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1、第五章,塑性变形失效和断裂失效,一、模具塑性变形失效的形式,凹模在服役中出现的型腔塌陷、型孔胀大、棱角倒塌以及冲头在服役中因出现冲头镦粗、纵向弯曲，而不能继续服役者，均属塑性变形失效。,(,(,二、模具塑性变形失效的原因,（一）冷作模具塑性变形失效的原因 冷作模具出现塑性变形失效的主要原因有： 1. 模具材料的强度水平不高； 2. 模具材料虽选择正确，但热处理工艺不正确，未充分发挥模具刚的强韧性； 3. 冲压操作不当，发生意外的超载。 模具钢的屈服强度，一般随碳含量及某些合金元素含量的增多而升高。在硬度相同的条件下，不同化学成分的钢具有不同的抗压强度。,（二）热作模具塑性失效的原因 热作模具发
2、生塑性变形的原因，除上述外还有一很重要的原因即高温软化。 在热锻压作业中，模具的工作面与高温的坯料接触，使型腔表面温度往往超过热作模具钢的回火温度。在如此高的温度下，模具钢的强度仅为室温强度的1/2或1/3，很容易在外力作用下发生塑性变形。 模具在工作时，表面的瞬时温度很难直接测量，一般可根据模具的硬度变化幅度来判断其温度场。,三、模具塑性变形失效的过程,（一）冷作模具塑性变形过程 冷作模具的塑性变形在室温下进行，是金属材料在室温下的屈服过程。冷作模具是否发生塑性变形，主要取决于模具承受的机械载荷以及模具材料的室温强度。 （二）热作模具塑性变形过程 热作模具的塑性变形在较高的温度下进行，起主导
3、作用的是热载荷。因此，热作模具是否发生塑性变形，主要决定于模具的温度和模具材料的高温强度。,模具在服役过程中突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分，使模具立即丧失服役能力，属于断裂失效。常见的断裂失效形式有：崩刃、崩齿、劈裂、折断、胀裂等。 二、模具断裂失效的原因 模具断裂失效的原因很多，可以分为四大类，每一类的具体原因及影响因素如下表所示：,一、模具断裂失效的形式,模具在服役过程中突然出现大裂纹或分离为两部分或数部分，使模具立即丧失服役能力，属于断裂失效。常见的断裂失效形式有：崩刃、崩齿、劈裂、折断、胀裂等。,三、模具断裂失效的过程,模具的断裂过程，可分为一次性断裂和疲劳断裂两类。 （一）一次
4、性断裂 有时模具在冲压时突然断裂，即裂纹一旦萌生后发生失稳扩展，谓一次性断裂。它的主要原因是严重超载或模具材料严重脆化（如过热、过烧、回火不足、严重的应力集中及严重的冶金缺陷等）。,（二）疲劳断裂 模具服役过程中，在应力最大处或应力集中处萌生裂纹，在冲压力的作用下，微裂纹缓慢扩展，模具的有效承载面积逐渐缩小，直至外加应力超过模具材料的断裂强度，模具便发生断裂。或是随着裂纹的逐渐扩展，裂纹尖端的应力强度因子不断增大，直至超过材料的断裂韧性值时，裂纹发生失稳扩展， 导致模具发生脆性断裂。,疲劳断裂的全过程，其寿命长短不一。通常冷作模具从萌生疲劳裂纹直到最后断裂，只需较短时间，这是由于冷作模具材料的
5、断裂韧性较低所致。 热作模具的尾部(不承受高温作用)，如存在引起应力集中的因素，可能发生机械疲劳断裂。在热作模具的工作部分，如出现较大的热应力或组织应力，有可能发生一次性开裂。,多种损伤形式的交互作用,模具的工作条件极为复杂。因此，一个模具上可同时出现多种损伤形式。这些损伤又相互促进，加速模具的失效。 一、损伤过程之间的交互作用 下列损伤过程可发生交互作用，促进各自的发展。 1、磨损对疲劳及冷热疲劳的促进作用。 磨损沟痕可成为疲劳裂纹及冷热疲劳裂纹的发源地，加速上述裂纹的萌生。如磨损沟痕既深又尖锐，它本身就可成为一次性断裂的起裂点。,2、冷热疲劳和疲劳对磨损和断裂的促进作用。 模具表面出现冷热
6、疲劳裂纹后，表面的光洁程度严重恶化，磨损将加剧。 冷热疲劳及疲劳裂纹的尖端，将引起应力集中，可成为断裂源，促进了早期断裂。,二、主要失效原因的分析和判断 一批模具的平均寿命，包括了各种失效形式的寿命，在探讨提高模具寿命的技术措施方案时，应当了解在这一批模具中，各种失效形式的寿命范围以及各种失效形式所占的百分数。这样，才能抓住主要的失效形式（对寿命危害最大的失效形式）。,1、一种失效形式存在有多种原因交互作用时，必须查明其主要原因，为此： 在分析冷作模具的断裂失效原因时，应了解在断裂过程中共有哪几种损伤过程参与交互作用。应确定每种损伤形式在交互作用中的作用地位。如果确认磨损加速了疲劳裂纹的萌生，则磨损应作为主要问题去解决。如确认磨损虽很严重，但疲劳裂纹并不萌生于磨损沟痕处，则可排除磨损对断裂的影响，需另找其它原因。,2.在分析热作模具的断裂失效原因时，首先应了解裂纹与冷热疲劳的关系。如果确认断裂起源于冷热疲劳裂纹，则应将提高冷热疲劳抗力或推迟冷热疲劳，列为主要解决的问题。如果确认断裂与冷热疲劳无关时，才另外找其它的原因。 3.在分析各类模具的塑性变形失效原因时，应了解是否是模具材料的强度水平不足，或是热处理工艺不合理，因而未能充分发挥此材料的强度潜力所致。前者属于设计和选材问题，后者属于制造工艺问题。因此，只有确定主要原因后，才能有的放矢，提出切实有效的技术措施。,