模具失效的案例分析共30页

0引言受某客户委托，对其塑胶模具开裂原因进行了失效分析，本失效模具为塑胶模具（试样A ），产品为PA6645%，材质为龙记8407钢，设计寿命30万次，实际寿命18万次。

其外观形貌如图1所示。

8047模具钢含有质量分数为5.3%铬、1.3%钼、0.9%钒的合金元素，采用特殊炼钢技术和严密质量控制得到的高纯，细组织钢材，具有较高的淬透性、高温强韧性以及优良的抗热疲劳能力优良的耐热冲击和抗龟裂能力，被广泛应用于热加工制造的压铸模具[1-2]。

由于失效模具裂纹被破坏掉，无法针对裂纹形貌开展模具失效分析工作，只能从失效模具材质方面展开分析讨论，为此，本工作选择一进口标准8047钢材（试样B ）作为对比样，开展模具失效分析工作，主要工作采用洛氏硬度计对模具硬度进行测试，采用火花放电直读光谱仪对模具材质进行化学成分分析，采用金相显微镜进行金相分析，采用扫描电镜及能谱分析仪对失效模具裂口进行微观形貌及显微组织检测。

1实验部分1.1原料8407钢压铸模具，8047标准钢材。

1.2仪器与设备试样切割机（Q-100B ，莱州市蔚仪实验器械制造有限———————————————————————作者简介:李锋辉（1980-），男，陕西宝鸡人，技术员，中专，主要从事渔具产品的设计和研发工作，同时涵盖模具开发、数控加工、自动化设备、外观设计等方面。

3.2.1简化了连杆计连杆盖的设计要求在进行简化连杆以及连杆盖的设计时，必须按照实际的使用要求进行，具体来说，一方面，为了使连杆设计的更加科学，就必须尽可能的使连杆和连杆盖的分离面保持很好的啮合度，正因如此，在进行连杆分离时的加工工艺是涨断工艺，这大大的促进了连杆与连杆分离面二者相互结合的质量，因而他们的分离面就不需要再次进行相关的机械加工，也就是将分离面的拉小加工和磨削加工的工序省略掉了。

另一方面，因为连杆和连杆盖的分离面是最佳的啮合状态，当连杆和连杆盖装配在一起时，我们完全不需要再增加额外的精确定位工作。

模具失效分析目录1引言模具失效2模具失效形式案例分析及其改进模具磨损失效模具断裂失效模具塑性变形失效3总结4参考文献1引言模具失效冲压模具是冲压生产中必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

生产中的冲压模具经过一定时间使用后，由于种种原因不能再冲出合格的产品，同时又不能修复的现象称为冲压模具的失效。

由于冲压模具类型、结构、模具材料、工作条件的不同，所以冲压模失效的原因也各不相同。

一般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等等。

模具的失效也可分为：正常失效和早期失效模具模具在工作中，与成形坯料接触，并受到相互作用力产生一定的相对运动造成磨损。

当磨损使模具的尺寸、精度、表面质量等发生变化而不能冲出合格的产品时，称为磨损失效，磨损失效是模具的主要失效形式，为冲模的正常失效形式，不可避免。

按磨损机理，模具磨损可分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损。

①磨粒磨损硬质颗粒存在于坯料与模具接触表面之间，或坯料表面的硬突出物，刮擦模具表面引起材料脱落的现象称为磨粒磨损。

②黏着磨损坯料与模具表面相对运动，由于表面凹凸不平，黏着部分发生剪切断裂，使模具表面材料转移或脱落的现象称为黏着磨损。

③疲劳磨损坯料与模具表面相对运动，在循环应力的作用下，使表面材料疲劳脱落的现象称为疲劳磨损。

④腐蚀磨损在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化学或电化学反应，引起表层材料脱落的现象称为腐蚀磨损。

在模具与坯料相对运动过程中，实际磨损情况非常复杂。

工作中可能出现多种磨损形式，它们相互促进，最后以一种磨损形式失效。

冲裁模的工作条件冲裁模具主要用于各种板料的冲切。

从冲裁工艺分析中我们已经得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段塑性变形阶段剪裂阶段对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段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.正常磨损阶段当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化。

第一节模具失效的原因分析塑料模具的失效形式主要体现在以下几个方面：选材、钢料品质、模具设计、模具加工质量、热处理、模具表面处理、模具使用等。

1)表面磨损、局部崩裂、变形及断裂；模具的耐磨性，随着模具硬度的提高而增加，但在硬度相同的情况下，韧性愈好耐磨性愈高，所以，模具硬度越高，冲击性能会下降，会促使磨损裂纹的形成和扩展，从而加速磨损的进程。

要提高耐磨性，必须注意硬度和韧性的良好配合。

2)由于塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高，再加上不少塑料中含有氯氟元素，其产生的腐蚀性气体的腐蚀，会加剧模具的磨损失效，所以，因表面磨损造成的模具失效比例大；3)因未调整好低压保护，胶件的压模造成模具表面凹陷的情况也时有发生；4)小型模具在大吨位机台上超载使用时，容易产生表面凹陷、皱纹、堆塌等，特别是在棱角处易产生塑性变形；5)由于塑料制品成型模具形状复杂，存在许多棱角、薄壁等部位，在这些部位会产生应力集中，而发生断裂。

6)模具材质选择不当。

具体见《模具选材原则》。

7)模具工件热处理工艺不良。

从模具失效分析得知，70％的模具失效是由于热处理不当与选材不当造成的。

二、模具失效改善途经：采用正确的钢料热处理工艺与钢料表面处理工艺为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。

热处理加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢和炉内气氛等工艺参数的选择不当，都会造成淬火开裂或早期失效。

众所周知，磨损、粘结均发生在表面，疲劳、断裂也往往从表面开始，因此，对模具表面的加工质量要求非常高。

但实际上由于加工痕迹的存在，热处理时表面氧化脱碳也在所难免。

因此，模具的表面性能反而比基体差。

采用热处理新技术是提高模具性能的经济而有效的重要措施。

模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。

基体的强韧化在于提高基体的强度和韧度，减少断裂和变形。

表面强化的主要目的的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。

模具失效及解决方法实例一、引言模具是工业生产中必不可少的工具，它能够成型出各种形状和尺寸的产品。

然而，模具在使用过程中会受到各种因素的影响，导致失效。

模具失效不仅会影响生产效率，增加生产成本，还会影响产品的质量。

因此，了解模具失效的原因和解决方法非常重要。

本文将介绍模具失效的类型、原因以及一些常见的解决方法实例。

二、模具失效类型1. 磨损：模具在使用过程中，其工作表面会与材料不断接触，导致工作表面磨损。

2. 腐蚀：模具受到化学或电化学作用，导致腐蚀损坏。

3. 塑性变形：材料在模具内塑性变形，导致模具变形。

4. 热疲劳：模具在工作过程中频繁冷热交替，导致热疲劳损坏。

5. 裂纹扩展：由于制造、使用过程中产生的裂纹在交变应力作用下扩展导致破坏。

三、模具失效原因1. 操作不当：如超负荷生产、材料硬度过高、材料中有杂质等都会导致模具过早磨损或腐蚀。

2. 维护不当：润滑不足、冷却系统不良等都会导致模具过热或腐蚀。

3. 材料问题：模具材料的选择不当，如硬度、耐腐蚀性、耐磨性等都会影响模具的使用寿命。

4. 制造问题：制造过程中的缺陷，如铸造缺陷、热处理不当等都会导致模具产生裂纹或塑性变形。

四、解决方法实例1. 磨损修复：对于磨损的模具，可以采用堆焊、喷涂等方法进行修复。

例如，对于磨损的凸轮表面，可以采用堆焊的方式进行修复，选择耐磨性好、焊前流动性好的合金堆焊焊条。

在修复过程中，需要注意控制热输入，避免热影响扩大。

同时，对于一些磨损严重的模具，还可以采用喷涂的方法进行修复，选择耐磨性好、耐腐蚀的涂层材料，如金属陶瓷、镍基涂层等。

2. 腐蚀防护：对于腐蚀的模具，可以采用镀层、表面处理等方法进行防护。

例如，对于受腐蚀的模具钢表面，可以采用镀铬或镀锌等防腐方法进行防护。

此外，还可以采用表面处理的方法提高模具表面的抗腐蚀性能，如采用氧化处理、磷化处理等。

3. 温度控制：对于塑性变形的模具，可以通过调整生产工艺、选择合适的材料等方法来降低模具工作时的温度。

压铸模具的失效分析随着铝合金压铸模具技术的日趋成熟，锌、铝、镁合金压铸越来越广泛应用于汽车、摩托车、柴油机、电子设备、家用电器等工业及民用产品配件的生产。

然而，压铸模具的早期失效一直是困扰模具生产和使用者的普遍问题，那么，该如何提高模具的使用寿命呢？一、压铸模具的失效压铸模的使用时急热急冷，条件极为恶劣。

以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃。

在铝液注射时，型腔表面温度急剧上升，型腔表面承受极大的压应力。

开模顶件、喷涂脱模亮剂时，型腔表面温度急剧下降承受极大的拉应力。

由于交变温度影响模具型面压缩、拉伸的交变应力的反复作用从而使模具金属因热疲劳而产生龟裂缺陷。

开裂是由于模具的短时间的热应力或机械应力过载而引起的模具整体破损。

模具的侵蚀主要分为三种：1、腐蚀：金属熔液与铁互相扩散并形成金间化合物；2、冲蚀：金属熔液在型腔中流动时所产生的热机械磨损；3、粘著：金属熔液附着在模具型腔表面，顶出产品时带走型面表层金属。

而压陷是因为模具强度不足或金属碎屑附着在模具型面，受到锁模力作用使模具产生的塑性变形。

二、影响压铸模具使用寿命的因素1、钢材对模具寿命的影响因压铸模具恶劣的使用环境，所以要求模具钢材必须具有优良的淬透性、良好的抗高温强度、高的耐磨性、好的韧度、好的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。

●化学成分压铸模具钢的应用广泛和具有优良的特性主要由钢中的C、Cr、Mo、Si、V 等化学成分决定的。

当然钢中杂质元素必须降低，有资料表明,当Rm在1550MPa 时，材料含硫量由0.03%降到0.003%，会使200℃左右时的冲击韧度提高约1-2倍。

北美压铸学会（NADCA 207-2003）标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。

●退火状态均匀的球状珠光体无晶界碳化物●钢材的纯净度杂质是热龟裂发生的起源点杂质无强度，不能抵抗热疲劳、杂质降低钢材的延展性●钢材的均一性钢胚具备近似纵向（锻打延伸方向）、横向机械性质的力学差异各向同性。

2019年热加工（a ）淬火（b ）回火图1 Cr12MoV 钢的热处理工艺曲线表2 失效件样品表面硬度 检测结果 （HRC ）（a ）（b ）图2 试样中的共晶碳化物分布（100×）图3 试样中基体组织分布（500 ×）2019年 第10期 热加工20处理注意事项模具的表面硬度和化学成分符合技术要求。

模具在轧制和锻打过程中，如果锻造工艺选用不当或锻打不充分，即未经反复的锻造将碳化物打散、打碎，就会使碳化物粗大，呈网状和树枝状分布。

网状碳化物的原始状态仍会保持在基体组织中，破坏整个基体的完整性，无形中把整个基体分割成许多小部分，使得组织的均匀性有了很大的差异（在网状及其边缘，碳和合金元素大量富集，而离网状稍远处，碳和合金元素贫乏），这样在热处理或机加工时，基体组织与网状碳化物之间产生巨大的应力差，从而使两者之间分离开来，随着组织应力进一步释放，进而向四周扩展，当应力不断加大到一定程度时，就容易导致整个模具开裂。

另外，模具材料在淬火时要控制入炉温度，多段预热，并在淬火后及时进行回火等，以减少和消除材料的组织应力，防止模具材料的变形和开裂。

7. 分析结论从上述检验及分析可以看出，试样中共晶碳化物呈网状分布、共晶碳化物不均匀度5级属于超标，不合格；材料中碳化物偏析严重，局部区域碳化物堆积，其导热性和变形率与周围基体有很大差异，并且容易引起该部位组织过热，故在锻打时形成锻造裂纹，在其后的热处理过程中该裂纹进一步延伸扩展，最终导致该模具在热处理后的精（机）加工过程中产生开裂。

参考文献：（a ）50×（b ）100×（c ）100×（d ）200×（e ）200×（f ）100×（g ）500×图4 试样中裂纹及组织[1]郭联金，金林奎，欧海龙，等. H13钢模具镶块研配期断裂失效分析[J].锻压技术， 2018（12）：126-130+135. [2]劳动部培训司.热处理工工艺学[M].北京：中国劳动出版社，1995：334.[3]蔡美良，丁惠麟，孟沪龙.新编工模具钢金相热处理[M].北京：机械工业出版社，2012：72.[4]陈永刚，金林奎，樊开夫，等.W6M o5C r4V2钢模具淬火开裂失效分析[J].金属热处理，2019（5）：239-245.[5]周斌，金林奎，黄持伟，等.45K 钢冷镦钢螺栓装配过程断裂失效分析[J].金属加工（热加工），2018（10）：14-19.[6]金林奎，欧海龙，黄持伟，等.铝合金用ASSAB 8407钢压铸模早期断裂失效分析[J].金属热处理，2019（2）：227-233.[7]张燕敏.淬火钢高速车削过程动态特性及加工参数研究[D].北京：北方工业大学，2006.[8]金林奎，欧海龙，黄持伟，等.Stavax ESR 钢洗衣机面板模具开裂原因分析[J].锻压技术，2017（11）：136-143.[9]全国钢标准化技术委员会.钢的共晶碳化物不均匀度评定法：GB/T14979—1994[S].北京：中国标准出版社，1995.[10]谢俊堂，郭联金，金林奎，等.SLD 钢模具失效原因分析[J].热处理技术与装备，2019（2）：9-14.2019年热加工（a ） （b ）图1 开裂轴承外圈外观形貌。