第五章_影响模具寿命的因素
冲压模具专业考试题库
冲压模具专业考试题库一、单选题（每题2分，共20分）1. 冲压模具是用于将金属或非金属板材通过塑性变形加工成所需零件的______。
A. 工具B. 机器C. 设备D. 仪器2. 冲压加工的基本原理是利用______对材料施加压力。
A. 重力B. 压力机C. 摩擦力D. 离心力3. 在冲压模具中，用于确定材料变形位置的部件称为______。
A. 冲头B. 凹模C. 定位销D. 导柱4. 冲压模具的分类中，不包括以下哪一项？A. 单工序模B. 复合模C. 级进模D. 铸造模5. 冲压加工中，材料的塑性变形主要发生在______。
A. 弹性阶段B. 塑性阶段C. 断裂阶段D. 疲劳阶段二、多选题（每题3分，共15分）6. 影响冲压模具寿命的因素包括______。
A. 模具材料B. 模具设计C. 模具制造工艺D. 冲压速度7. 冲压模具设计时需要考虑的工艺参数包括______。
A. 材料的厚度B. 材料的硬度C. 模具的强度D. 冲压力的大小8. 冲压加工中常见的缺陷有______。
A. 起皱B. 拉裂C. 回弹D. 磨损9. 冲压模具的维护和保养措施包括______。
A. 定期清洁B. 定期润滑C. 定期检查磨损D. 定期更换模具10. 冲压模具的制造工艺包括______。
A. 锻造B. 切削C. 焊接D. 热处理三、判断题（每题1分，共10分）11. 冲压模具设计时，不需要考虑模具的强度和刚度。
（）12. 冲压加工中，材料的塑性变形是不可逆的。
（）13. 冲压模具的导柱和导套的作用是引导冲头的直线运动。
（）14. 冲压模具的制造成本通常高于冲压产品的成本。
（）15. 冲压加工可以实现材料的冷加工和热加工。
（）四、简答题（每题5分，共20分）16. 简述冲压模具的基本组成部件及其功能。
17. 描述冲压加工的主要工艺流程。
18. 解释什么是冲压模具的回弹现象，并说明如何减少回弹。
19. 阐述冲压模具设计时需要考虑的主要因素。
模具寿命
模具寿命: 模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数。
模具失效形式归纳起来主要有三种:磨损、断裂、塑性变形磨损:由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象。
模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动，造成磨损。
磨损失效:当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态使之不能继续服役。
按磨损机理可分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损磨粒磨损:外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象。
工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨损也叫磨粒磨损。
磨粒硬度Hm与模具材料的硬度H0之间的相对值对磨损影响：当Hm < H0时，I区，模具产生轻微磨损，磨损率小，曲线上升平缓。
当Hm = H0时，Ⅱ区，为磨损软化状态，磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>H0时，Ⅲ区，为严重磨损状态，磨损量较大，曲线趋平。
影响磨粒磨损的因素：1．磨粒的大小和形状2．磨粒硬度Hm与模具材料硬度H03．模具与工件表面压力4．磨粒尺寸与工件厚度的相对比值提高耐磨粒磨损的措施：1．提高模具材料的硬度2．进行表面耐磨处理3．采用防护措施对模具表面进行耐磨处理的具体方法有:1 、表面淬火(感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火)2 、渗碳3 、渗氮4 、氰化(碳氮共渗)粘着磨损：工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象。
粘着磨损分类：1、轻微粘着磨损：当粘结点的强度低于模具与工件的强度时2、严重粘着磨损：当粘结点的强度高于模具与工件其中之一的材料强度时（涂抹、擦伤、胶合）磨损程度排序: 轻微粘着磨损＜涂抹＜擦伤＜胶合涂抹；粘结点的剪切发生在较软金属表面层上部,当粘结点强度高于较软金属的强度时擦伤：当粘结点的强度高于两金属材料的强度时，剪切发生在较软金属表层较下的部分，有时剪切也发生在硬金属的浅表层内胶合：当粘结点强度比两金属强度高得多且粘结点面积较大时影响粘着磨损的因素：1.表面压力2.材料性质3.材料硬度提高耐粘着磨损性能的措施：1.合理选用模具材料2、合理选用润滑剂和添加剂3、采用表面处理疲劳磨损:两接触表面相互运动时，在循环应力(机械应力与热应力)的作用下，使表层金属疲劳脱落的现象。
《模具概论》高职电子教案 (6)
应达到的模具硬度必须根据冲压工序性质 和失效形式而定，应使硬度、强度、韧性、 耐磨性、疲劳强度等达到特定模具成形工 序所需的最佳配合。
新模具精度检查的结果应记载入有关 档案卡片，模具入库时应附带几个合格试 制件一同入库。
3．模具使用过程中的精度检查
模具使用时的精度检查包括首件检查、 中间检查和末件检查。
有时制件质量不合格的原因可能不在 于模具，而是模具安装、调整不当造成的。 模具安装、调整不当也是加工模具磨损和 造成模具安全事故的重要原因。因此，在 开始生产作业时，应试制、检查几个初期
4．模具修理后的精度检查
模具在修理时，更换零件和对模具进 行拆卸、装配、调整等工作，都有可能使 模具的精度发生变化，因此在模具修理结 束后必须进行精度检查。检查的方法、要 求与新模具入库前的精度检查相同。
5.2 模具的寿命
5.2.1 模具寿命的基本概念 模具的寿命是指模具能够生产合格制
品的耐用程度，一般以模具所完成的工作 循环次数或所生产的制件数量来表示。
模具的精度越制约。所以模具精度的确定 一般要与所成形的制件精度相协调，同时 还要考虑现有模具生产条件。今后随着模 具加工技术手段的提高，模具精度会有很 大的提高，模具工作零件或成形零件的互 换性生产将成为现实。
5.1.1 模具的精度要求
冲裁模除了应满足上述要求外，还需
考虑工作尺寸的制造公差对凸、凹模初始 间隙的影响，即应保证凸、凹模工作尺寸 的制造公差之和小于凸、凹模最大初始间 隙与最小初始间隙之差，模具成形表面的 表面质量应根据制件的表面质量要求和模 具的性能要求确定，对于一般模具要求其 成形表面的表面粗糙度Ra≤0.4m。
模具上、下模或动、定模之间的导向
生产作业终了时，应对最终制造的制 件进行检查，同时结合对模具的外观检查， 来判断模具的磨损程度和模具有无修理或 重磨的必要。此外，通过对首件检查
影响模具寿命的因素
热处理工艺
01
02
03
淬火
提高钢的硬度和耐磨性， 但可能导致开裂或变形。
回火
稳定组织结构，提高韧性 ，防止开裂和变形。
表面处理技术
如渗碳、渗氮等，增加表 面硬度和耐磨性，提高模 具寿命。
表面处理技术
电镀
在模具表面电镀硬铬、镍 等金属，提高表面硬度和 耐磨性。
湿度变化可能引起模具材料内 部水分分布不均，导致内部应 力产生，加速模具裂纹扩展。
保持较低湿度有助于防止模具 材料吸湿，保持其性能稳定， 延长模具寿命。
腐蚀与氧化
暴露在腐蚀性气体或液体中的模具可能遭受腐蚀，导致表面损伤和材料流失，从而 缩短模具寿命。
氧化反应可能导致模具表面生成氧化膜，影响其表面质量和摩擦性能，进而影响模 具寿命。
详细描述
加工精度包括模具零件的尺寸、形状、位置和表面粗糙度等方面。如果加工精度不足，会导致模具配 合不良、磨损加速和降低使用寿命。因此，在制造过程中应严格控制加工精度，保证模具的质量和稳 定性。
加工误差
总结词
加工误差是指实际加工结果与理想加工结果之间的偏差，加工误差的大小直接影响模具的寿命。
详细描述
模具结构紧凑化
优化模具结构，减少模具零部件数量 ，降低模具复杂程度，有助于提高模 具寿命。
标准化设计有助于提高模具的互换性 和维修性，降低生产成本。
模具强度与刚性
模具强度
选用高强度材料，合理布置受力结构，以抵抗外部压力和冲 击。
模具刚性
保持模具的刚性，防止因受力而发生变形，影响模具精度和 寿命。
冷却系统设计
喷涂
在模具表面喷涂高分子材 料，如聚氨酯、环氧树脂 等，增强表面抗磨损和抗 冲击能力。
模具基础知识试题及答案解析
模具基础知识试题及答案解析一、选择题1. 模具的基本功能是什么？A. 制造产品B. 改变产品形状C. 形成产品尺寸D. 以上都是答案：D2. 下列哪项不是模具的分类？A. 塑料模具B. 金属模具C. 陶瓷模具D. 玻璃模具答案：C3. 模具设计中，哪个因素对模具寿命影响最大？A. 材料选择B. 模具结构C. 制造工艺D. 使用维护答案：A二、判断题1. 模具的制造精度越高，生产成本也越高。
（）答案：正确2. 模具设计时不需要考虑产品的批量大小。
（）答案：错误三、简答题1. 简述模具的一般制造流程。
答案：模具的一般制造流程包括：设计、材料选择、加工、装配、调试、试模、批量生产。
2. 什么是冷冲模具？请简述其主要特点。
答案：冷冲模具是指在室温下对金属材料进行冲压加工的模具。
其主要特点包括：高效率、低成本、易于自动化生产。
四、计算题1. 已知某模具的制造成本为10000元，预计使用寿命为10000次，求每次使用的平均成本。
答案：每次使用的平均成本 = 制造成本 / 使用寿命 = 10000元 / 10000次 = 1元/次五、论述题1. 论述模具设计中的“三性”原则及其重要性。
答案：模具设计中的“三性”原则指的是：经济性、可靠性和工艺性。
经济性指的是模具设计应考虑成本控制，以实现经济效益最大化；可靠性是指模具在使用过程中应具有高度的稳定性和耐用性；工艺性则是指模具设计应符合生产工艺的要求，以确保产品质量。
这三个原则对于确保模具的高效、稳定生产具有重要意义。
六、案例分析题1. 某公司设计了一款新型塑料模具，但在试模过程中发现产品出现毛边现象。
请分析可能的原因，并提出解决方案。
答案：产品出现毛边现象可能的原因包括：模具间隙设置不当、模具材料硬度不够、模具磨损等。
解决方案可以是：重新调整模具间隙、选择更硬的材料制造模具、定期对模具进行维护和更换。
影响模具寿命的因素
取决因素
外在因素：温度、应变速率
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①内部因素 凡是能提高强度、塑性的化学成分和组织结构，也能提高 断裂韧度，反之则降低。 a.细化晶粒的合金元素，使强度塑性提高；固溶强化，塑 性降低；形成金属间化合物或第二相颗粒，塑性降低； b.基体相晶体结构易于发生塑性变形，产生韧性断裂时， 材料的断裂韧度高。 c.细化晶粒既可以提高强度，又可以提高塑性，断裂韧度 也可提高。
组织: α(C)+FexC
铁素体：
Fe3C
碳过饱和( 0.3%) 针、片状，互不平行； 过饱和α相
更高密度位错。
渗碳体：粒状或短杆状平行 分布在 F 相内部。
47
48
3 贝氏体的机械性能
（1）强度和硬度 铁素体：
取决于晶粒大小、C及Me 固溶强化、位错密度
碳化物：取决于弥散度、数量
σs(B上)<σs(B下) （2） 韧性
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一、成型件的材质和成型温度
1.成型件的材质 成型件按材质分为金属材料和非金属材料。 按状态分为固体材料和液体材料。 ①非金属材料、液体材料 强度低，所需的成型力小，模具受力小，因此使用寿命长 寿命：非金属>金属；液体材料>固体材料
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②金属件强度越高，需要的变形力越大，模具所承受的 力也越大，模具的使用寿命越短。 寿命：有色金属>黑色金属
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贝氏体转变
羽毛状
1 组织形态
上贝氏体(550 ℃ ~350 ℃)
组织构成： α(C)+Fe3C 铁素体：
Fe3C 过饱和α相
碳过饱和( 0.03%)；
成束、板条状平行排列；
上贝氏体
位错（108~109cm-2)； 渗碳体：粒状或短杆状分布 在 F 板条之间。
模具材料习题(答案)
《习题一》一、填空题1、模具是一种重要的加工工艺装备，它的使用对保证产品质量、提高经济效益有着重要的作用.模具加工具有材料利用率高、力学性能好、尺寸精度高、生产效率高.2、作为模具设计和制造者,既懂得模具设计和制造技术，又懂得材料成型加工及模具选材技术，才能制造出高质量、长寿命、高精度的模具。
3、根据工作条件及服役形式，模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料三大类。
4、模具主要应用在压力加工之中，与模具有关的工艺，主要分为普通模锻、挤压、拉拔、冲压、压铸、塑料成型等。
5、韧性不是单一的性能指标，而是强度和塑性的综合表现。
6、热处理工艺性主要包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向性、过热敏感性，淬火变形与开裂倾向等.二、判断题1。
无磁模具钢制的模具主要用于磁性材料的成形，以及无磁轴和其他在强磁场中不产生磁感应的结构零件的成形。
√2.抗冲击冷作模具钢成分接近合金调质钢，基体钢属于高强韧性冷作模具钢。
√3。
基体钢，一般是指其成分相当于高速钢正常淬火组织中基体成分相同的钢，与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物少，颗粒细小,分布均匀，强韧性好，同时还保持较高的耐磨性的热硬性，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。
√4.硬质合金是将一些高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（如C、TiC等)和粘结剂（Co、Ni等）混合后，加压成型,再经烧结而成的一种粉末冶金材料。
钨钴类硬质合金和钨钴钛类硬质合金。
冷冲模用硬质合金一般是钨钴类。
√5。
金属陶瓷硬质合金的共性是:具有高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，可以进行锻造及热处理。
主要用来制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块.×三、为下列模具选择合适的材料.光学镜片的注射模(D）热挤压滚动轴承环凸模（E）Φ40棒料下料剪刃（A）铜合金压铸模（B）塑钢门窗成型模（C)A、6W6MoCr4VB、3Cr2W8VC、0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）D、10Ni3MnCuAl（PMS）E、4Cr3Mo2NiVNbB（HD)四、问答题1、什么是钢结硬质合金？有何特点？答：钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化物(主要是碳化钛、碳化钨）做硬质相，用粉末冶金方法生产的复合材料。
影响模具寿命因素与提高模具寿命途径
影响模具寿命因素与提高模具寿命途径模具的使用寿命制约着精冲技术的应用与发展的瓶颈,因此对于模具的使用寿命我们一定要关注起来,下面小编给大家提供影响模具使用寿命的因素有哪些,并告诉大家提高模具使用寿命有哪些途径。
影响模具使用寿命因素:1、精冲件的结构工艺性(尖角、薄壁、悬壁、尺寸公差等)。
2、精冲件的材料(材质、料厚、硬度、塑性、表面质量)。
3、精冲模具的结构(强度、刚度、模具导向、小凸模的导向、排气和润滑)。
4、模具材料(材质、碳化物大小和均匀性、硬度、韧性)。
5、模具制造(模坯锻造、加工工艺、热处理、线切割、研磨、装配)。
6、生产操作(调模高度、压力、速度、送料精度、坯料清洁、润滑)。
7、模具维修(合理存放、合理刃磨、清洁、应力回火、防锈)。
提高模具使用寿命途径:1、审查精冲件的工艺性。
精冲件的工艺性(特别是圆角半径)对精冲模的寿命有一定影响,对于工艺性较差的(尤其尖角),应向设计部门提出改善建议。
图1为零件的圆角半径与模具寿命的关系,一般R/t≥0.8较好,如小于0.25则会导致模具寿命较低。
2、精冲模具的材料选择和热处理。
精冲模具主要工作零件的材料一般选Cr12MoV,当制件厚度大于4mm时,凸、凹模可采用W6Mo5Cr4V2高速钢。
对于工作强度很大、受力苛刻的凸模和凹模,则采用粉末冶金钢(V4、ASP23、ASP30)或硬质合金GT30。
凸、凹模热处理的硬度一般取58~62HRC,对于以磨损为主要失效形式的、形状简单的模具,可取60~64HRC;对于形状复杂、并以崩刃为主要失效形式的模具,可取56~60HRC,甚至54~58HRC。
对于Cr12MoV模具的热处理,当刃口形状较简单、冲裁料厚较薄(t≤3mm),采用1次硬化工艺(1020°C淬火、220°C回火)可获得较高的强度和耐磨性。
当刃口形状较复杂、冲裁料较厚(t>3mm)时,采用2次硬化工艺(1080°C淬火、520°C回火)则可获得较高的冲击韧性和稳定性。
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主要内容
影响模具寿命的因素主要包括：模具结构设计、 模具工作条件、模具材料、模具的热加工和冷加工、 模具使用状的几何形状
影响模具寿命的几何形状因素主要包括：模具的圆角半径、 凸模端面形状、凹模锥角和凹模截面变化的大小等。
采用圆角结构可以获得良好的工艺效果，同时， 也可避免拐角处产生应力集中。
小的凸圆角半径会使局部受力恶化，在四角半径处产生 较大的应力集中。易萌生裂纹，导致断裂。 大的圆角半径使模具受力均匀，不易产生裂纹。
（一）几何角度 1.凹模的锥角和截面变化
冷挤压凹模的型腔截面变化越小，尺寸过渡越平缓， 则挤压力越小。
（一）使用性能 1.强度 定义：模具材料抵抗失效最重要的性能。 常用σs σb σ0.2表示
第三节 模具材料的影响
模具材料的成分、组织、质量及性能对模具的承载能力， 使用寿命及加工精度、制造成本等均有较大影响。
选材不当，性能要求不合理，将导致模具的早期失效或者 造成浪费。因此，根据模具的工作条件合理选用模具材料 是保证模具既安全可靠又经济合理的关键因素。
一、模具材料的性能
模具的基本性能包括使用性能和工艺性能。
二、设备特性
1.设备的精度与刚度 滑块运动的导向精度越高，模具上、下模或动、定模定位 精度越高，越不易产生附加的横向载荷和转矩，使模具磨 损均匀，则模具的寿命越高。
设备的刚度越大，在成型过程中产生的弹性变形越小， 模具上下模或动定模可较好地保证正确的配合状态。
2.设备速度
设备速度越高，模具在单位时间内受到冲击越大， 设备施力时间越短，越易造成局部应力超过模具材料 的屈服应力或断裂强度。 因此，设备速度越高，模具越易发生断裂或塑性变形失效。
（一）圆角半径
模具的圆角半径可分为外（凸）圆角半径和内（凹）圆角半径。 工作部位圆角半径的大小，不仅对工艺及成型件质量有影响，也对 模具的失效形式及寿命产生影响。
什么是应力集中？ 应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生 突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
应力集中对构件强度的影响
脆性材料 对于由脆性材料制成的构件，应力集中现象将一直保持到 最大局部应力到达强度极限之前。 因此，在设计脆性材料构件时，应考虑应力集中的影响。 塑性材料 对于由塑性材料制成的构件，应力集中对其在静载荷作用 下的强度则几乎无影响。所以，在研究塑性材料构件的静 强度问题时，通常不考虑应力集中的影响。
采用预应力镶套，使模具产生预切向压应力，降低成型过程中的拉应力峰值， 可有效提高模具寿命。层数越高，寿命越高。
（二）模具的工作间隙
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裁质量，也影响模具的寿命。
工作间隙过小时，冲裁过程中挤压作用增强，模具承受 的压力和摩擦力增大，从而使凸模、凹模的侧面磨损加剧。 适当增加间隙，可以减轻不利影响。
③成型件材料与模具材料的亲和力愈大，在成型过程中 越容易与模具产生粘着磨损，则模具的寿命越低。
④坯料的表面状态对模具受力、磨损也有较大影响。 当成型件表面光亮。性能均匀、表面存在较薄的氧化层 或磷化膜时，对模具的工作有利。
2.成型温度 成型温度对材料强度有影响，同时也影响模具与成型件
接触面的情况。 在成型高温工件时，模具因受热而升温，随着温度的升高， 模具的屈服强度下降，易发生塑性变形。
图5-9（a）心轴根部容易发生应力集中
2.组合凹模结构
V型槽底易于发生应力集中而断裂
底部R处易于发生应力集中而断裂
3.预应力镶套凹模
用高强、高韧材料制造凹模体，工作部分采用淬硬的高速 钢或硬质合金等高硬度、高耐磨性材料，通过压力将工作 部分镶入凹模体成为组合式模具。 优点：可以满足型腔表面高耐磨性和整体高强、韧性的要 求。
冲头压力与寿命的关系
改变工件形状和冷挤压工艺
（五）热作模具结构要点
热作模具结构设计应注意： 1.避免突出尖角 2.采用内冷结构 3.减轻热-机械载荷
第二节 模具工作条件
模具工作条件包括被加工坯料的状况，锻压设备的特性及 工作条件，模具工作中的润滑、冷却及使用维护状况等。 这些因素对模具的寿命和失效都会造成影响。
对于热作模具，其失效形式受热锻压设备的加载速度、 冲压频率和冲压能量的影响。 设备的冲压频率高，使模具的平均温度高而温度变化幅度 小，容易导致模具因热强度不足而产生塑性变形失效。 当冲压频率低时，模具的热振幅大而平均温度低，容易导 致模具的冷热疲劳失效。
三、模具的使用与维护
模具的正确操作，使用和维护对模具的寿命有很大的影响。 模具使用时应严格遵守操作规范： 对模具要进行正确的安装和调整； 保证良好的导向和刚性； 应定时检查，及时排除故障，并注意润滑及冷却； 注意定期维护保养等。
设计时要综合考虑，能够获得高质量冲裁断面的最佳间隙 值和保证模具较高寿命的最佳间隙值。
（三）模具的结构刚度*
1.模具的导向装置 2.凸模刚度设计要点 3.塑料模的刚度结构
（四）减轻工作载荷
冷挤压模和冷镦锻模等工作中承受较重的静载荷或冲击 载荷，这些模具的结构设计除了保证结构刚度外，还应 特别注意采用减轻工作载荷和减少应力集中的结构，使模 具各部分受力尽量均匀，避免局部应力过大而发生早期 失效。
一、成型件的材质和成型温度
1.成型件的材质 成型件按材质分为金属材料和非金属材料。 按状态分为固体材料和液体材料。
①非金属材料、液体材料 强度低，所需的成型力小，模具受力小，因此使用寿命长 寿命：非金属>金属；液体材料>固体材料
②金属件强度越高，需要的变形力越大，模具所承受的 力也越大，模具的使用寿命越短。 寿命：有色金属>黑色金属
2.凸模的端面形状
二、模具的结构形式
（一）整体式模具与组合式模具
整体式模具主要指凹模是由一块整金属加工成的模具。 不可避免地存在凹角半径，易造成应力集中，并引起开裂。
组合式模具是把模具在应力集中处分割为两部分或几部分， 再组合起来使用的模具。采用组合式模具可避免应力集中 和裂纹的产生。
模具结构的组合方法有多种形式： 1.组合凸模结构