲压模具失效知识简介
三冲裁模的工作条件及失效形式
此外， 凸模退出板料时，需要有一定的卸料力 将板料从 凸模上 卸下，卸料力与作用在凸模 上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸 模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损， 这也是致使凸模崩刃的原因之一。 对于厚板冲裁模，由于凸 、凹模受到的作用力 增大，在过大应力的作用下，不仅会产生磨损， 而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当 冲裁 凸模较 细长时，还会引起弯曲变形或折 断，如图 11.1.2所示。
四拉深模的工作条件及失效形式
从显微观 察看，模具和坯料的表面都是凹凸不平的， 由于模具表面的硬度高于坯料，相互挤压摩擦时会将 坯料表面刮下的碎粒压入模具表面的凹坑。在拉 深过 程 中，坯料的塑性变形以及坯料和模具工作部件表面 的摩擦，会产生出热能。特别是在某些塑性变形严重 和摩擦剧烈的局部区域，所产生的热能造成了高温， 破坏了模具和坯料表面的氧化膜和润滑膜，使金属表 面裸露，促使材料分子之间相互吸引，并使模具表面 凹坑里的坯料碎屑熔化，和模具表面焊合，形成坚硬 的小瘤，即粘结瘤。这些坚硬的小瘤，会使 拉深件表 面粗糙度 变差，严重时将在产品的表面 刻划 出刻痕， 擦伤工件，并且加速模具的不均匀磨损，这种失效形 式又 称为粘模 。此时，需对模具进行修磨，除去粘附 的金属。 拉深模的 重要问题，就在于如何防止粘附的 金属小瘤。
三冲裁模的工作条件及失效形式
a ）局部塑变
b ） 摩擦磨损 c ） 疲劳损坏
（初期磨损阶段） （正常磨损阶段） （急剧磨损阶段）
图 11.1.1 冲裁时刃口的损伤过程
初期磨损阶段
模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压 力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷 磨损。其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。
冲压模具的失效形式
限． 便会产生塑形变形 。过量 的塑形变形将 严重 影响模 具工作零件的
几何形状和尺寸而使模具不能再使用 ． 这种现象称为变形失效。塑形 变形的失效形式有 塌陷、 镦粗 、 曲等 弯 １ － 裂 ３断 模具 出现较大裂纹 或分离为数部分而丧失工作能力 ． 称为断裂失 效 按断裂机理 分为早期断裂和疲劳断裂 １ ． ４啃伤 由于模具装配质量差 ， 压力机导 向精度低 ， 模具安装调整不当 ， 送 料误差等原 因． 都使 得凸 、 凹模相互 啃刃造 成崩裂 的现象称 为啃伤失 效。 由于模具的工作条件 复杂多变 ． 一套模具在使用过程 中可能出现 的黏结瘤将使拉深件表 面产生划痕或擦伤 ， 降低表面质量 。 多种损伤形式的交互作用 ， 它们相互促进 ． 以一种主要形式失效。 最后
模具 刃 口受力 的大小与板料的厚度和硬度有关 而且 凸模 的压力 通常大于凹模的压力 ． 特别 是在厚板上冲裁小孔 时 ． 凸模所受 的单位 压力更大。凸模受力越大 ． 模具寿命 就越低 。 冲裁模在室温下分 离板料 ． 且受力集 中在 刃 口附近 ． 的正常失 它 效形式为磨损 ． 且主要为黏着磨损。 由于凸、 凹模刃 口处于端面压应力 和侧面压应力 的交 汇处 ．同时处在端 面摩擦 力和侧面摩擦 力的交汇 处， 因此凸 、 的刃口工作情况较差 ， 凹模 磨损较严重 。 中， 其 凸模受力最 大， 因而磨损最快 。磨损将使 刃 口变钝 ， 冲裁件 毛刺增大 ， 寸超差 。 尺 凸、 凹模磨损后 ． 必须对其刃 口修模后才能使用 。 冲裁模刃 口的磨损 过程大致分为初期磨 损 、 稳定磨损 、 急剧磨损 三个阶段 ， 如图 ４ 所示 。不同的磨损 阶段 ， 模具刃 口的损伤不 同。 在模具使 用初期 。 口锋利 ． 刃 与板料接 触面积 小 ， 位面积 压力 单 大， 易造成刃 口塑性变形 ，初期磨损阶段磨损速度较大 。刃 口磨损到 ， 定程度后 ． 面积压力减小 ． 单位 且刃 口表面塑变强化 ． 不再发生塑性 变形 ． 此时模具 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 。模具使用一定时间后 ． 口因经受多次冲裁趋于 刃 疲劳 ， 局部表 面开始脱落 ， 即进入急剧磨损 阶段 ， 此时磨损速 度较大 ， 会 因冲裁件不合格 而导致模具失效 ２２拉深模 ． 拉深模是通过 使坯料产生塑性变形 而获得各种开 口空心件的模 具。 拉深模工作时 ． 与凹模和压边圈之间产生相对 运动 ， 板料 存在很大 的摩擦 ， 因此拉深模 的主要失效形式为磨损 ， 且主要为黏着磨损 。 磨损 部位主要在 凹模与压料 圈的端 面、 凸模 与凹模 圆角半径处 、 压料圈 口 部及 凹模端面圆角半径 以外 的区域 在拉深过程中 ． 模具工作表面 的某些区域负荷较重 ． 摩擦热较多 ， 承受挤压力较大。 在工 作时， 模具工作表面可能与坯料 间发生焊和 ， 使 小块坯料黏附在模 腔表 面形成很硬的黏结瘤 ． 即发生粘模 这些坚硬
冲压模具失效形式
冲压模具失效形式a ）局部塑变b ）摩擦磨损c ）疲劳损坏（初期磨损时期）（正常磨损时期）（急剧磨损时期）图 11.1.1 冲裁时刃口的损害过程（1）初期磨损时期模具刃口与板料相碰时接触面积专门小，刃口的单位压力专门大，造成了刃口端面的塑性变形，一样称为塌陷磨损。
其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。
（2）正常磨损时期起初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐步减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化，（见图 11.1.1b ）。
这时，刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为要紧磨损形式。
磨损进展较缓慢，进入长期稳固的正常磨损时期，该时期时刻越长，讲明其耐磨性能越好。
（3）急剧磨损时期刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面显现了损坏剥落（见图 11.1.1c ）。
现在进入了急剧磨损时期，磨损加剧，刃口出现疲劳破坏，模具已无法正常工作。
模具使用时，必须操纵在正常磨损时期以内，显现急剧磨损时，要赶忙刃磨修复。
随着刃口的磨损，工件的毛刺高度会不断增加，因此实际生产中，能够通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量承诺的毛刺极限值时即进行刃磨。
从磨损机理上分析，凸、凹模的磨损要紧是粘附磨损和磨粒磨损。
粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中，由于高压产生了局部的相互粘着和咬合现象当接触面相对滑动时，粘附部分便发生剪切引起磨损。
磨粒磨损是指模具工作时表面剥落的碎屑嵌入工作部件表面，成为磨料，使其逐步磨损的过程。
冲裁硬度较高的金属材料（如高碳钢、硅钢）时，因材料的硬粒或碳化物剥离而产生磨粒磨损。
当冲压高韧性材料（如奥氏体不锈钢）时，易产生粘附磨损。
一样情形下，凸模的磨损要快于凹模，这是因为凸模刃口处的承力面积小于凹模，在同一冲裁力的作用下，凸模刃口处单位面积承担的压应力要比凹模刃口处更大一些；同时，在每一次冲裁过程中，凸模都要切入并退出板料，前后经历两次摩擦，而凹模和板料的分离部分仅发生一次摩擦。
冲压模具常见故障分析及解决方式
冲压是大量量零件成型生产实用工艺之一。
在冲压生产进程中，模具出现的问题最多，它是整个冲压生产要素中最重要的因素。
直接影响到生产效率和本钱。
影响到产品的交货周期。
模具问题主要集中在模具损坏、产品质量缺点和模具的刃磨方面，它们长期困扰着行业生产。
只有正确处置这几个关键点。
冲压生产才能够顺利进行。
1 模具故障模具故障是冲压生产中最容易出现的问题，常常造成停产，影响产品生产周期。
因此，必需尽快找到模具故障原因，合理维修。
模具损坏模具损坏是指模具开裂、折断、涨开等，处置模具损坏问题，必需从模具的设计、制造工艺和模具利用方面寻觅原因。
首先要审核模具的制造材料是不是适合，相对应的热处埋工艺是不是合理。
通常，模具材料的热处置工艺对其影响很大。
若是模具的淬火温度太高，淬火方式和时间不合理，和回火次数和温度、肘间选择不妥，都会致使模具进入冲压生产后损坏。
落料孔尺寸或深度设计不够，容易使槽孔阻塞，造成落料板损坏。
弹簧力设计过小或等高套不等高，会使弹簧断裂、落料板倾斜．造成重叠冲打，损坏零件。
冲头固定不妥或螺丝强度不够．会致使冲头掉落或折断。
模具使历时，零件位置、方向等安装错误或螺栓紧固不好。
工作高度调整太低、导柱润滑不足。
送料设备有故障，压力机异样等，都会造成模具的损坏。
若是出现异物进入模具、制件重叠、废料阻塞等情况未及时处置，继续加工生产，就很容易损坏模具的落料板、冲头、下模板和导柱。
卡模冲压进程中，一旦模具合模不灵活，乃至卡死，就必需当即停止生产，找出卡模原因，排除故障。
不然，将会扩大故障，致使模具损坏。
引发卡模的主要原因有：模具导向不良、倾斜。
或模板间有异物，使模板无法平贴；模具强度设计不够或受力不均。
造成模具变形，例如模座、模板的硬度、厚度设计过小，容易受外力撞击变形；模具位置安装不准，上下模的定位误差超差。
或压力机的精度太差，使模具产生干与；冲头的强度不够、大小冲头位置太近，使模具的侧向力不平衡。
这时应提高冲头强度，增强卸料板的引导保护。
模具失效形式及表面热处理
冷作模具：冲裁模的失效形式有：不均匀磨损、凸模整体折断和凸凹模局部掉块。
拉伸模失效形式有磨粒磨损和黏着磨损。
冷镦模失效形式有模口胀大、棱角堆塌、腔壁胀裂。
冷挤模失效形式有塑性变形、磨损失效、凸模折断失效、疲劳断裂失效、纵向开裂失效。
热作模具：锤锻模失效形式有磨损失效、断裂失效、热疲劳开裂失效及塑性变形失效。
压力机锻模失效形式有脆性断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效以及模具型腔的表面腐蚀失效。
热挤压模失效形式有早起断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效、模具型腔表面的氧化失效和磨损沟痕等。
热冲裁模失效形式有热磨损失效、崩刀失效、卷刀失效和断裂失效。
压铸模的失效形式主要有热疲劳失效、热熔蚀失效、冲蚀和气蚀磨损、粘模失效。
塑料模具失效形式有磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效、断裂失效、疲劳失效及热疲劳失效。
冷作模具的表面热处理:1.冲裁模的工作部位的表面处理工艺有氮碳共渗，TD法渗钒渗铌，CVD法沉积TiN或TiC，镀硬铬，化学镀镍磷合金，电火花熔渗等。
2.冷挤模常采用氮化渗碳，沉积氮化物或碳化物等表面强化技术。
3.拉伸模采用渗氮，氮碳共渗，渗硼，渗钒，镀硬铬，气相沉积TiC以及盐浴涂覆碳化物、碳化物于模具表面，通过渗硫提高模具抗咬合的能力。
4.冷镦模需要对模具进行使之整体强韧化的热处理，再对之进行表面强化处理，其常见的表面处理方法有氮碳共渗，气相沉积，TiN 等超硬化合物层，硼-硫复合渗等。
热作模具的表面处理：1.锤锻模对模具型腔表面进行渗氮、渗硼、氮碳硼三元共渗等表面强化处理。
2.压力机锻模及热挤压模常用的表面处理有渗氮、硫碳氮三元共渗、硼氮共渗。
3.热冲裁，模在模具刃口处用电焊条堆焊或用等离子喷焊一层高耐磨、高热强的钴基合金。
4.渗氮和氮碳共渗能提高模具的耐磨性、抗熔蚀性，及防止铝合金的粘模现象；渗铬、渗铝可提高模具的抗氧化性，尤其对高温工作的压铸模有利；磷化、镀铬也可提高抗氧化性，降低摩擦系数，防止粘模。
冲压模具失效形式
冲压模具失效形式冲压模具在工业生产中扮演着非常重要的角色，可以用于成型加工各种类型的金属材料，是制造硬件产品、汽车零部件、电子元器件和家具制品等必备的工具。
然而，由于工作环境的恶劣性质和长期使用，冲压模具难免会出现失效的情况。
为此，本文将介绍冲压模具失效形式的相关知识，以便于制造者和用户更好地了解模具的使用寿命和维护方式。
1. 疲劳寿命失效冲压模具的疲劳寿命是指在循环载荷作用下，经过一定数量的循环次数后产生的形变、龟裂或裂纹导致的失效。
在连续生产中，冲压模具多次受到高强度冲击和应力作用，一旦超过极限循环次数，就会出现失效现象。
一般情况下，冲压模具的疲劳寿命是由材料的强度、韧性、成分和结构等因素决定的。
2. 磨损失效磨损失效是指冲压模具表面沿着相对移动的方向，由于与工件或模具间的摩擦力而引起的材料表面不断剥落、损伤和磨损，导致其功能逐渐下降或失效。
通常，冲压模具的磨损失效是由于材料硬度不足、表面粗糙度过大、润滑不良、冲击负荷作用等因素引起的。
3. 塑性变形失效塑性变形失效是指冲压模具在受到高强度载荷作用下，模具的材料发生塑性变形导致模具形状和精度的变化。
在工业生产中，如连续冲击造成模具部分塑性变形，就会导致模具无法正常工作，降低产量和质量。
通常，冲压模具的塑性变形失效是由于材料的硬度、强度、韧性和应力分布不均等因素引起的。
4. 热疲劳失效热疲劳失效是指冲压模具在高循环温度和压力下，材料发生氧化腐蚀、高温软化甚至变形、裂纹等现象，导致失效。
在模具制造和使用中，热疲劳失效是一个比较难以避免的问题，因此需要采取相应的预防措施，如选用高温耐受材料、保护表面涂层、合理的冷却循环等。
5. 腐蚀失效腐蚀失效是指冲压模具在潮湿或有害气体的环境下，发生腐蚀、氧化、磨损和变形等现象，导致失效。
在模具的制造和使用中，腐蚀失效是由于金属材料的化学稳定性不足、环境因素的影响、保养和维护不当等原因引起的。
因此，在使用过程中需要对模具加以保护和预防。
模具失效的形式
模具失效形式及机理
五、气蚀磨损和冲蚀磨损
（二）冲蚀磨损 定义：液体或固体微粒高速落到模具表面，反复冲
击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹 坑旳现象叫冲蚀磨损。
当小液滴速度尤其高，高于100m/s 时，产生旳冲击 应力会超出材料旳屈服强度，造成局部材料断裂。
模具失效形式及机理
五、气蚀磨损和冲蚀磨损 （三）提升抗气蚀磨损和冲蚀磨损旳措施
载荷对碳钢表面磨ห้องสมุดไป่ตู้量旳影响
模具失效形式及机理
（三）影响粘着磨损旳原因
② 材料性质 脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料形成旳粘着结 点旳破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一定旳深度处， 磨屑较大。而脆性材料粘结点旳破坏主要是剥落，损伤深 度较浅，同步磨屑轻易脱落，不堆积在表面上。
密排六方构造旳金属材料粘着倾向小，面心立方点阵 旳金属粘着倾向明显不小于其他点阵旳金属；
模具失效形式及机理
一、磨损分类
根据模具旳成形坯料、使用情况，其磨损机 理能够分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。
模具失效形式及机理
二、磨粒磨损
磨粒磨损旳定义: 在工件 和模具接触表面之间存在 外来硬质颗粒或者工件表 面旳硬突出物，刮擦模具 表面，引起模具表面材料 脱落旳现象叫磨粒磨损。
举例，断裂失效过程 总之，失效发展过程是： 模具损伤 → 损伤积累 → 模具失效旳过程。
模具寿命
模具正常失效前，生产出旳合格产品旳数目，叫 模具正常寿命，简称模具寿命。
模具首次修复前生产出旳合格产品旳数目，叫首 次寿命。
模具一次修复后到下一次修复前所生产出旳合格 产品旳数目，叫修模寿命。
模具寿命是首次寿命与各次修复寿命旳总和。