【正文】 緒論 模具是利用金屬或非金屬材料的塑性或流動性將其加工成一定形狀和尺寸的工藝裝備總稱。第一章 模具材料的分類:冷作模具材料 。熱作模具材料。塑料模具材料 。其他模具材料（鑄鐵。有色金屬及其合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金。非金屬材料）系統(tǒng)、設備、工件等產(chǎn)品喪失正常使用功能的現(xiàn)象稱為失效。工件的失效一般可分為非正常失效和正常失效，非正常失效指設備未達到一定技術(shù)工藝水平公認的使用壽命。一般出現(xiàn)在模具使用初期，正常失效是模具使用一段時間后，由緩慢塑性變形、均勻磨損或疲勞破壞而出現(xiàn)的失效。零件失效評定：1零件完全破壞，不能繼續(xù)工作。，不能保證工作安全。，但工作低效由零件破壞的特點、所受載荷的類型以及外在條件，零件的失效形式可歸納為變形失效、斷裂失效和表面損傷失效三大類型。1. 變形失效： 彈性變形失效 、塑性變形失效 2. 斷裂失效 ：塑性斷裂失效 、低應力脆斷失效 、疲勞斷裂失效、蠕變斷裂失效、應力腐蝕斷裂失效 3. 表面損傷失效 ：磨損失效 、表面疲勞失效 、腐蝕失效 。磨損由于模具表面相對運動，而從模具的接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象 。磨損失效 當磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或使模具表面狀態(tài)發(fā)生改變而使其不能正常工作。磨損分類：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。磨粒磨損：配合表面之間在相對運動過程中，因外來硬顆?；虮砻嬗餐贵w的作用而造成表面損傷（被犁削形成溝槽）的磨損稱為磨料（粒）磨損。影響因素：磨粒的形狀和大小、硬度和磨具材料硬度的比值、模具和工件的表面應力。防止：提高模具表面的硬度；及時清理模具及工件表面上的磨粒。粘著磨損：兩個金屬表面的微凸部分在局部高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)(固相粘著)，使材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一表面或被撕下作為磨料留在兩個表面之間的現(xiàn)象稱為粘著磨損。影響因素：材料性質(zhì)（塑性、晶體結(jié)構(gòu)）、材料硬度、表面壓力。防止：選擇與工件材料互溶性小的材料、加潤滑劑（減少摩擦系數(shù)）、表面強化處理（減少摩擦系數(shù)）疲勞磨損：在循環(huán)應力下，兩接觸面相互運動時產(chǎn)生的表面金屬疲勞剝落的現(xiàn)象。影響因素：冶金質(zhì)量（氣體含量、非金屬夾雜物） 、材料硬度、表面粗造度、表面應力狀態(tài)，防止：加潤滑劑、使表面處于壓應力狀態(tài)、提高冶金質(zhì)量、提高硬度、降低表面粗糙度。腐蝕磨損：腐蝕磨損是模具表面與其周圍的環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，以及模具與工件之間的摩擦作用而引起模具表面材料的脫落現(xiàn)象。點腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔、晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁斷裂失效模具在工作中出現(xiàn)較大裂紋或部分分離而喪失正常服役能力的現(xiàn)象。斷裂分類：斷裂性質(zhì) （脆性斷裂/韌性斷裂）；按斷裂機理（一次性斷裂/疲勞斷裂）按斷裂路徑（沿晶斷裂/穿晶斷裂/混晶斷裂） 1 一次性斷裂：模具在承受很大變形歷或沖擊載荷作用下，產(chǎn)生裂紋并迅速擴展所形成的脆性斷裂。（1）沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展而造成材料脆性斷裂的現(xiàn)象（高溫、雜質(zhì)偏聚、晶界偏聚相的不連續(xù)易出現(xiàn)），（2）穿晶斷裂：因拉應力作用沿特定晶面的斷裂。也稱解理斷裂。在較低溫度使用是易出現(xiàn)疲勞斷裂： 在較低的循環(huán)應力作用下，工作一段時間后，由裂紋緩慢擴展，最后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象a、疲勞裂紋的萌生和擴展萌生：表面不均勻處，晶界，夾雜物，第二相，尺寸過渡處，加工刀痕，磨損溝 痕。擴展：在循環(huán)應力作用下已形成的裂紋便沿著主滑移面向模具材料內(nèi)部擴展。影響斷裂失效的因素：主要是模具結(jié)構(gòu)因素（截面突變、凹槽、尖角）和模具材料（材料韌性越高，越有利于防止裂紋的萌生和擴展）失效分析的主要方法：：無損檢測是針對材料在冶金、加工、使用過程中產(chǎn)生的缺陷和裂紋用無損探傷法進行檢查，以查清其狀態(tài)及分布。：脆性斷口u/韌性斷口/疲勞斷口。：通過觀察分析零件（特別是失效源周圍）顯微組織構(gòu)成情況，如組織組成物的形態(tài)、粗細、數(shù)量、分布及其均勻性等，辨析各種組織缺陷及失效源周圍組織的變化，對組織是否正常作出判斷。：：檢查分析失效零件 的應力分布、承載能力以及脆斷傾向等。模具的服役條件與失效形式：冷作模具：承受拉伸、彎曲、壓縮、沖擊、疲勞等不同應力的作用，而用于金屬冷擠、冷鐓、冷拉伸的模具；熱作模具：高溫下承受交變應力和沖擊力，抗高溫氧化及燒損；塑料模具：模具在較強的磨損及浸蝕條件下工作，而熱塑性塑料注射模其受力、受磨損都不太嚴重，但部分塑料品種含有氯及氟，當壓制時易放出腐蝕性氣體，模具型腔經(jīng)受氣體腐蝕作用。 模具的失效形式： 沖裁過程可以分為三個階段: 彈性變形階段/ 塑性變形階段 和剪裂階段拉深模具的主要失效形式為粘附磨損和磨粒磨損，并以粘附磨損為主。塑料模具的服役條件和失效形式 ：（1）腐蝕 （2）磨損 （3）變形 （4) 開裂模具的質(zhì)量：包括模具的尺寸精度、表面光潔度和模具壽命三個方面。影響模具使用壽命的基本因素 ： ；材料對壽命的影響：1。材料類別（須根據(jù)成型工件、批量大小、精度要求、溫度、尺寸選材） 2。硬度（并不是硬度越高越好）3。冶金質(zhì)量（不好，則易淬裂或早期破壞）4。熱處理工藝（決定最終的組織和性能，挖掘材料潛力） 不正確的機加工可能在以下三個方面導致模具早期失效: ①不當切削，形成尖銳圓角或圓角半徑過小時常常造成應力集中，使模具早期失效。 ②表面光潔度不夠，存在不允許的刀痕，常常使模具因早期疲勞破壞而失效。 ③機加工沒有完全均勻地去除軋制和鍛造形成的脫碳層，致使模具熱處理后形成軟點和過大的殘余應力，導致模具早期失效。 模具的熱處理：模具的熱處理一般包括預先熱處理和最終熱處理（1）預先熱處理包括退火、正火和調(diào)質(zhì)目的：改善模具材料的組織結(jié)構(gòu)，消除缺陷，為最終熱處理作組織準備；消除應力；降低硬度，改善切削加工性能。（2）最終熱處理，淬火+回火 目的：獲得最終的使用性能。模具表面強化：（1） 定義：將已經(jīng)過常規(guī)熱處理的模具進行某種表面處理，使其表面具有某些特殊的物理、化學和機械性能。（2）目的：改善模具材料的表面特性，賦予模具某些特殊的性能：耐磨性、抗粘附性、抗咬合性、抗熱疲勞性、高的機械疲勞強度、高的的沖擊韌性、耐腐蝕性及減磨性。（2）方法： 化學熱處理、表面淬火、表面涂覆、離子注入、噴丸強化及堆焊等 （1）模具材料的影響 （2）模具結(jié)構(gòu)的影響 （①模具幾何形狀的影響/②模具間隙的影響/③結(jié)構(gòu)形式的影響）(3) 模具制造工藝的影響（①鍛造工藝的影響 ②加工工藝的影響 ③熱處理工藝的影響 (4)模具工作條件和使用維護的影響 （①被加工材料的影響 ②沖壓設備特性的影響 ③潤滑條件的影響 ）第二章模具材料的性能要求：（ 冷沖壓模具、 冷擠壓模具、 熱作模具、其他模具材料）冷沖壓模具：要求其材料具有高的強度，良好的塑性和韌性，高的硬度及耐磨性。冷擠壓模具：要求其材料具有高強度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性和切削加工性。 熱作模具：用鋼要求在工作溫度下保持高的強度和韌性、良好的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性和 優(yōu)良的熱疲勞抗力。 其他模具材料：鑄鐵、有色金屬及其合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、非金屬材料使用性能：機械性能（硬度、強度和韌性等）、化學性能、物理性能等。1. 硬度表示了鋼對變形和接觸應力的抗力，而且是很容易測定的一種性能，同時硬度與強度也有一定關(guān)系，可通過二者的換算關(guān)系得到材料硬度值?？砂从捕确秶鷦澏＞哳悇e，如高硬度（52～60HRC），一般用于冷作模具。中等硬度（40～52HRC），一般用于熱作模具。2. 強度是指鋼在服役過程中，抵抗變形和斷裂的能力。對于模具來說則是整個型面或各個部位在服役過程中抵抗拉伸力、壓縮力、彎曲力、扭轉(zhuǎn)力或綜合力的能力。 3. 韌性是模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞的能力，韌性是模具鋼的一種重要性能指標，它決定了材料在沖擊試驗力作用下對破裂的抗斷能力。材料的韌性越高，脆斷的危險性越小，熱疲勞強度也越高。對于衡量模具脆斷傾向，沖擊韌度試驗具有重要意義。 4. 耐磨性 是模具在工作中承受相當大的壓應力和摩擦力，要求模具能夠在強烈摩擦下仍保持其尺寸精度。 5. 抗熱疲勞性能 熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，抗熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值。 6. 咬合抗力 咬合抗力實際上就是發(fā)生“冷焊”時的抵抗力。該性能對于模具材料較重要。試驗時通常在干摩擦條件下，把被試驗的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進行恒速對偶摩擦運動，以一定的速度逐漸增大載荷，此時，轉(zhuǎn)矩也相應增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，咬合臨界載荷愈高，標志著咬合抗力愈強。7. 耐蝕性 是金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，稱為金屬的耐蝕性。 {提高耐磨的方法}（1）加合金元素形成單相組織（2）加合金元素提高基體的電極電位（3）加入易鈍化合金元素（4）加入能促使合金表面生成致密腐蝕產(chǎn)物保護膜的合金元素 工藝性能：可加工性，淬透性和淬硬性，淬火溫度和熱處理變形，氧化、脫碳敏感性及其他因素。 材料費用一般占10%～20%，而機械加工、熱處理、裝配和管理費用占80%以上。1. 可加工性：熱加工性能（熱塑性、加工溫度范圍等）； 冷加工性能（切削、磨削、拋光、冷拔等）；特種加工（如電火花加工）2. 熱處理工藝性 淬透性主要取決于鋼的化學成分。對于熱作模具鋼和塑料模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要；淬硬性則主要取決于鋼中的碳含量，對于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往是需考慮主要的因素。淬火溫度和熱處理變形 ，要求模具鋼淬火溫度范圍寬，熱處理變形小。氧化、脫碳敏感性 影響硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低，防止：真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。在選擇模具鋼時，除了必須考慮使用性能和工藝性能之外，還必須考慮模具鋼的通用性和價格。模具材料的選用原則：一是使用性能原則 ——材料的使用性能應滿足模具的使用要求。對大量機器工件和工程構(gòu)件，主要是機械性能。對一些特殊條件下工作的工件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理化學性能。 二是工藝性能原則 ——材料的工藝性能應滿足模具生產(chǎn)工藝的要求。 三是經(jīng)濟性原則—— 必須考慮材料的經(jīng)濟性。采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟效益，使產(chǎn)品在市場上具有最強的競爭力。 滿足使用性能要求 ：1. 耐磨性 2. 強韌性 3. 疲勞斷裂性能 4. 高溫性能 5. 抗熱疲勞性能 6. 耐蝕性 滿足工藝性能要求 ：（1）良好的可鍛性 （2）良好的退火工藝性 （3）良好的切削加工性 （4）較小的氧化、脫碳敏感性 （5）良好的淬硬性 （6）良好的淬透性 （7）較低的淬火變形開裂傾向 （8）良好的可磨削性滿足經(jīng)濟性要求 ： （模具材料的通用性）: (可變成本 （生產(chǎn)成本）/固定成本 /制造廠利潤 )b. 使用成本 (維護費 維修費 /保險費 /折舊費 )資源及環(huán)境因素: 1. 三章冷作模具：冷態(tài)下完成對金屬或非金屬材料進行塑性變形的模具。對制品的變形方式一般為：彎曲、拉深，沖裁、擠壓、冷鐓、滾絲、拉絲等冷作模具材料有：冷作模具鋼（應用最多）、硬質(zhì)合金、陶瓷材料、鑄鐵等冷作模具材料的工作條件: 冷作模具的主要失效方式:冷作模具材料的失效形式主要是磨損、疲勞、脆斷、彎曲、咬合、塌陷、啃傷、軟化等。1. 使用性能要求 （1）耐磨性（2）韌性 （3）強度（4）抗疲勞性（5）抗咬合性 2.