第三章 模具失效的基础知识 模具寿命与失效 教学课件

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(二)粘着磨损
磨损失效的类型和机理
1.粘着磨损的形成和特征
工件与模具表面相对运动时，由于表 面凹凸不平，某些接触点局部应力超 过了材料的屈服强度发生粘合，粘合 的结点发生剪切断裂而拽开，使模具 表面材料转移到工件上或脱落的现象 称为粘着磨损。
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粘着磨损
磨损的四种类型
接触表面发生粘着以后，根据运动产生的切 应力、接触处的粘合强度、金属本体强度三 者之间的不同关系而产生的不同破坏现象， 可以把粘着磨损分为：
二、磨损失效的类型和机理
由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失 去物质的现象叫磨损。
模具在服役时，与成形坯料接触，产生相 对运动，造成磨损。
当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模 具的表面状态使其不能继续服役时，叫磨 损失效。
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(一)磨粒磨损 1.磨粒磨损的形成和特征
工件表面的硬凸 物是哪来的?
第三章 模具失效的基础知识
第一节 模具失效的形式和机理
一、模具失效的种类 1、按经济法观点对失效分类 2、按失效形式及失效机理分类
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按经济法观点对失效分类
(4)受累性失效 属于其它原因或自然灾害等不可抗拒
的因素所导致的失效。
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模具失效的形式和机理
这种失效使产品有 什么变化特征?
外具表面材 料脱落的现象叫磨粒磨损。
工件表面的硬突出物刮擦模具引起的磨 损也叫磨粒磨损。
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磨粒磨损
磨粒磨损的形成过程 用模具成形工件时，由于模具比工件硬度
高，磨粒首先被压入软工件内，在模具与 工件相对运动时刮擦模具，从模具表面切 下细小的碎片。
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影响磨粒磨损的因素
Ⅲ区为高磨损状态：
➢ Hm＜0.8Ha，金属表 面产生严重磨损，磨 损量大，磨损率小。 曲线平缓。
试验结果表明：要减小磨粒磨损量，金属的硬度 Hm应比磨粒的硬度Ha高。
实际经验：只要求满足 Hm≈1.3Ha，就可达到减 小磨损量的目的。
因为Hm高到一定时，不会再得到更显著的改善。
Fy使磨粒压入金属表面形成压痕； Fx推动磨粒与金属表面产生相对切向运动。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
当磨粒棱角锐利，又 具有合适的角度时：
➢ 在金属表面切削出长 而浅的沟痕，形成切 削屑，在表面留下犁 沟。
➢ 这种切削形成的切屑很小，但在显微镜下 观察，切屑仍具有机床切屑的特点， 所 以称为微观切削。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
2)多次塑变磨损机理 在随后的磨粒继续作
用时，有可能把堆积 物重新压平或使已变 形的沟底材料再次被 犁皱变形。 如此反复塑变，导致金属表面产生加工硬 化，最终剥落而成为磨屑。
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2）多次塑变磨损机理 多次塑变后被磨损
的磨屑呈块状或片 状，金属表面可以 观察到反复塑变和 辗压后的层状折痕 以及一些台阶、压 坑及二次裂纹等。
1）涂抹；2）擦伤 ；3）撕脱； 4）咬死
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影响磨粒磨损的因素
3）模具与工件表面压力
模具与工件之间的表面压力越大，磨粒压入 金属表面的深度越深，则磨损量越大。
但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，使 磨损量的增加减缓。
4）工件厚度
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入工 件的深度越深，对模具的磨损量减小。
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影响磨粒磨损的因素
2）磨粒硬度 磨粒磨损与磨粒硬度
Ha和金属硬度Hm之间 的相对值的大小有关。 Ⅰ区为低磨损状态： ➢ Hm＞1.25Ha，金属表面产生轻微磨损，磨损率 较小。曲线上升平缓。 Ⅱ区为磨损过渡状态： ➢ 0.8Ha＜Hm＜1.25Ha，磨损轻、重转化阶段， 磨损率急剧增加，曲线上升很陡。
当模具表面存在沟槽、凹坑时，磨粒不易 从凹坑中出来（或粘结在模具表面上）随 着工件运动，磨粒将耕犁或犁皱工件。
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磨粒磨损的主要特征 摩擦表面上
有擦伤、划 痕或形成犁 皱的沟痕。
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磨粒磨损
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磨粒磨损
2.磨粒磨损机理的主要理论分析 1)微观切削磨损机理
磨粒在材料表面的作用 力F可分为与金属表面 平行的分力Fx和垂直的 分力Fy。
材料表面压痕伴有明显的裂纹 根据这一现象，微观断裂磨损机理认为： ➢ 脆性材料在磨粒磨损时会使横向裂纹互相
交叉或扩散到表面，造成材料剥落。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
从以上分析可知，各种机理都可以解释 部分磨损特征，但都不能解释所有的磨 粒磨损现象
所以磨粒磨损过程可能是这几种机理综 合作用的反映，而其中的某一种损害可 能起主要作用。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
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磨粒磨损机理的主要理论分析
3）疲劳磨损机理 多次塑变磨损后产生金属表面分离的磨
屑是因为材料表层微观组织受磨粒反复 作用的应力超过材料表面的疲劳极限所 造成的。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
4）微观断裂磨损机理 对于脆性材料，在压痕试验中可以观察到
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磨粒磨损
3.影响磨粒磨损的因素 1）磨粒尺寸与几何形状 磨粒尺寸越大，金属表面的体积磨损量越大。
但当磨粒的尺寸超过一定值后，体积磨损量 增加的幅度明显减小。 当磨粒的棱角尖锐且凸出较高时，金属表面 磨损率较大。当磨粒棱角不尖锐且凸出较小 时，磨损率较小。
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当磨粒无锐利的棱角， 磨粒棱角的棱边不是 对着材料表面的运动 方向时：
➢ 磨粒和被摩擦表面之 间的夹角太小；
➢ 表面材料塑性很高时 都不会产生表面切削。
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磨粒磨损机理的主要理论分析
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磨粒磨损机理的主要理论分析
2)多次塑变磨损机理
当磨粒的棱角不太尖锐，突出部分高度较小时， 磨粒不发生表面切削摩擦，而是以较大的力沿金 属表面滑行，表面金属被推向磨粒运动的前方或 两侧，产生堆积，这 些堆积物没有离开金 属基体，但使表面产 生很大塑性变形。这 种不产生切削的犁沟 称犁皱。