模具寿命与失效8

null模具寿命与失效模具寿命与失效授课人：曾珊琪 2008-2009（第1学期)第四节 模具制造第四节 模具制造一、模块的锻造 模具材料主要采用高碳钢或高碳高合金钢。由于冶金技术的影响，这些材料不同程度的存在成分和组织的偏析、碳化物粗大不均匀、晶粒粗大等缺陷，使得钢材的性能下降。影响模具寿命的因素null模块采用锻造工艺的目的 改善材料内部缺陷，获得模块所需要的内部组织和使用性能； 使模块获得一定的形状和尺寸。模块毛坯锻造的工艺过程 加热—锻打成型—冷却 每一环节操作不当都会产生新的缺陷影响毛坯质量。模块的锻造1.模块的加热1.模块的加热温度应力——模块毛坯在加热过程中，由于热量是从外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面向里面传递，温度是外高、内低，存在温度差而造成。 组织应力——温度的升高，模块毛坯会发生组织转变，由于不同组织的比容不同以及钢料毛坯的表层与心部不同时发生相变而造成。 模块的锻造温度应力的影响温度应力的影响轴向应力、切向应力和径向应力。 当圆柱体毛坯以等速升温进行加热时，温度应力中，轴向应力最大 中心是拉应力，模块毛坯加热时，在心部易产生横向裂纹。 模块的锻造断面温差的有关因素断面温差的有关因素材料的热扩散性差、断面尺寸大、加热速度快、温度头大则其断面温差就大，因而温度应力就大。 模块用毛坯多为高碳、高合金钢，其低温段热扩散率比较小，因此低温段应缓慢加热。模块的锻造组织应力的影响组织应力的影响奥氏体的比容小于铁素体的比容 表层开始相变时，表层为拉应力、心部为压应力 当心部开始相变时，表层为压应力，心部为拉应力。模块的锻造null但随着温度的升高，钢的塑性和热扩散性会同时增加，组织应力，温度应力都易迅速松弛。 因此，钢模块毛坯加热时开裂的危险性不大。模块的锻造2．模块毛坯的冷却2．模块毛坯的冷却模块毛坯锻后冷却时，发生的问题： 温度应力； 组织应力； 锻后的残余应力； 空气中的淬火能力。在锻后冷却过程中，有产生淬火裂纹的倾向，锻后应进行缓慢冷却 。模块的锻造3.模块的锻造比3.模块的锻造比锻造比是模块锻造时变形程度的一种表示方法 。 随着锻造比增大，锻坯内部孔隙焊合，碳化物被击碎并均匀分布，锻坯的各个方面的力学性能均得到明显提高； 当锻造比超过一定数值后，由于形成纤维组织，横向力学性能急剧下降，导致出现各向异性。 模块的锻造null模块的锻造比的影响合理的锻造比合理的锻造比拔长锻造比：2~4（F0/F） 镦粗锻造比：<3 （H0/H） 采用镦—拔结合可提高锻造比。 锻造操作方法对坯料产生应力和裂纹也有影响。模块的锻造比的影响二、模具零件的加工的影响二、模具零件的加工的影响模具零件加工一般要经过切削加工、磨削加工和电火花加工。 加工中造成的质量问题，尤其是加工表面的质量，也会显著影响模具的耐磨性、断裂抗力、疲劳强度及热疲劳抗力等。模具制造1.切削加工的影响1.切削加工的影响1）切削加工必须把锻造和退火后模具锻坯存在的脱碳层全部去除。 2）切削加工要注意尺寸准确，保证尺寸过渡处的圆角半径和圆弧连接。模具零件的加工的影响null3）保证表面粗糙度要求，不留刀痕，尤其是不能留下超出下道工序加工余量的残迹。切削加工的影响2.磨削加工的影响2.磨削加工的影响模具工作零件通常要求较高的表面硬度和较高的制造精度及表面质量。 因此最终热处理后的精加工通常采用磨削。 在磨削过程中，由于局部摩擦生热，容易引起磨削烧伤和磨削裂纹等缺陷，并在磨削表面生成残余拉应力，造成对零件力学性能的影响，甚至成为导致零件失效的原因。 模具制造 磨削烧伤的特征 磨削烧伤的特征根据切削热对零件表面局部加热的程度，磨削烧伤可分为： 1）轻度的磨削烧伤表现为被磨削表面呈现黄、紫、兰等彩色条纹，与250～300℃的回火色相类似。磨削加工的影响null2）中度磨削烧伤使表面明显地软化，例如： 使合金钢的表面硬度降至50HRC以下， 高速钢的表面硬度降至60HRC以下。 3）重度磨削烧伤可使表面薄层加热至相变温度以上,并产生二次淬火，形成高硬度的白亮层。 磨削烧伤的特征null磨削裂纹一般垂直于磨削方向，少数裂纹与磨削方向平行，二者构成网状。 轻微的裂纹难以用肉眼察觉。 磨削烧伤和裂纹严重时会降低模具的疲劳强度和断裂抗力。 磨削裂纹的特征磨削烧伤层对疲劳寿命的影响磨削烧伤层对疲劳寿命的影响磨削加工的影响null引起磨削缺陷的主要原因 磨削量太大； 砂轮太钝； 砂轮磨粒粗细与工件材料组织不匹配； 冷却不利。 磨削加工的影响null磨削裂纹的形成主要与磨削工艺有关 经验表明，磨削量越大、磨削速度越高，产生的磨削热越多，越容易引起磨裂。 砂轮硬度和磨粒粒度选择不当、冷却不均匀、不充分，对裂纹的形成也有促进作用。 磨削加工的影响null磨削工艺参数对磨损烧伤起着决定性作用。图示是砂轮圆周速度、切削深度与磨削烧伤的关系图，图中黑点区为非磨损烧伤的安全区。引起磨削缺陷的主要原因null从图看，要提高砂轮速度必须减少切削深度。 例如，要实现无烧伤磨削，砂轮圆周速度为600m/min时，切削深度为0.09mm以下。 若砂轮圆周速度提高为1000m/min，切削深度应减少到0.05mm左右。 引起磨削缺陷的主要原因磨削加工中防止缺陷的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 磨削加工中防止缺陷的措施1）在磨削加工时，控制切削厚度和磨削用量； 2）注意砂轮质量； 3）采用适当的切削液及其足够的用量。力。在磨削加工时，合理选择磨削用量和砂轮，正确使用切削液和控制冷却效果，可防止或减小磨削缺陷的产生。 磨削加工的影响（三）电火花加工的影响 （三）电火花加工的影响 模具常用电火花加工方法 电火花穿孔加工 电火花型腔加工 电火花线切割加工模具制造null电火花加工是现代模具不可缺少的精加工手段。 其加工原理是在工作液中利用工具电极与工件电 极之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到零件要求的尺寸、形状及表面质量。电火花加工的影响null电火花加工过程中，由于受瞬时高温作用和工作液快速冷却作用，使材料已加工表面发生化学成分和组织结构的变化，形成加工变质层。电火花加工变质层大致分为熔化凝固层和热影响层。电火花加工的影响电火花加工的缺陷电火花加工的缺陷熔化凝固层在模具材料的最表层。表层金属被快速熔化又快速凝固，形成硬度很高的白亮层。称为电火花烧伤层。 电火花烧伤层中存在较大的拉应力，当其厚度较大时会出现显微裂纹。 从而降低模具的韧性和断裂抗力。电火花加工的影响null电火花加工变质层的厚度和残余应力都随放电能量的增加而增大。 在能量相同的情况下，放电时间短，残余应力在狭小范围内密集分布，应力峰值大；放电时间长，残余应力分布在较大范围内，应力峰值小。电火花加工的影响null残余应力还受模具材料的影响 硬质合金和高碳钢，由于塑性差，易产生应力集中，加工变质层中残余应力大而且分布广； 低碳钢，由于塑性好，加工过程中的应力易通过材料变形释放或降低，加工变质层中的残余应力为高碳钢的1/2，而且分布区域也为高碳钢的1/2。 因此，电加工时，为减小变质层的厚度和残余应力，应选择较小的电参数。电火花加工的影响null由于白亮层的硬度高，因此电火花加工表面比一般的淬火回火表面耐磨性高。 但是，由于电火花加工表面存在着残余拉应力，并可能存在着显微裂纹， 所以电火花加工表面的疲劳强度低于机械加工表面的疲劳强度。 若使残余拉应力转变为压应力，则可提高模具的耐疲劳性。生产中可采用回火处理、喷丸处理等工艺。电火花加工的影响防止或减小缺陷的措施防止或减小缺陷的措施模具在进行电火花加工时应注意 1）调整电规准，控制熔化层的厚度在10μm以下。 2）加工后应补充回火，以消除应力，降低脆性。电火花加工的影响三、模具热处理缺陷三、模具热处理缺陷热处理工艺对模具性能具有十分重要的影响。 如果热处理操作不当，将严重危害模具的承载能力，引起早期失效，降低使用寿命。 热处理缺陷可以分为两类， 一类表现为对模具表面或内部组织和性能的影响，这类缺陷一般都能采取相应的技术措施处理解决。模具制造null另一类缺陷是引起模具的热处理变形，这类缺陷影响模具的尺寸精度和位置形状精度。 要耗费大量工时对变形模具进行校正和修磨后才能正常使用，当变形程度超过模具零件尺寸或形状变化的要求而导致无法校正时，就造成模具的早期失效。引起模具失效的热处理缺陷引起模具失效的热处理缺陷1.过热和过烧 由于加热温度过高、保温时间过长及炉内温度不均匀等，引起模具钢晶粒粗大的现象称为过热。当加热温度过高而引起晶界出现局部熔化和氧化的现象称为过烧。模具热处理缺陷null过热现象使模具的力学性能变差，尤其是冲击韧度下降，产生变形和开裂，使用时，易引起早期损坏。 过热现象通过重新加热的方法可以消除。 而过烧现象使模具只能报废。这种缺陷常见于碳化物偏析严重的高碳高合金钢的高温淬火加热。引起模具失效的热处理缺陷2.氧化和脱碳2.氧化和脱碳模具淬火加热时保护不良，介质中含有较多氧化物或腐蚀物质，加热超过一定温度时会使模具表面氧化、脱碳或腐蚀。 氧化使表面形成氧化皮，影响冷却的均匀性。 氧化和腐蚀使模具表面的粗糙度变差和精度下降。引起模具失效的热处理缺陷2.氧化和脱碳2.氧化和脱碳脱碳则造成淬火后硬度不足或出现软点、软块，并降低模具的耐磨性、抗咬合能力、疲劳强度和热疲劳抗力。 采用盐浴炉加热和箱式保护加热可以有效防止氧化脱碳的产生。引起模具失效的热处理缺陷3.热处理裂纹3.热处理裂纹当模具预处理组织不良、碳化物偏析严重、冷加工应力过大、淬火操作不当、模具本身形状复杂薄厚不均等，都可能导致产生淬火裂纹。 淬火裂纹将使模具报废，不易发现的裂纹将引起模具的早期断裂。引起模具失效的热处理缺陷null常见的裂纹： 纵向裂纹、横向裂纹、表面裂纹 。引起模具失效的热处理缺陷（1）产生裂纹的主要原因（1）产生裂纹的主要原因原材料内有显微裂纹； 未经预热而使用过急的加热速度； 冷却介质选择不当，冷却速度过于剧烈； 在Ms点以下，冷却速度过大； 多次淬火中间未经充分退火，淬火后未及时回火，回火不足或在回火脆性区回火； 表面增碳、脱碳； 化学热处理不当，多次渗金属或渗金属时温度过高。引起模具失效的热处理缺陷（2）防止裂纹的措施（2）防止裂纹的措施1）严格控制原材料的内部质量，防止由于材料缺陷而导致模具在热处理过程中出现的裂纹。 2）淬火前采用一定的工艺措施。 3）选择合理的淬火工艺。 4）凡已淬好的模具需立即回火。合金钢模具应采用两次以上的回火。 5）凡需返修或重新淬火的模具，必须进行充分的中间退火。引起模具失效的热处理缺陷4.硬度不足和软点4.硬度不足和软点模具钢经过热处理出现硬度不足或软点的缺陷，使材料的性能变化，承载能力下降，尤其是耐磨性受到影响。引起模具失效的热处理缺陷（1）产生硬度不足的原因（1）产生硬度不足的原因1）淬火前原材料内部存在组织有缺陷等质量问题，如碳素工具钢中出现石墨碳。 2）热处理工艺不当 在热处理中采取一定的措施，可以防止出现硬度不足的现象。 例如：碳素工具钢不宜多次退火，以防石墨化； 采用仪表测量严格准确的控制加热温度、保温时间和回火温度，以满足硬度合格为依据； 使淬火冷却速度大于钢的临界冷却速度；做好盐浴的脱氧捞渣和箱式炉等加热工件的保护。引起模具失效的热处理缺陷（2）产生软点的主要原因（2）产生软点的主要原因软点是材料表面硬度不均匀的表现，其产生原因有： 1）模具钢中存在化学成分偏析、组织不均匀的缺陷，造成热处理后硬度不均匀。 2）热处理工艺不当。 引起模具失效的热处理缺陷（3）热处理工艺中防止软点的措施（3）热处理工艺中防止软点的措施1）选择模具材料的碳化物偏析应在规定级别。应经过良好的预备热处理，并检查退火金相质量。 2）淬火加热前除去模具表面的氧化皮和锈斑；加热时注意保护，防止氧化和脱碳； 3）选择合适的淬火冷却介质，冷却介质应保持清洁，定期清理与更换。严格控制碱浴水分。 4）淬火冷却时，将模具上下、左右往复运动，并防止模具零件在冷却过程中互相接触。5.黑色断口5.黑色断口黑色断口是高碳工具钢(T10～T13)易出现的缺陷，是钢产生石墨化的特征。 产生黑色断口的主要原因是： 熔炼脱氧时用了过量的铝和硅； 在锻造、轧制停锻温度过高； 退火过程中，高温阶段停留时间过长或退火次数过多，都会有石墨析出。引起模具失效的热处理缺陷5.黑色断口5.黑色断口黑色断口的钢在淬火时容易出现硬度不均匀和裂纹，其模具的寿命也是较低的。 这种缺陷单靠热处理是难以消除的，必须重新锻造（压缩比大于35％），然后快速冷却，才可消除。引起模具失效的热处理缺陷6.脆性6.脆性（1）产生脆性的主要原因 1）材料的冶金质量差；原始组织粗大、碳化物分布不均匀； 2）热处理工艺不当，例如：淬火加热温度过高，或高温停留时间过长；回火温度偏低，回火时间不足；在回火脆性区回火等。引起模具失效的热处理缺陷（2）防止脆性的措施（2）防止脆性的措施1）严格控制钢材的内在质量；进行预先热处理(退火、正火)改善组织。 2）选定合适的回火温度，保证足够的回火时间；尽量避免在回火脆性温度区域回火。7.表面腐蚀(麻点) 7.表面腐蚀(麻点) （1）产生表面腐蚀的原因 1）在箱式炉中防护剂使用不良，引起氧化、脱碳。 2）在盐浴炉中加热，盐浴校正剂选用不当，或校正剂中带有腐蚀性杂质，或脱氧后未捞渣。 3）模具进行空冷淬火，或在空气中预冷时间过长。引起模具失效的热处理缺陷7.表面腐蚀(麻点) 7.表面腐蚀(麻点) 4）硝盐浴中存在大量氯离子，使模具产生电化学腐蚀；硝盐使用温度过高，对模具产生强烈的氧化腐蚀；模具在硝盐中淬火，没有作往复运动，使模具周围局部范围内硝盐温度过高。 5）模具淬火后没有及时清洗，使得残余盐腐蚀模具或模具淬火后虽及时清洗，但放置时间过长，没有采取防锈措施时，也将产生麻点。引起模具失效的热处理缺陷（2）防止腐蚀的措施 （2）防止腐蚀的措施 1）装箱保护(使用保护剂前要烘干)。 2）盐浴及时脱氧、捞渣；尽量不进行空冷淬火。 3）硝盐使用温度不应超过500℃；淬火与回火后及时清洗并采取防锈措施。引起模具失效的热处理缺陷9.热处理变形9.热处理变形热处理后的变形可分为： 体积变形（尺寸）和形状变形 产生的主要原因： 淬火和回火时，热应力、残余应力以及组织应力，使得模具变形。引起模具失效的热处理缺陷9.热处理变形9.热处理变形减少热处理变形可以通过合理的预处理和热处理工艺，合理的加热速度和加热温度，淬火介质和冷却方式，最后合理地校正来进行。 同时，还应从正确地选用钢材，合理设计模具的结构形式等方面进行。引起模具失效的热处理缺陷null模具热处理变形缺陷直接影响模具的成型精度和使用寿命，由于受多种应力的综合影响，产生过程比较复杂。 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中有进一步的探讨。 除上述影响因素外，模具的使用状况对寿命也有影响。 引起模具失效的热处理缺陷