冲压模具的失效形式分析与思考

第一篇：冲压模具的失效形式分析与思考

摘 要：本文简单介绍了冲压模具失效的几种形式，并针对每种失效形式产生 的原因进行了具体分析，提出了相应的预防及解决措施。

关键词：冲压模具；失效形式；分析；措施

前言

随着我国现代工业技术的不断发展，冲压模具在工业生产中起到了越来越广泛的应用。冲压模具质量的好坏直接决定了所冲产品质量的优劣。然而，冲压模具在使用过程中，常常出现各种形式的失效情况，应对这些失效，往往需要耗费一定的时间、人力、物力以及财力资源，严重影响到了工业生产的进度，不利于企业经济效益的提高。因此，如何有效地预防冲压模具的失效，最大限度的提高其使用寿命，是很多企业共同面临的一个技术难题。只有对冲压模具的失效形式做出正确分析，归属其失效类型，才能精准地找出其失效的原因，采取相应的技术措施对其修复或预防，延长其使用寿命。

冲压模具失效形式概述

2.1 冲压模具失效的涵义

冲压模具在使用过程中，因各种原因如结构形状、尺寸的变化以及零部件组织与性能的变化等，使得冲压模具冲不出合格的冲压件，同时也无法再修复的情形就叫做冲压模具的失效。鉴定模具是否失效的判据有三种：一是模具已经完全丧失工作能力；二是模具虽然可以工作，但无法完成设定的功能；三是模具因结构受到严重损害，使用时存在安全隐患。

2.2 冲压模具失效的形式

冲压模具在使用过程中，因模具本身类型、结构、材料的不同以及实际工作条件的不同，会表现出不同的失效形式，主要可分为以下四种。

（1）磨损失效。冲压模具在正常工作过程中，往往会与加工的成形坯料直接接触，二者之间因相对运动而产生摩擦，造成冲压模具表面磨损。当磨损程度达到一定限度时，模具表面失去原来的状态，使之无法冲出合格的冲压件，这就是磨损失效。磨损在任何机械的使用过程中是不可避免的，因此是一种正常的失效形式，也是冲压模具失效形式中最为主要的一种。根据磨损机理，可将磨损失效细分为四种：①磨粒磨损失效。当坯料与模具接触的表面间存在硬质颗粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在坚硬的突出物时，会摩擦并刮划模具的表面，严重时就会使模具表面材料脱落，造成磨粒磨损失效。②黏着磨损失效。冲压模具作用于坯料时，彼此之间存在相互作用力，有时黏着部分会因受力不均而发生断裂，造成模具表面物质脱落或转移，这种失效形式就是黏着磨损失效。③疲劳磨损失效。模具的有些部位经过长时间的使用，在与坯料摩擦力的循环作用下，难免会产生一些细小的裂纹，随着使用时间的推移，细纹逐渐加深，加深到一定尺度时，造成模具表面物质发生脱落，甚至模具因承载力不足而断裂。④腐蚀磨损失效。冲压模具在使用过程中，模具表面物质很容易与周围介质（如空气、水等）发生化学腐蚀或电化学腐蚀，加上摩擦力的作用，时间久了，就会造成模具表面物质侵蚀变质，发生脱落。

实际上，磨具与坯料作用时，磨具表面受到的磨损是极其复杂并且难以预测的，不可能仅仅只受某种磨损方式的影响，因此，实际生产加工中反映出来的磨损失效形式可能是多种形式相互作用的结果。

（2）断裂失效。所谓的断裂失效是指冲压模具因产生较大裂纹或者断裂为两部分（数部分）。断裂可分为两种：早期断裂（一次性断裂）以及疲劳断裂。早期断裂指的是冲压模具表面受到冲击载荷的压力过大，超出其负荷能力，造成迅速断裂。相反，造成疲劳断裂的应力通常较低，在模具的承受范围之内，但由于这种应力的频繁作用，细小裂纹开始逐渐扩展，最后引发断裂。

（3）变形失效。冲压模具在工作过程当中，若是零件所受到的应力超出其弯曲极限，就会发生塑性变形。当塑性形变形达到一定程度时，会造成模具内零件的尺寸和形状发生显著变化，模具无法再正常使用，也就是变形失效。变形失效的外表现为弯曲、塌陷、镦粗等。

（4）啃伤失效。冲压模具因一些客观原因致使其凸、凹模互相啃刃，造成冲压模具崩裂。

3失效原因及措施

冲压模具失效后，应及时对其进行检查分析，找准失效的原因，并对症下药，采取相应的解决措施，延长冲压模具的使用寿命，提高其经济效益。以下分析了造成以上几种失效形式的主要原因，并针对每种失效形式提出了相应的改善措施。

3.1 磨损失效的原因及措施

造成冲压模具因过度磨损而失效的原因很多，归结起来可以从三方面来考虑：一是冲压模具本身的原因，如模具自身的耐磨性能不好；其工作零件的硬度太低；模架的精度偏低等。二是被冲材料的原因，包括坯料硬度太大，对模具表面产生过的摩擦力；被冲材料表面发生氧化作用，造成摩擦力增大等。三是其他因素的影响。如所添加润滑剂润滑效果不好等。

针对以上原因造成的磨损失效，可以从以下几个方面加以改善：

（1）选择合适的模具材料。模具材料的选择会因模具用途的不同、生产冲压件的数量不同而有所差异。表1给出的是不同用途的模具对材料的选择。

表1 不同用途的模具对材料的选择

模具用途 生产量 使用模具材料

生产低薄板以及有色金属 小批量 t10a或t8a等较为低廉的碳素工具钢

生产厚度≤2nm的钢材 小批量 9gcr15、9mn2v、9sicr等合金工具钢

生产厚度≥2nm的钢材 大批量 gr12mov、gr12工具钢以及集体钢、高速钢、钢结硬质合金等

（2）对冲压模具表面进行强化处理。可以在加热淬火以前，向模具表面进行渗杂处理，包括渗硼、渗碳、渗硫、渗氮或碳氮共渗，或在淬火后采用离子渗氮或者气体软氮化的技术对磨具表面进行改性处理，以此来提高冲压模具刃口的各种性能，比如耐热性、耐磨性、抗腐蚀性等。通过对冲压模具表面进行化学或物理气相沉淀、电火花强化以及激光强化等工艺技术处理，可以大大提高模具表面的硬度，获得更好的耐磨性质及抗腐蚀、抗粘黏性质，从而很大程度地改善磨具的整体性能，极大地提高模具的使用寿命。

除以上措施外，还应该对模具表面适时进行润滑处理，减小模具与被冲器件的摩擦；时刻关注生产中容易发热的部位，并采取必要的冷却措施；生产加工前，应认真检查坯料的状态，对表面不良的坯料应进行及时清理或其他预先处理；调整模具凸凹模的合理间隙。

3.2 断裂失效的原因及措施

造成断裂失效的原因主要有两种：一种是过载断裂，另一种是扩展断裂。

当凸凹模同轴度相差较大，间隙分布不均匀，模架精度偏低时，会造成凸模在冲压过程中因受到过大的侧向力而发生断裂；凸模表面各个截面的过渡部位圆角过于尖锐，产生高于平均应力十倍之上的集中应力，造成模具承载后发生断裂。对于这种因过载而产生的断裂失效，可采取以下措施加以解决：

（1）改进设计结构。对于冲孔直径在2.5mm以下，断面积在52mm2，长度在12.5mm以上的异型孔凸模，应对杆部进行适当加粗处理，可用导向圈等工具进行加固，加大圆角半径，确保凸模各部位的过渡平滑，同时可采用其他结构如镶拼或预应力结构来减少模具应力集中的情况。

（2）在冲压模具设计过程中，应对模具强度进行校核，然后选择高一级强度的模具材料，确保模具具有足够的承载力；对热处理件要进行抽样检查，确保其强度，韧性符合标准。

冲压模具在生产工作中，造成模具扩展断裂的裂纹有很多种，包括淬火裂纹、回火裂纹、磨削裂纹、自发裂纹、脱碳裂纹、电加工裂纹等。针对不同的裂纹有不同的预防措施。

对于淬火裂纹的预防，主要是要对零件的形状进行合理设计。要将壁厚设计得尽可能相等，壁厚相差较远的两部分不能设计成一体，采用镶拼结构时应确保各模块强度尽量一致；转角部分圆角应该有较大的半径，杜绝尖角的情况；对于热处理工艺，应根据制件的实际情况包括其形状、大小以及材质等，选择适宜的工艺。

对于回火裂纹的预防，应做到零件在加热至300℃以前，采取缓慢加热的方式进行，不能加热过急，否则会因热应力过大而造成开裂；回火时也不能急剧冷却，应进行空冷处理，因为急冷会产生马氏体相变应力，造成开裂。

对于自发裂纹的预防，采用的措施是：淬火后马上进行回火，若是在常温下放置时间过长，零件会因受到相变应力而造成开裂。通常淬火到回火的间隔时间不能超过3小时，如果因某些原因不能马上回火，可以先置于100℃介质中进行保温处理，以此来延长间隔时间。

对于磨削裂纹的预防，若是淬火零件较多，磨削量较大，可以先进行低温回火（150℃）或中温回火（300℃）；砂轮整修时，应确保砂轮足够锋利并且粒度合适，以此来降低磨削热，减小磨削烧伤。

对于脱碳开裂的预防，可采取的措施是用真空加热或保护气加热的方法控制加热温度，防止工件因受热温度过高而发生开裂。

对于电火花加工裂纹的预防，应在加工过程中，尽量采用较小的电规准，防止电火花产生的瞬时高温在淬火件表面产生裂纹；加工后应对变质表面层进行抛光操作。

3.3 变形失效的原因及措施

造成模具变形失效的原因主要是模具表面的负荷过大。对于这种失效形式，可以从材料选择或强化处理等方面提高受力部位的强度。

3.4 啃伤失效的原因及措施

造成啃伤失效的原因主要有装配质量不过关、安装不当、压力机的导向精度不高、送料出现误差等。对啃伤失效可用高导向精度装置的模具进行生产加工，确保零件位置的精度，减小侧向力，避免凹凸模相互啃伤。

4结语

冲压模具失效与其结构、使用材料、工作条件等都有关系。实际生产中，模具失效是一个普遍又复杂的综合性问题，受到很多因素的共同影响。因此，必须根据具体实际情况，进行具体分析，找出造成模具失效的原因，并采取相应行之有效的措施来加以预防或解决。只有这样，才能使冲压模具的使用寿命得到最大限度地延长，经济效益得到显著增加。

第二篇：模具失效分析复习题文档

1.模具的分类：

（一）按模具所加工材料的再结晶温度分：冷变形模具，热变形模具，温变形模具；

（二）按模具加工坯料的工作温度分：冷作模具，热作模具，温作模具；

（三）按模具成形的材料分：金属成形用模具，非金属成形用模具。

（四）按模具用途分：冲压模具，锻造模具，挤压模具，压铸模具，拉拔模具，塑料模具，陶瓷模具，橡胶模具，玻璃模具等。2.模具服役：模具安装调试好后，正常生产合格产品的过程。模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态。模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役。模具的失效分为非正常失效和正常失效。非正常失效(早期失效)是指模具未达到一定的工业水平下公认的寿命时就不能服役。早期失效的形式有塑性变形、断裂、局部严重磨损等。正常失效是指模具经大批量生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役。

3.磨损分类：根据模具的成形坯料、使用状况，其磨损机理可以分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。磨粒磨损: 在工件和模具接触表面之间存在外来硬质颗粒或者工件表面的硬突出物，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象叫磨粒磨损。主要特征是模具表面有明显的划痕或犁沟，磨损物为条状或切屑状。

粘着磨损：工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的结点发生剪切断裂，使模具表面的材料转移到工件上或脱落的现象。粘着磨损的分类：根据磨损程度，分为：轻微粘着磨损（氧化磨损）和严重粘着磨损（涂抹、擦伤、胶合）。轻微粘着磨损（氧化磨损）：粘结点强度低于模具和工件的强度时发生。接点的剪切损坏基本上发生在粘着面上，表面材料的转移十分轻微。

4.磨粒磨损的机理：磨料磨损时，作用在质点上的力分为垂直分力和水平分力。垂直分力使硬质点压入材料表面；水平分力使硬质点与表面之间产生相对位移，硬质点与材料相互作用的结果，使被磨损表面产生犁皱或切屑，形成磨损或在表面留下沟槽。影响磨粒磨损的因素：磨粒大小与形状；磨粒硬度和模具材料硬度；模具与工件表面压力；磨粒尺寸与工件厚度的相对比值。提高耐磨粒磨损的措施：提高模具材料的硬度；进行表面耐磨处理；采用防护措施。5.粘着磨损的机理：实际接触面积是表观面积的0.01~0.1%，表面压力大，瞬时温度高，润滑油膜、吸附膜或其他膜都将发生破裂，使接触峰顶产生粘着，随后，在滑动中粘着点又被破坏，就形成粘着——破坏——再粘着的交替过程。

影响粘着磨损的因素：①表面压力：T1（接触压应力小于材料硬度的1/3），磨损主要是通过氧化碎屑的脱落而产生的，属于轻微氧化磨损区；T1与T2之间为严重磨损区，磨屑尺寸增大，加厚，且多为金属屑；当载荷继续增大超过T2后，表面内摩擦增大而温度很高，可能发生相变，并形成白层，形成不易破碎的氧化膜，因而耐磨。② 材料性质：脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而脆性材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。③ 材料硬度：模具材料和工件材料的硬度相差越大，磨损越小；反之，磨损越大。提高耐粘着磨损性能的措施：① 合理选用模具材料：选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低粘结的可能性。② 合理选用润滑剂和添加剂：润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方面可减小摩擦，成倍提高抗粘着磨损的能力。③ 采用表面处理：采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同类金属表面接触。

6.疲劳磨损：工件与模具表面相对运动时，在循环应力（机械应力与热应力）的作用下，使模具表层金属材料疲劳脱落的现象。接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂纹、小坑等，磨损产物为块状或饼状。疲劳磨损的机理：在承受力和相对运动的情况下，模具表面及亚表面不仅有多变的接触应力而且还有切应力，这些外力反复作用一定周次后，模具表面就会产生局部塑性变形和加工硬化。在某些组织不均匀处，由于应力集中，形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向发展。当裂纹扩展到表面时或与纵向裂纹相交时，形成磨损剥落。模具疲劳磨损有机械疲劳磨损、冷热疲劳磨损。影响疲劳磨损的因素：材质：钢材的冶金质量，如：夹杂物类型、大小、形貌、分布。特别是脆性、带棱角的非金属夹杂物。硬度：一般情况下，材料抗疲劳磨损能力随表面硬度的增加而增强，而表面硬度一旦越过一定值，则情况相反。表面粗糙度：表面粗糙度低，接触面积大，接触应力小，提高抗疲劳磨损能力。提高耐疲劳磨损的措施：合理选择润滑剂：润滑剂可避免模具与工件表面直接接触，并均化接触应力，缓冲冲击。润滑剂粘度越高越好，固体润滑剂比液体润滑剂好。进行表面强化处理：采用喷丸、滚压等强化方法，使模具工作表面金属受压缩产生塑性变形，并产生宏观压缩应力，有利于提高抗疲劳磨损的能力。

7.断裂分类：1）按断裂性质分：塑性断裂、脆性断裂；根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小分。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。（2）按断裂路径分：沿晶断裂、穿晶断裂、混晶断裂；（3）按断裂机理分：一次性断裂、疲劳断裂；模具材料多为中、高强度钢，断裂性质多为脆性断裂。

影响断裂失效的主要因素：

（一）模具表面形状：增大圆角半径，减少突变，避免尖角，减小应力集中。

（二）模具材料：减少夹杂物，提高冶金质量，提高材料强度。控制断裂的三个主要因素： 1）裂纹尺寸和形状；2)作用应力；3)材料的断裂韧性。裂纹尺寸越大，作用应力越高，发生断裂的可能性就越大；材料的断裂韧性越高，抵抗断裂破坏的能力越强，发生断裂的可能性就越小。

8.锻造工序一般可分为：基本工序、辅助工序和修整工序三类。(1)基本工序

指能够较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，也是锻造过程中主要变形工序。如镦粗、拨长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、剁切、错移、扭转等。(2)辅助工序

指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。(3)修整工序

指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图要求的工序。如鼓形滚圆、端面平整等。一般是在某一基本工序完成后进行。

9.模具表面的加工方法包括车削、铣削、磨削、抛光等。磨削的原理是把复杂的成型表面分解为若干段简单的直平面或圆弧直曲面，然后按照一定的顺序，沿着轮廓方向逐点或逐段磨削，使之达到规定的加工要求。

10.残余应力大小与以下几个因素有关:(1)磨削深度；(2)砂轮硬度、锋利度；（3）回火工艺；（4）模块材料的导热性。

11.模具热处理：1)氧化、脱碳；2)过热、过烧；3）硬度不足；4）软点；5）黑色断口；6）脆性；7）麻点；8）裂纹；9）变形。

11.模具材料分类：按模具类别分：冷作模具、热作模具、塑料模具。按材料类别分：钢铁材料、非铁材料、塑料等。

模具材料的性能要求：

（一）使用性能：硬度和耐磨性、强度和韧性、抗热性能（热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳性、抗粘着性）；

（二）工艺性能：热加工工艺性能、冷加工工艺性能、热处理工艺性能。模具选材的具体考虑因素：

（一）模具工作条件：承受载荷、速度（冲击）、工作温度、腐蚀；

（二）模具的失效因素：磨损、腐蚀、断裂、塑性变形。

（三）模具所加工的产品：产品批量大小、产品质量要求、产品材质；

（四）模具结构：模具大小、模具形状、模具的不同组件（不同部位）、模具制造工艺、模具设计。

12.冷作模具的种类很多，包括冲裁模、冷挤压模、冷镦模、拉伸模等。各类冷作模具的特点：(一)冲裁模：冲裁模主要用于各种板料的冲切成形，按其功能不同可分为落料模、冲孔模、切边模等。1.工作条件：冲裁模的工作部位是刃口。冲裁时，刃口部受到弯曲和剪切力的作用，还要受到冲击。同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。2.失效形式：冲裁模的正常失效形式主要是磨损，刃口由锋利变圆钝。有时会因热处理不当等造成崩刃和凸模折断等非正常失效。3．性能要求：依据上述分析，冲裁模的主要性能要求是高的硬度和耐磨性，足够的抗压、抗弯强度和适当的韧性。

(二)拉拔模及成形模：主要包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模。利用这些模具可使板材或棒材延伸并压制成一定形状的产品。1．工作条件：模具工作时受载较轻，但模具表面受到强烈的摩擦。凹模主要受到径向张力的作用，凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。2．失效形式：成形模具的主要失效形式是磨损，而拉拔模除了严重磨损外，在温度和压力作用下，还会产生“粘附”（咬合）。3．性能要求：对拉拔模的主要性能要求是高的耐磨性、硬度及良好的抗咬合性。对成形模的耐磨性、硬度要求稍低，但要求较高的韧性。

（三）、冷镦模：冷镦模是在冲击作用下使金属棒料在模具型腔内冷变形成形的模具。主要用于紧固件、滚动轴承、滚子链条、汽车零件的成形。1．工作条件：冷镦模具工作条件差，受到强烈冲击，室温下，材料变形抗力大。凸模承受巨大冲击压应力，且冲击频率很高。凹模的型腔表面和凸模的工作表面还受到剧烈的冲击性摩擦。2．失效形式：冷镦模的主要失效形式是：凸模镦粗、局部变形或折断；凹模开裂，模口胀大等。3．性能要求：凸模、凹模均要求有足够的硬度、强度和韧性。一般凸模要求硬度为60-62HRC，凹模要求硬度为58-60HRC。

（四）、冷挤压模：冷挤压是使金属在强大的近于静挤压力的产生塑性变形而形成制品或零件。1.工作条件：金属的冷挤压成形，受到强烈的三向压应力的作用，变形抗力大。模具不仅受到强大的挤压力作用，而且还受到坯料塑变流动的剧烈摩擦，冷挤压时产生较大的温升。2.失效形式：冷挤压凸模的失效形式主要是断裂、塑性变形及磨损；凹模的主要失效形式是胀裂及磨损。3．性能要求：冷挤压模必须具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模要求硬度为60-64HRC，凹模要求硬度为58-62HRC。由于冷挤压时产生较大的温升，所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。冷作模具钢的性能要求 ：冷作模具正常的失效形式是磨损。常会因变形(包括弯曲、镦粗、塌陷、模孔胀大等)、崩刃、开裂而出现早期失效。冷作模具用钢应该具有高强度、高硬度、高耐磨性和足够的韧性。一般凸模要求硬度为50-60HRC。冷作模具钢的成分特点：冷作模具钢通常以高碳为主，以满足高强度、高硬度、高耐磨性要求，为了提高淬透性和耐磨性，适当添加一些碳化物形成元素Cr、Mo、W、V 等。

13.冷作模具用钢按化学成分分类，可以分为碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬和高碳中铬钢及高速钢。碳素工具钢：常用钢种有T7A、T8A、T10A、T12A等.主要优点：（1）成本低：价格便宜，来源方便。（2）加工性能好：与其他冷作模具钢相比，锻造工艺性较好，易退火软化，便于加工制成模具。（3）热处理后有较高的硬度和一定的耐磨性。主要缺点：(1)淬透性低：模具截面尺寸大于15 mm，水冷也不能淬透。属低淬透性冷作模具钢。(2)热硬性、耐磨性差，淬火变形大，易产生淬火裂纹，使用寿命低。用途：因此碳素工具钢只适合制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的模具。

14.（1）9Mn2V钢：主要性能特点：9Mn2V钢的主要化学成分是：C：0.85-0.95%，Mn：1.70-2.00%。碳含量高是为了保证钢经热处理后具有高硬度、高耐磨性；锰是为了提高钢的淬透性。由于锰含量高易引起钢的过热，因而同时加入少量的钒，以细化晶粒，克服锰的过热倾向。淬透性低，油淬时临界淬透直径为40mm。热加工工艺：1.锻造：始锻温度为1130-1160C，终锻温度为800-850C，空冷至650-700C转入炉灰中冷却。2.退火： 加热温度为750-770C，保温3-5h；等温温度为650-700C，保温4-6h。3.淬火： 淬火温度为780-840C，为了获得优良的强韧性，宜采用800C淬火；若希望工件获得最大的淬硬层深度时，则可选取820-840C淬火，淬火硬度为62-63HRC。采用油冷，形状复杂的模具可用热油冷却或硝盐浴分级淬火。4.回火：回火温度在160-180c，空冷。回火硬度为60-62HRC。回火温度为200-300C范围产生回火脆性。应用：用于制造冷冲模、弯曲模、落料模等。用它代替T10A钢，不仅可以减小热处理变形，还可大大提高模具寿命。对于中小模具，该钢还可以代替CrWMn钢。

（2）CrWMn钢：主要性能特点：由于同时含有W和Mn，CrWMn钢具有高的淬透性。生产中，模具尺寸在Φ40－５0mm以下时，在油中即可淬透。又由于含有W，在淬火及低温回火状态下含有较多的钨的碳化物，硬度高，耐磨性良好。W还能细化晶粒，改善钢的韧性并减小过热敏感性。热加工工艺：1.锻造：加热温度为1100-1150C，始锻温度为1050-1100C，终锻温度为800-850C。锻后应采用空气吹冷，以防止形成网状碳化物，尤其是大规格的钢材。2.退火和正火：加热温度为790-830C，等温温度为700-720C，退火后的组织比较均匀，退火后的硬度为207-255HBS。如果锻造质量不高，出现严重网状碳化物或粗大晶粒时，必须在球化退火之前进行一次正火，正火加热温度930-950C，然后空冷。3.淬火和回火：淬火温度为820-840C，油冷，硬度为63-65HRC。模具要求韧性较高而硬度要求不低于55HRC时，可采用下贝氏体等温淬火。回火温度一般为160-200C，为了克服回火脆性，应尽量避免在300C附近回火。应用： CrWMn 钢的淬透性、淬硬性、强韧性、耐磨性及热处理变形倾向均优于碳素工具钢，主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。Cr12型钢模具的制造及热加工工艺过程:锻造---退火---粗加工---预调质处理或去应力处理---精加工----最终热处理（淬火+回火）。1）锻造：Cr12型钢的导热性差，塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄，组织缺陷严重，所以锻造性能差。合理的锻造工艺是：预热温度为750—850C，加热温度为1100-1150C，始锻温1050-1150C，终锻温度为850-900C，锻后缓冷。Cr12型钢为莱氏体钢,铸态组织中有鱼骨状共晶碳化物。锻造时，坚持多向、多次镦拔，才能保证击碎碳化物。锻后应及时退火。2）退火：Cr12型钢一般采用等温球化退火工艺，加热温度为850-870C，保温3-4h。等温温度为720-750C，保温6-8h。退火后的硬度为207-255HBS。退火后组织为索氏体+粒状合金碳化物，降低硬度，提高切削性能。3）预调质处理：为了降低粗加工造成的应力以及在淬火之前获得比较均匀的碳化物分布，淬火前要进行预调质处理（淬火+高温回火）。4）淬火及回火：两种工艺：（1）低温淬火+低温回火（一次硬化处理）淬火温度：Cr12MoV钢：1020-1050℃；

Cr12钢：970-990℃； 回火温度： 160-180℃。可保持细的奥氏体晶粒，具有高硬度、耐磨性和高韧性.（2）高温淬火+多次高温回火（二次硬化处理），达到二次硬化目的。Cr12钢因含合金元素量较低，只采用一次硬化处理。Cr12MoV的淬火温度为1100-1150℃，回火温度为500-540℃，多次回火。经这种方法处理后可使其钢获得高耐磨性、热硬性，但韧性较差。15.Cr12与Cr12MoV的性能比较：Cr12型钢是应用最广、数量最大的冷作模具钢。Cr12型钢中的主要碳化物是M7C3型。因Cr12钢碳含量高达1.3～2.3％，碳化物不均匀性严重，脆性大，用于制造模具易产生崩刃和脆断。只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的模具；Cr12MoV的含碳量比Cr12少，并加入了Mo、V，改善了碳化物不均匀性，提高了韧性。钼和钒还能细化晶粒，改善韧性。所以，Cr12MoV钢的脆断倾向较小，广泛用于制造大截面、形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模等。

16.模具材料的选材依据：1.按模具大小考虑选材；2.按模具形状和受力考虑选材；3.按模具性能要求考虑选材；4.按模具压制产品的批量考虑选材；5.按模具用途考虑选材.17.热作模具的分类:根据加工形式，热作模具可分为热冲切模（切边模、热切料模）、热变形模（锤锻模、高速锤锻模、压力机锻模、热挤压模）和压铸模（铝合金压铸模、铜合金压铸模、黑色金属压铸模等）。根据加工材料，热作模具可分为加工黑色金属的模具、加工有色金属的模具、塑料模具等。

18.热挤压模：（1）工作条件：热挤压模主要承受压缩力和弯曲应力，脱模时还承受一定的拉应力，但冲击力不大。模具与炽热金属接触时间比锤锻模长，使其受热温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属时，工作温度高达600-800C。挤压过程中模具表面与坯料之间的摩擦较大。2）失效形式：热挤压模的主要失效形式是模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。（3）性能要求：热挤压模的尺寸一般比锤锻模小。因此，对热挤压模的性能要求主要有：a.高的热稳定性；b.良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；c.较高的高温强度和足够的韧性。

19.热冲切模：热冲切模由切边凹模和凸模组成。在切边时凸模无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮。

（1）工作条件：由于是切边凹模完成剪切过程，因而凹模刃口与毛坯相摩擦，同时受到一定的冲击载荷。此外，刃口还受热而升温。（2）主要失效形式：刃口磨损、崩刃、卷边等。（3）性能要求：a.具有高的耐磨性，高的硬度及热硬性；b.为避免崩刃，应具有一定的强韧性；c.具有良好的工艺性。

20.压铸模:是在高压下使液态金属压铸成型的一种模具。（1）工作条件:压铸模工作时与高温的液态金属接触，不仅受热时间长，而且受热温度比热锻模高（压铸有色金属时的温度达400-800C以上，压铸黑色金属时的温度可达1000C），同时承受很高的压力，此外还受到反复加热和冷却的作用以及金属液流的高速冲刷。（2）失效形式：疲劳开裂（龟裂）、气蚀、冲蚀磨损。低温合金的压铸以磨损失效为主。（3）性能要求:a.较高的耐热性和良好的高温力学性能；b.优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；c.良好的抗氧化性和耐蚀性；d.具有较高的淬透性。21.热作模具钢的分类:按照模具钢的工作温度及性能分：低耐热高韧性钢、中耐热韧性钢、高耐热性钢、特殊用途模具钢。

1).低耐热高韧性钢:常用钢种有：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。2).中耐热韧性钢:钢种有：4Cr5MoSiV(H11),4Cr5W2SiV（H12）, 4Cr5MoSiV1（H13）,4Cr4MoWSiV等。3).高耐热韧性钢:典型钢种主要有：3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V，5Cr4Mo2W2VSi，5Cr4W5Mo2V。3Cr2W8V的性能特点：3Cr2W8V用于热作模具已有70年历史，至今仍广泛使用，是我国产量最大的模具钢之一。用于压铸模、热挤压模、精锻模、有色金属成型模等。钢中的碳和合金元素Cr、W、V的含量正好是高速钢W18Cr4V的一半，故称“半高速钢”。高的W、V提高钢的热稳定性和耐磨性；较低的含碳量可保证一定的热疲劳抗力及塑性和韧性； Cr增加了钢的淬透性，80mm以下可以淬透。因大量合金元素的作用，合金的共析点左移，属过共析钢，组织为莱氏体，韧性较差。因为低碳，3Cr2W8V钢锻造性能较好。锻后进行球化退火。一般3Cr2W8V模具的淬火加热温度应在1050-1100℃范围内选取，以保证回火后塑性、韧性无明显降低。3Cr2W8V钢模具的回火温度可依照具体情况在560-630℃之间选择。因为大量钨和钒的作用，3Cr2W8V在回火时有明显的二次硬化效应，回火硬度的峰值在550℃左右出现。回火温度升至600℃以后，硬度很快下降。3Cr2W8V钢在使用温度不超过650℃时。在650℃以上使用时，钢的强度硬度迅速下降，导致模具软化变形。此外，3Cr2W8V钢高温时的塑性、冲击韧度和热疲劳抗力也比较低。

22.塑料模具的类型:可分为：渗碳钢、调质钢（预硬型钢）、冷作模具钢、耐蚀钢、马氏体时效钢。1)、渗碳钢:钢号：

10、20钢、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4、20Cr2Ni4等。特点：碳含量低，为0.1-0.2%。退火态硬度低，成形性好、切削性好。渗碳+淬火回火，表面硬度高、耐磨性好；心部韧性好。应用：主要用于冷挤压成形的塑料模。2)、调质钢（预硬型塑料模具用钢）:钢号：碳素调质钢（如45、50、55）、合金调质钢（如40Cr、4Cr3MoSiV）等。应用：调质处理后硬度30-40HRC。主要用于制造型腔复杂、精密的大、中型模具。3)、冷作模具钢（淬硬型塑料模具用钢）:钢号：碳素工具钢（如T7A、T10A）、低合金冷作模具钢（如9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢等）、Cr12型钢、高速钢、基体钢和某些热作模具钢等。应用：最终热处理一般是淬火和低温回火，热处理后的硬度通常在以上45-50HRC以上。主要用于负荷较大的热固性塑料模和注射模。4)、耐蚀钢:钢号：9Cr18、Cr18MoV、4Cr13，属高碳高铬耐蚀钢。主要由于抗腐蚀介质下使用。5)、马氏体时效钢:钢号：18Ni、25CrNi3MoAl。应用：该类型钢具有高强度、高韧性、淬火变形小等特点。主要用于制造高耐磨、高精度、型腔复杂的模具。

23.塑料模具的工作条件:分为热固性塑料模具;热塑性塑料模具.使用性能要求: 1)较高的硬度，好的耐磨性。型面硬度要求30-60HRC。2）一定的抗热性，可在150-250C长期工作。3）有一定耐蚀性。工艺性能要求: 1）热处理变形小，足够的淬透性。2）有优良的抛光、耐磨性，可镜面抛光。3）对切削成型模具，要求切削加工性能好。4）对冷成型塑料模，要求好的塑性加工性能，退火硬度低，塑性好，变形抗力低、冷作硬化弱。5）良好的焊接性、锻造性等。塑料模具的类型:

按生产方式可分为：注射成型、挤出成型、压延成型、压制成型。按模具的加工方法分：切削加工成型模具钢；冷压成型模具钢。

★★粘着磨损的机理：实际接触面积是表观面积的0.01~0.1%，表面压力大，瞬时温度高，润滑油膜、吸附膜或其他膜都将发生破裂，使接触峰顶产生粘着，随后，在滑动中粘着点又被破坏，就形成粘着——破坏——再粘着的交替过程。

影响粘着磨损的因素：①表面压力：T1（接触压应力小于材料硬度的1/3），磨损主要是通过氧化碎屑的脱落而产生的，属于轻微氧化磨损区；T1与T2之间为严重磨损区，磨屑尺寸增大，加厚，且多为金属屑；当载荷继续增大超过T2后，表面内摩擦增大而温度很高，可能发生相变，并形成白层，形成不易破碎的氧化膜，因而耐磨。② 材料性质：脆性材料比塑性材料粘着倾向小。塑性材料接点的断裂常发生在离表面较深处，磨损下来的颗粒较大；而脆性材料接点破坏处离表面较浅，磨屑呈细片状。③ 材料硬度：模具材料和工件材料的硬度相差越大，磨损越小；反之，磨损越大。提高耐粘着磨损性能的措施：① 合理选用模具材料：选与工件互溶性小的材料，减小亲合力，降低粘结的可能性。② 合理选用润滑剂和添加剂：润滑油膜一方面可防止金属表面直接接触，另一方面可减小摩擦，成倍提高抗粘着磨损的能力。③ 采用表面处理：采用表面处理改变摩擦表面金属组织结构，避免同类金属表面接触。

★★★冷挤压模：冷挤压是使金属在强大的近于静挤压力的产生塑性变形而形成制品或零件。1.工作条件：金属的冷挤压成形，受到强烈的三向压应力的作用，变形抗力大。模具不仅受到强大的挤压力作用，而且还受到坯料塑变流动的剧烈摩擦，冷挤压时产生较大的温升。2.失效形式：冷挤压凸模的失效形式主要是断裂、塑性变形及磨损；凹模的主要失效形式是胀裂及磨损。3．性能要求：冷挤压模必须具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模要求硬度为60-64HRC，凹模要求硬度为58-62HRC。由于冷挤压时产生较大的温升，所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。

★★★冷挤压模具工作零件对材料有何特殊要求？

答：在冷挤压过程中，需要承受外套的预压应力和挤压过程中的拉应力，凸模则承受巨大的压应力。工件在变形过程中所产生的热量也部分地被模具吸收，所以模具材料还需要具有一定地高温硬度和热稳定性。另外，模具表面往往回产生磨损和挤伤，从而造成模具零件尺寸和形状的变化，并且使模具零件表面粗糙度增大，使模具失效。★★★热挤压模：（1）工作条件：热挤压模主要承受压缩力和弯曲应力，脱模时还承受一定的拉应力，但冲击力不大。模具与炽热金属接触时间比锤锻模长，使其受热温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属时，工作温度高达600-800C。挤压过程中模具表面与坯料之间的摩擦较大。2）失效形式：热挤压模的主要失效形式是模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。（3）性能要求：热挤压模的尺寸一般比锤锻模小。因此，对热挤压模的性能要求主要有：a.高的热稳定性；b.良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；c.较高的高温强度和足够的韧性。

★★★热冲切模：热冲切模由切边凹模和凸模组成。在切边时凸模无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮。

（1）工作条件：由于是切边凹模完成剪切过程，因而凹模刃口与毛坯相摩擦，同时受到一定的冲击载荷。此外，刃口还受热而升温。（2）主要失效形式：刃口磨损、崩刃、卷边等。（3）性能要求：a.具有高的耐磨性，高的硬度及热硬性；b.为避免崩刃，应具有一定的强韧性；c.具有良好的工艺性。

★★★压铸模:是在高压下使液态金属压铸成型的一种模具。（1）工作条件:压铸模工作时与高温的液态金属接触，不仅受热时间长，而且受热温度比热锻模高（压铸有色金属时的温度达400-800C以上，压铸黑色金属时的温度可达1000C），同时承受很高的压力，此外还受到反复加热和冷却的作用以及金属液流的高速冲刷。（2）失效形式：疲劳开裂（龟裂）、气蚀、冲蚀磨损。低温合金的压铸以磨损失效为主。（3）性能要求:a.较高的耐热性和良好的高温力学性能；b.优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；c.良好的抗氧化性和耐蚀性；d.具有较高的淬透性。★★★简述冷冲模材料选用的一般原则。

答：①模具承受冲击负荷大时，应以韧性为主。②模具迫使金属沿型腔塑性流动的作用力大（即坯料变形抗力大）时，应以硬度和耐磨性为主；作用力小时，应以强度为主，并适当考虑韧性和耐磨性。③模具型腔复杂时，应以韧性和尺寸精度为主。④模具尺寸大时，应以整体强度、刚度和尺寸精度为主。⑤模具加工批量大时，应以硬度和耐磨性为主。

★★★拟定压铸模模的制造工艺路线：压铸模的制造工艺路线为：一般压铸模： 锻造 → 退火→

机械粗加工→稳定化处理→ 精加工成形→淬、回火 →钳修 →发蓝。形状复杂。精度要求高的压铸模：锻造 → 退火→

机械粗加工→调质→ 精加工成形→钳修→渗氮（或软氮化）→研磨抛光。

★★★模具的主要失效形式包括哪几种？模具失效分析的意义是什么？

模具的主要失效形式包括断裂、过量变形、表面损伤和冷热疲劳。失效分析的意义在于其结果能帮助：①正确选择模具材料；②合理制定模具制造工艺；③优化模具结构设计；④为模具新材料的研制和新工艺的开发等提供有指导意义的数据；⑤可预测模具在特定使用条件下的寿命。

★★★影响模具寿命的主要因素有哪些？

①模具结构设计；②模具制造质量；③模具材料；④模具的热处理质量与表面强化；⑤模具的使用。

★★★塑料模具材料的工艺性能要求有哪些？

①锻造性能；②机械加工性能；③焊接性能；④热处理工艺性能；⑤镜面抛光性能；⑥电加工性能；⑦饰纹加工性能。

★★★塑料模具钢——一：1塑料模具的失效分析：（1）磨损失效（2）塑性变形失效（3）断裂失效

2塑料模具钢性能要求：（1）较高的硬度好的耐磨性（2）一定的抗热性（3）对有腐蚀介质析出时要有一定耐蚀性

3塑料模具钢的分类及特点：按生产方式分：注射成型模、挤出成型模、压延成型模、压制成型模（前三类属于热塑性塑料模。最后一类属于热固定性塑料模）按加工方法分：切削加工成型模、冷压成型塑料模

4切削成型料模用钢的要求：：（1）经淬火及250度以上回火后且有足够的强度韧性、耐热、耐磨、抗蚀（2）切削加工性：模块退火后硬度一般不超过227HBS为宜，且基体组织细密、均匀、夹杂物少，在硬化状态下易于抛光成镜面。（3）锻造工艺性能：可锻温度范围宽，塑性好对锻后冷却速度不敏感，冷裂倾向及析出网状及带状碳化物的倾向轻微。（4）热处理工艺性能要求：有足够的淬透性（5）大，中型复杂型模具用钢应具备高的强韧性、淬火操作完全可靠，可以预硬化后加工成形，可以表面强化。5冷压成型塑料模用刚的要求：（1）退火状态塑性高，变形抗力低。（2）淬火后变形抗力高（3）含碳量不宜过多、以低碳钢（渗碳钢）为主。

第三篇：模具失效总结

1.1模具的相关定义、模具寿命的基本概念

模具：其是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备，是机械制造工业成型毛坯或零件的一种手段。模具寿命：模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前加工的产品的件数。制件报废：模具生产出的制品出现形状、尺寸及表面质量不符合其技术要求的现象而不能使用。

模具服役：模具安装调试后，正常生产合格产品的过程。

模具损伤：模具在使用过程中，出席那尺寸变化或微裂纹、腐蚀等现象，但没有立即丧失服役能力的状态。

模具失效：模具收到损坏，不能通过修复而继续服役。

早期失效：模具未达到一定工业技术水平公认的使用寿命就不能服役时。正常失效：模具经大量的生产使用，因缓慢塑性变形或较均匀地磨损或疲劳断裂而不能继续服役。

模具正常寿命：模具正常失效前生产出的合格产品的数目。

1.2模具失效形式基本概念

模具失效：在特定负荷作用下，具有特定形状的模具材料的失效

磨粒磨损:工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落。

粘着磨损: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。

疲劳磨损:两接触表面相互运动时，在循环应力的作用下，使表层金属疲劳脱落。

气蚀磨损:当模具表面与液体接触作相对运动时，接触处形成气泡，气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面形成微小麻点和凹坑。

冲蚀磨损:液体和固体微小颗粒高速落下，反复冲击到模具表面，局部材料流失，在金属表面形成麻点和凹坑。

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，再加上摩擦力的机械作用，引起表层材料脱落。断裂失效：模具在工作过程中出现较大裂纹或部分分离而丧失正常服役能力的现象。

韧性断裂：断裂前产生明显的宏观塑性变形，端口截面尺寸减少，有颈缩现象。脆性断裂：断裂前变形量很小，没有明显的塑性变形量，端口尺寸无明显变化，不产生颈缩。

沿晶断裂：裂纹沿多晶体晶界扩展分离产生的断裂，晶界上存在着脆性相、热裂纹、蠕变断裂、应力腐蚀等引起的断裂。

穿晶断裂：当材料韧性较差、存在表面缺陷、承受高的冲击载荷时，裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。

疲劳断裂：指在较低的循环载荷作用下，工作一段时间后，由裂纹缓慢扩展，最后发生断裂。

正断：断口的宏观表面垂直于最大正应力或最大正应变方向的断裂。切断：断口的宏观表面平行于最大切应力方向的断裂。

1.3模具的性能指标相关概念

模具材料抗失效性能指标三大类型：材料抵抗过量变形失效的性能指标、材料抵抗断裂失效的性能指标、材料抵抗表面损伤失效的性能指标。

材料抵抗抗过量变形失效的性能指标：弹性变形抗力指标和塑形变形抗力指标 弹性：材料产生弹性变形的能力，刚度：材料抵抗变形的能力。材料的刚度指标：弹性模量E和切应变模量G 材料的塑形变形：是指微观结构的相邻部分发生了永久性的位移，并不引起材料的破裂的现象，是不可逆转的变形。材料抵抗断裂失效性的性能指标：模具受载荷的性质，断裂形式分为一次断裂和疲劳断裂。当模具中的应力单调的增加并超过一定临界值时，材料就会迅速发生快速断裂，当模具承受高于一定临界值的交应变力作用时，经过相当多周次的服役后，材料会发生疲劳断裂。

正断抗力：衡量材料抵抗正断的性能指标。切断抗力：衡量材料抵抗切断的性能指标。低应力脆断：材料脆性断裂事先没有明显征兆，且在名义应力较低的情况下突然发生。

冲击韧度：可以反映了材料断裂过程中吸收能量的大小，包含了加载速度和缺口应力集中对材料断裂抗力的影响，是衡量材料脆性断裂抗力的重要指标。断裂韧性：是材料抵抗裂纹失稳扩展的抗力指标，表示材料所能承受的裂纹尖端的最大应力强度因子值。

疲劳：模具在循环应力的作用下经历过一定周期次数所发生的断裂失效。

低周疲劳:最大循环应力接近或高于材料的屈服强度，使材料的应力集中处等薄弱部位发生塑性变形，因而材料在每一周次的循环应力作用下，产生的一定幅度塑性变形，低周疲劳寿命较短，一般在10^2~10^5次的范围内。

冲击疲劳：冷镦模和锤锻模等在冲击载荷的多次作用下所发生的疲劳破坏。热疲劳：热作模具工作表面承受循环热负荷，使得表面材料发生循环胀缩变形，该变形受到外界的约束不能自由地进行时，使表面材料产生循环热应力，其反复作用将使模具表面多处产生沿晶和穿晶裂纹的现象。

材料粘着磨损的抗力指标：包括接触压力、摩擦速度、热点温度、润滑情况等。接触应力：两物体在压力作用下相互接触时，由于接触表面处的局部弹性变形所产生的应力。接触疲劳：承受冲击的模具，其工作表面的某些区域受较高接触应力的周期作用，经过一定的周次后，在这些区域中产生深度不同的小片或小块状剥落，造成便面上针状或豆状凹坑的现象。硬度：表达材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂能力的衡量材料软硬程度的一种力学性能。

布氏硬度：用一定大小的载荷，把淬火钢球或硬质合金球压入式样表面，保持规定时间后卸除载荷后，所计算的压痕的表面积与载荷的比值。洛氏硬度：采用压入硬度试验方法，测量压痕深度值的大小来表示材料的硬度值。1.4表面处理技术的相关概念

模具表面处理技术的目的：能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化、抗热粘着、抗冷热疲劳等性能，同是能使材料心部保持原有的强韧性。化学热处理：指将钢件置于特定的活性介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变表层的化学成分、组织，是表层具有与心部不同的力学性能或特殊的物理、化学性能的热处理方法。气相沉积技术：将含有形成沉积元素的气象物质输送到工件表面，在工件表面形成沉积层的工艺方法。

热喷涂技术：将涂层材料加热融化，以告诉气流将起雾化成极细的颗粒，并很高的速度喷射到事先准备好的工作表面上，形成涂层。

3.1模具的分类

1.2.3.4.按模具的加工材料的再结晶温度分：冷变形模具、热变形模具、温变形模具。按模具加工配料的工作温度分：热作模具、冷作模具、温作模具。按模具成型材料分：金属成型用模具、非金属成型用模具。

按模具的用途分：锻造模、冲击模、挤压模、拉拔模、压锻模、塑料模、陶瓷模、玻璃模、其他。

5.按模具成型工艺分：普通锻模：镦锻模、加热锻；挤压：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压；拉拔：拉丝、拔管；冲压；压铸；塑料成型：模压成型、挤压成型、注射成型。

6.按模具失效形式分：表面损伤、过量变形、断裂

3.2失效条件有哪些?

答：引起模具失效的因素有内因和外因。内因即材料方面，包括材料品质及加工工艺方面的各种因素;外因即环境方面，包括受载条件、时间、温度及环境介质多个因素。任何模具的失效都是在材料的强度、韧性与应力因素和环境条件不适应的条件下发生的。

3.3提高模具寿命的途径

答：提高模具寿命的途径有： ①合理地设计模具;②正确选材，开发模具新材料，改善原材料质量;③采用先进的热处理工艺，提高模具热处理质量;④保证加工质量，采用新的加工方法;⑤改进加工设备和工艺，合理使用，维护模具等。3.4模具失效的影响因素有哪些?

答：模具失效既有材料方面的因素也有环境方面的因素。材料方面原因为内因，包括材料品质及加工工艺方面的因素;环境方面的因素为外因，包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。任何模具的失效都是在材料的强度、韧性与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的。

3.5常用的表面处理技术有哪些?表面处理的目地？

答：常用的表面处理技术按其原理可分为：化学热处理、表面涂覆处理，表面加工强化处理。渗碳、渗氮、渗硼以多种元素共渗时属化学热处理；堆焊、镀硬络、超硬化合物涂层属表面涂覆处理；喷丸属表面加工强化处理。还有气相沉积技术、热喷涂技术、激光表面技术、电子束表面处理技术、离子注入技术等。

表面处理技术的目的是有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化、抗热粘着、抗冷热疲劳等性能，同时能使材料心部保持原有的强韧性。

3.6影响低周疲劳的因素，低周疲劳特点是什么?

答：低周疲劳的特点:最大循环应力接近或高于材料的屈服强度，他足以使材料的应力集中处等薄弱部位发生塑性变形，因而材料在每一周次的循环应力作用下，均产生一定幅度的塑性变形，低周疲劳寿命较短，一般在10^2~10^5次的范围内。

影响低周疲劳的因素: 应力集中的影响，表面状态的影响，尺寸因素的影响，材料本身的影响

3.7什么是模具的脆性断裂?影响脆性断裂的因素有哪些

答：模具的脆性断裂是指断裂前变形量很小，没有明显的塑性变形量，端口尺寸无明显变化，不产生颈缩。

影响脆性断裂的因素:取决于材料本身的性质和健全度以及模具的工作条件，如应力状态、工作温度、加载速度、环境介质等外界因素。

材料的性质和健全度：材料的正断抗力低，剪切屈服强度高时，起脆性断裂的倾向大，反之，不易发生脆性断裂。材料的体积尺寸越大，所包含的缺陷越多，正断抗力就越低。

应力状态：应力状态越软，材料发生韧性断裂的倾向越大，反之，应力状态越硬，材料倾向于脆性断裂。

工作温度： 温度在韧-脆转变温度以上是材料的性能变化不大，温度在韧-脆转变温度以下时材料处于脆性状态。

加载速度：加载速度在临界值以下时，材料的屈服强度升高，正断抗力变化不大，加载速度增加到临界值以上时，材料处于脆性状态。

3.8影响模具寿命的因素

答：影响模具寿命的因素有：

① 内在因素 主要指模具的结构、模具的材料和模具的加工艺。

1)模具结构 合理的模具结构能使模具在工作时受力均匀，应力集中小，也不易受偏载。

2)模具材料 材料的成份、组织、质量及性能对模具的使用寿命有较大的影响。3)模具的加工工艺 其包括模具毛坯的锻造、零件的切削加工、电加工和热处理等。

② 外在因素 包括模具的工作条件和使用维护、制品的材质和形状大小等。

模具的工作条件包括被加工坯料的状况，锻压设备的特性及工作条件，模具工作中的润滑、冷却剂使用维护状况。

3.9模具材料抗失效的性能指标

答：模具材料抗失效的性能指标： ① 材料抵抗过量变形失效性能指标，其主要有弹性变形抗力指标和塑性变形抗力指标。

1)材料抵抗弹性变形的性能指标主要是弹性模量和切变模量。

2)材料抵抗塑性变形的性能指标是材料的硬度值，在外力作用下，模具整体或局部产生的应力大于模具材料屈服点的应力值。

② 材料抵抗断裂失效性能指标的分为快速断裂抗力指标和疲劳断裂抗力指标。

1)材料抵抗快速断裂的抗力指标为正断抗力和切断抗力。

2)材料抵抗疲劳断裂的抗力指标为平均应力，应力半幅，应力比、疲劳极限。

3.10模具磨损形成原理

答：磨损分为:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。

磨粒磨损:工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工件与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落。

粘着磨损: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。

疲劳磨损:两接触表面相互运动时，在循环应力的作用下，使表层金属疲劳脱落。

气蚀磨损:当模具表面与液体接触作相对运动时，接触处形成气泡，气泡破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面形成微小麻点和凹坑。

冲蚀磨损:液体和固体微小颗粒高速落下，反复冲击到模具表面，局部材料流失，在金属表面形成麻点和凹坑。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，再加上摩擦力的机械作用，引起表层材料脱落。

3.11模具影响粘着磨损与疲劳磨损的因素

答：

影响粘着磨损的因素:

① 材料性质:材料的塑性越好，粘着磨损越严重;② 材料硬度:模具材料和工件材料硬度相差越大，则磨损越小。③ 模具与工件表面压力:粘着磨损量随表面接触压力增大而增加。

④ 滑动摩擦速度:滑动速度在一定范围内，温度上升有利于抗粘着磨损，超过这一范围则使粘着磨损增加。

影响疲劳磨损的因素:

① 材料的冶金质量:钢材中的气体含量，非金属夹杂物类型、大小、形貌和分布状态是影响疲劳磨损的重要因素。

② 材料的硬度:硬度增加，强度增加，抗疲劳能力增加，但硬度高于一定值时抗疲劳磨损能力降低。

③ 表面粗糙度:表面粗糙度越小，接触面积越大，有利于提高抗疲劳磨损的能力。

3.12模具按加工坯料的工作溫度分类，锤锻模受热情况

答：按模具加工坯料的工作温度分： ①热作模具 高温下进行加工;②冷作模具 常温下进行加工;③温作模具 介于以上两者之间。

锤锻模的受热: ①锻前预热 模具在使用前先要进行预热

②与坯料接触的 在工作中与炽热坯料接触进一步被加热

③变形热.和摩擦 坯料变形以及与型腔表面摩擦所产生的热量有一部分被模具吸收。

3.13冷挤压模具分类

答：冷挤压模分为四种类型:

① 正挤压 金属坯料的流动方向与凸模运动方向相同 ② 反挤压 金属坯料的流动方向与凸模运动方向相反

③ 复合挤压 金属坯料的流动方向一部分与凸模运动相同，另一部分与凸模运动方向相反

④ 径向挤压 金属坏料的流动方向垂直于凸模运动方向 3.14模具材料性能分类，其工艺性能包含什么?使用性能包含什么?

答：模具材料的基本性能包括使用性能和工艺性能。

其使用性能包括:

① 强度 模具材料的强度是模具抵抗失效最重要的性能，常用屈服强度、抗拉强度、断裂韧度 作为模具设计的重要指标。

② 冲击韧度和冲击功 其是衡量模具承受冲击载荷或冲击能量能力的指标。

③ 硬度 是指材料抗外部物体压入的能力。

④ 耐磨性 是指材料抗磨损的能力。一般，强度或硬度及韧性越高，材料耐磨性越好。

⑤ 耐蚀性 是指材料抗周围介质腐蚀的能力。

⑥ 热稳定性 是指在高温下，材料保持其组织、性能稳定的能力。⑦ 耐热疲劳 是指高温下，材料承受应力频繁变化的能力。

其工艺性能包括:

① 锻造工艺性能 是指材料对锻造工艺的适应性。② 切削加工工艺性能 是指材料加工的难易程度。

③ 热处理工艺性能 是指材料在热处理时，获得所需组织、性能的难易程度。

④ 淬透性 是指材料在一定条件下进行淬火，获得淬透层深度的能力。

4.1冲裁模失效分析

冲裁是利用冲裁模在压力机上使板料分离的一种冲压工艺，依靠冲裁模刃口，使板料分离，它既可以直接冲压出所需的零件，又可以为其他冲压工艺制造毛坯。板料分离过程分为四个阶段，即弹性变形阶段、塑性变形阶段、萌生裂纹阶段、裂纹扩展分离阶段。完成分离后，上模上行，一次冲裁过程结束。

模具刃口受力分析：弹性变形阶段凸、凹模的端面收正压力，塑性变形阶段开始，由于凸模已伸入板料中，而板料的中间部分已伸入凹模刃口内，产生了侧压力，同时，由于凸凹模与板材发生相对运动，产生摩擦力。由于凸、凹模之间存在间隙，冲裁时两模受到的力不在同一直线上，所以板材还受转矩的作用，使板材发生穹弯和翘曲。板材变形后使得凸模刃口和凹模刃口与板材的接触面积变小。凸、凹模刃口边缘产生应力集中，且所受冲击力大。

冲裁模的主要失效形式：冲裁时，使分离板料，受力主要集中于刃口附近，因此它的正常失效形式为磨损，且主要是粘着磨损，同是伴生着磨粒磨损，冲裁过程不停循环，时间过长会产生疲劳磨损。有凸、凹模受力分析可知，刃口处磨损最严重，且与凸、凹模的工作行程中可以知道，凸模比凹模磨损得更快。

影响冲裁模失效的主要因素：

① 冲裁间隙

间隙的大小影响凸、凹模刃口对板料的作用力合力的距离，影响板材剪切过程的进行，同时也对凸、凹模的刃口的应力情况产生影响。小间隙时，不利于剪切过程的进行，刃口已发生啃模的现象，刃口处的应力增大，加剧凸、凹模的磨损，易造成模具的早期失效。大间隙时，板材转矩增大，摩擦力增大，刃口处所受拉应力增大，也会加剧模具刃口磨损。② 压边状态 冲裁过程中由于间隙的存在，凹凸模刃口作用力会形成转矩，造成板料弯曲和翘曲以及坯料相对于凹模端面滑动，部分材料被拉进凹模内，板料塑性增加，所需冲裁力也增加，落料的外轮廓尺寸变大，由于回弹，落料将胀着凹模内，在卸料过程中，严重摩擦凹模，而剩余板料则套在凸模外，在卸料过程中，强烈磨损凸模。

提高冲裁模寿命的措施：

1、尽量采用大间隙，降低冲裁力，避免啃模和不均匀磨损；

2、采用弹性卸料板，可提供一定的压边力，从而降低冲裁力以及板材对冲头和凹模的摩擦磨损；

3、采用导向装置，保证工作状态的均匀间隙，克服刃口的不均匀磨损；

4、增加凸模刚度，增加其抗偏载能力；

5、选取耐磨性好的模具材料，且凸模材料的耐磨性应选得比凹模材料的耐磨性好；

6、采用表面强化技术，提高模具表面的耐磨性；

7、超前维修，避免凸凹模间隙不均而产生附加弯矩及防治磨损沟痕处产生裂纹，提高模具寿命。

4.2断裂抗力指标？如何判别正断、切断？脆断、韧断？

答：根据模具所受载荷的性质，断裂形式分别为快速断裂和疲劳断裂。当模具中的应力单调地增加并超过一定临界时，材料便会迅速发生快速断裂；当模具承受高于一定临界值得交变应力作用时，尽管其最大应以低于材料屈服点，经过多次重复服役后，材料会发生疲劳断裂。

指标：模具的疲劳断裂是在交变载荷的作用下发生的，实际中常采用疲劳极限作为疲劳断裂失效的抗力指标。

断裂抗力指标：工程上采用Sk作为衡量材料抵抗正断的性能指标，称为正断抗力；用Tk作为衡量材料抵抗切断的性能指标，称为切断抗力；模具材料对塑性变形的抗力，实质上是剪切屈服强度，用Ts表示。① 当载荷增大，使得最大正应力值卡与正断抗力，而自始自终最大切应力小于剪切屈服强度时，材料发生正断，断裂前无塑性变形，是脆性断裂。② 当载荷增大，先使最大切应力大于剪切屈服强度，然后使最大切应力大于切断抗力，而自始至终最大正应力小于正断抗力时，材料先发生塑性变形，然后发生切断，是韧性断裂。③ 当载荷增大，先使最大切应力大于剪切屈服应力，继而使最大正应力大于正断抗力，然而最大切应力小于切断抗力指标时，材料先发生塑性变形，然后发生正断，是韧性断裂。

什么是韧性断裂：断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂过程中吸收较多的能量，一般是在高于材料屈服应力条件的高能断裂。

什么是脆性断裂: 断裂前的变形量很小，没有明显的塑形变现量。断裂过程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允许应力条件下的低能断裂。或者是在单调增加的载荷作用下，材料尚未发生宏观的塑性变形就发生的正断，这种现象就是脆性断裂。4.3锤锻模失效分析

锤锻模是在模锻锤上使用的热成型模具。锤锻模上模与锤头固定，下模与工作台的模座固定，工作时上模随锤头向下运动，与下模合模过程中成型模锻件。其工作过程中的机械负荷主要是冲击力和摩擦力，热负荷主要是交替受加热和冷却。

受力分析：其工作过程中受力性质复杂，主要包括，冲击力，模锻锤的吨位越大，产生的冲击力越大；压力，模具型腔受坯料变形的反作用，是型腔表面承受很大的压力；内应力，受模具型腔结构形状的影响，模具的不同部位会产生不同状态的内应力，模具结构形状越复杂的部位，其应力状态也比较复杂。

锤锻模的主要失效形式：

模锻有变形和成型双重功能，只有在高温下才能实现材料的变形和成型，坯料温度较高，模具易软化，产生塑性变形，同时易氧化，产生氧化磨损，也易发生热疲劳。且下模与高温坯料接触时间长，使下模较上模易失效。

模锻锤是冲击施力设备，速度大，动能大，锻模所受的冲击力很大，容易引起应力集中，而造成塑性变形和断裂。且，冲击力大，模具中的裂纹扩展快，易失效。

模锻时坯料整体发生塑性变形，坯料与模具型腔表面发生相对运动产生摩擦，针对其高温高压的工作换将，模具与坯料易发生强烈的摩擦磨损，同时发生粘着磨损、热疲劳磨损、氧化磨损，若锻件的氧化皮没有清除时，也会发生磨粒磨损。型腔中水平面和凸台易发生塑性变形侧面易出现磨损。

锤锻是，型腔经受高温坯料的一次急热，锻件取出后，对型腔喷冷却水，模具型腔经受一次急冷，在急热急冷的循环热应力作用下，模具会出现疲劳磨损与疲劳裂纹，并导致开裂。型腔深处以及燕尾的凹圆角半径处易萌生裂纹，导致断裂。

影响锤锻模寿命的主要因素

1、锻件

锻件材料强度高，变形抗力大，模具受力大，寿命低；锻件质量增大，所需的打击力和打击功增大，机械负荷增大模具寿命低；锻件形状，圆饼类中的较复杂形状锻件的锻模寿命低，长轴类中的直长轴锻件的锻模寿命高。

2、锻模：锻模硬度，型腔硬度、强度低，易产生磨损和塑性圆角半径变形，硬度过高又易萌生裂纹，导致开裂。型腔深度：型腔越深，充填困难，模具寿命低；圆角半径：过小的凸圆角很易引起应力集中，萌生裂纹。承击面积：承击面积小，单位面积的冲击力增加，模具易断裂。

3、模锻工艺：采用制坯、预段工序，可减少坯料在终锻型腔中的变形量，减小变形力和摩擦，模具寿命高。

4、设备吨位：吨位过大，寿命低，吨位太小，寿命也低。

5、使用过程：预热温度高，模具在锻造中温度偏高，强度下降，易产生塑性变形。预热温度低，模具始锻造时，瞬间表面温度变化大，热应力大，易萌生裂纹。

提高锤锻模寿命的主要措施：

1、根据锻模大小合理选取模具硬度；

2、根据模具的形状的复杂程度，合理选取模具材料；

3、对模具型腔表面进行表面强化，提高表面的强度、耐磨性，有效提高模具寿命；

4、正确使用与维护。要锻前预热，控制工作节奏，避免模具温度升的过高，在锻造过程中经常将模具型腔涂冷却剂和润滑剂，休息时对模具保温，使用结束后模具应缓冷，模具使用一段时间后，应卸下进行去应力退火，并提前修模。

第四篇：冲压模具课程设计

前言

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压模具是冲压生产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。

我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在飞行器钣金件、高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

因此我们在学习完《飞机钣金成形原理和工艺》等模具相关基础课程后，安排了模具设计课程设计，以帮助我们掌握模具设计的过程，为以后参加工作打下基础。

设计内容

一、零件的工艺性分析

图1 零件图

1）零件的尺寸精度分析 如图1所示零件图，该零件外形尺寸为R11，19；内孔尺寸为R3，6，均未标注公差，公差等级选用IT14级，则用一般精度的模具即可满足制件的精度要求。

2）零件结构工艺性分析 零件形状简单，适合冲裁成形。

3）制件材料分析 制件材料为45钢，抗剪强度为432～549Mpa，抗拉强度为540～685Mpa，伸长率为16%。适合冲压成形。

综合以上分析，得到最终结论:该制件可以用冲压生产的方式进行生产。但有几点应注意：

1）孔与零件左边缘最近处仅为2mm，在设计模具是应加以注意。2）制件较小，从安全方面考虑，要采取适当的取件方式。

3）有一定批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。

二、工艺方案的确定

由零件图可知，该制件需落料和冲孔两种冲压工艺，设计模具时可有以下三种方案：

方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔、落料连续冲压，采用级进模生产。方案三：落料和冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案一采用单工序模生产，模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件年产20万件的需求，而且要考虑第二套模具中工序件的定位问题，操作不便。

方案二采用级进模生产，可有效地提高生产效率，但连续模制造和设计难度大，费用高，用于生产该制件达不到经济性要求。

方案三采用复合模生产，亦有很高的生产效率，复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔两道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，能较好的满足该制件内孔与外形同心的要求。

通过对比，故采用方案三，比较适合该零件。

三、模具结构形式的确定

（一）模具类型及卸料方式分析

因制件材料较薄，为了保证制件的平整度，所以采用正装式复合模，即凸凹模安装在上模，这样，从模柄中穿入导杆可以直接把嵌在凸凹模里的废料从刃口中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料可以用弹性卸料板卸料；冲孔凸模与落料凹模安装于下模，用顶件器带动卸料板顶出制件。

（二）模具定位方式分析

在模具设计中，抛弃了传统的销钉定位，而是把凸凹模和凹模分别在上、下模座定位，上、下模座的定位沉台在制造时是和导柱、导套固定在一起加工完成的，这样保证了上、下模工作零件的同轴度，从而达到保证零件尺寸精度的目的。同时没有使用销钉，也使模具的维修方便了很多，即使多次拆卸也能保证零件的精度不变。

四、工艺设计与计算

（一）制件排样与材料利用率计算

采用单排直排有废料排样，如图2所示。

由文献【1】表3-17查得制件间搭边值a=0.8mm，侧搭边值a1=1mm,则送料步距L=19+0.8=19.8；条料宽度B=22+1+1=24；经计算制件面积S=284.73mm2，一个步距的材料利用率为：

η=S/(BL)×100%=284.73/(24 ×19.8)×100%=59.92%

图2 排样图

由文献【2】表4-1冷轧钢板的尺寸，选板料规格为1200mm×600mm×1mm，剪裁条料时采用横裁法，于是条料尺寸为24mm×600mm。

每板条料数n1=1200/24=50(条)；

每条制件数n2=(600-0.8×2)/19.8=30(件)； 每块板制件数n3= n1×n2=50×30=1500(件)材料总利用率η=1500×284.73/（1200×600）=59.3﹪

（二）冲压力的计算

冲裁力可按以下公式[1]计算：

F=KLtτ

kp，式中：t—材料厚度（mm）； L—冲裁件周长（mm）；τ已知K=1.3, t=1 mm；查文献【2】表4-12得τ

kp

kp

--材料抗剪强度（Mpa）。

kp

=432～549，取τ=500；经计算得外形周长L1=67.57mm，内孔周长L2=30.85mm。所以

落料冲裁力 F1= KL1tτ冲孔冲裁力 F2= KL2tτ

kp

=1.3×67.57×500×1=43.92kN =1.3×30.85×500×1=20.05 kN

kp推件力和卸料力可用以下经验公式[ 1]进行估算：

F推件=nK推F F卸料=K卸F 式中：F—冲裁力；n为同时卡塞在凹模内的零件数，一般为3～5；K推—推件力系数；K卸—卸料力系数。查文献【1】表3-15得，K推=0.055，K卸=0.04～0.05，所以

F卸料=K卸F1=0.04×43.92=1.7568 kN F推件=nK推F2=5×0.055×20.05=5.51 kN 由于该制件模具采用弹性卸料装置，所以总冲压力的计算公式为： F总= F1+F2+F卸料+F推件=43.92+20.05+1.7568+5.51=71.24 kN(三)初选压力机

根据总压力71.24 kN,查文献【2】表4-33开式压力机的主要技术参数，初选压力机型号规格为J23-10，其主要参数如下：

公称压力：100 kN 滑块行程：45mm 最大闭合高度：180mm 最大装模高度：145mm 工作台尺寸：370mm×240mm 模柄孔尺寸：∅30mm×55mm(四）计算压力中心

该制件图形较规则，上下对称，故采用解析法求压力中心较为方便。建立如下图所示坐标系。

1x

设压力中心为（x0,y0）,因为上下对称，所以y0=0，只需求x0，又因为内孔为轴对称图形，所以只需考虑外形。经计算得L1=15.1mm,L2=52.47mm,x2=3.165, x1=-8。根据合力矩定理得

所以，压力中心为（0.72，0）。

（五）计算凸凹模刃口尺寸

本制件形状简单，可按分别加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差 δp和δp必须满足不等式[ 1]：

δp+δd≤Zmax-Zmin。

根据制件的材料和厚度,由文献【3】表2-14 汽车、拖拉机等行业冲裁模初始双边间隙值，查得 ：

Zmax=0.140mm,Zmin=0.100mm；

根据制件的基本尺寸和厚度，由文献【3】表2-19 汽车、拖拉机等行业简单形状制件凸、凹模的制造偏差，查得：

落料部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020 冲孔部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020 验证制造偏差是否合格：

δp+δd =0.02+0.02=0.04 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04 所以，δp+δd=Zmax-Zmin=0.04，合格，可以采用该公差值。

由于零件图未注公差，为了降低工作难度，所以在实际生产中按照IT14等级确定制件各尺寸公差，查文献【3】附录一 标准公差数值和表2-17 磨损系数x得：

落料部分：尺寸R11，公差为0.43mm，取x=0.5；

尺寸19，公差为0.52mm，取x=0.5；

冲孔部分：尺寸R3 ,公差为0.25mm，取x=0.5；

尺寸6，公差为0.3mm，取x=0.75。

1）落料 尺寸R

Dd=(Dmax-xΔ

=(11.215-0.5×0.43=

Dp=(Dd-Zmin=(11-0.100= 尺寸 Dd=(Dmax-xΔ=(19.26-0.5×0.52=

Dp=(Dd-Zmin=(19-0.100=

2)冲孔 尺寸R dp=(dmin+xΔ=(2.875+0.5×0.25=

dd=(dp+ Zmin=(3+0.100=

尺寸 dp=(dmin+xΔ=(5.85+0.75×0.3=

dd=(dp+ Zmin

五、模具结构设计

（一）凹模设计

=(6.075+0.100=

因制件形状简单，轮廓近似圆形，且总体尺寸不大，选用整体式圆形凹模较为合理。因制件精度较低，厚度较小，由文献【2】表3-5 冷冲模工作零件的材料及热处理要求，选用9Mn2V为凹模材料。

1)确定凹模厚度H值:由凹模厚度经验公式[4]估算：

H=K1K

2式中，F—冲裁力，N；K1—凹模材料修正系数，合金钢取1，碳素钢取1.3；K2—凹模刃口周边长度修正系数。

本例中冲裁力F=43.92kN；凹模材料为合金钢，故K1取1；凹模刃口周边长度为67.57mm，查文献【4】表3-34凹模刃口周边长度修正系数，得K2=1.12，所以

H=K1K2

=1×1.12×

=19.06mm 2)确定凹模周界尺寸D：根据条料宽度B=24mm,材料厚度t=1mm,由文献【4】表3-33，查得凹模孔壁厚c=22mm。所以 D=2R+2c=22+266mm 由文献【2】表5-45 圆形凹模板尺寸，可查到较为靠近凹模周界尺寸为63mm×20mm，故凹模周界尺寸取为63mm×20mm。其结构图如图3所示。

图3 凹模

（二）其他冲模零件设计

据以上确定的凹模周界尺寸，查文献【2】表5-5 复合模圆形厚凹模典型组合尺寸，可得其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。

1)卸料板 标准编号JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×8mm,结构图如图4所示。

图4卸料板

2)凸凹模固定板 标准编号JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×12mm，结构图如图5所示。

图5凸凹模固定板

3)顶件块 非标准件，尺寸根据凸、凹模尺寸确定，结构图如图6所示。

图6顶件块

4）凸凹模

凸凹模采用直通式结构，固定部分简化为圆形，因采用弹压卸料，所以凸凹 模长度按下式[6]计算

L=h1+h2+t+h 式中，h1—凸凹模固定板厚度，mm；h2—卸料板厚度，mm；t—材料厚度，mm；h—增加长度。它包括凸凹模修磨量、凸凹模进入凹模的深度（0.5～1mm）、凸凹模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取10～20mm。

本例中，h1=12mm，h2=8mm，t=1mm，h取14mm，所以凸凹模长度 L=h1+h2+t+h=12+8+1+14=35mm

凸凹模结构图如图7所示。

图7 凸凹模 5)凸模

凸模亦采用直通式，固定部分简化成圆形，长度L=19.5mm,其结构图如图8所示。

图8 凸模

（三）选择模架

由凹模周界尺寸63mm×20mm及模架闭合高度110mm，查文献【2】表5-8滑动导向后侧导柱模架规格，选用后侧导柱模座,其主要参数如下：

上模座 63mm×63mm×25mm(GB/T2855.5-1990)； 下模座 63 mm×63mm×30mm(GB/T2855.6-1990)； 导柱 16mm×110mm×30mm(GB/T2861.2-1990)； 导套 16mm×50mm×23mm(GB/T2861.6-1990)。模架具体结构尺寸，参照文献【5】表4-6后侧导向模柱、表3-38导柱和表3-39导套设计。

（四）模柄设计

本例采用凸缘模柄，尺寸与模柄孔配做。

六、校核压力机安装尺寸

模座外形尺寸为63mm×63mm，闭合高度为110mm，J23-10型压力机工作台尺寸为370mm×240mm，最大闭合高度为180mm，故此压力机能满足要求。

七、绘制装配图

图9 装配图

结束语

钣金冲压成形课程设计是我们在大学期间的一门重要课程，是对我们将理论应用于实践能力的考核。通过这次课程设计我加深了对冲压成形的理解，掌握了模具设计的基本方法，很好地巩固了以前所学的知识，相信对我将来从事工作将有很大帮助。在本设计过程中，各位老师和同学们给予我大量的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。

由于个人水平有限，在设计中难免出现错误和不足，还请老师批评指正。

致谢

经过两周的忙碌和工作，本次课程设计终于完成了，作为一个本科生的课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的帮助，想要完成这个设计是很难的。

在这里首先要感谢郭拉凤和张春元老师。他们平日里工作繁多，但在我做课程设计的整个过程中都给予了我悉心的指导。我的装配图较为复杂，但是郭老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他们严谨的治学态度和科学的研究精神也是我学习的榜样，并将对我今后的学习和工作产生积极影响。

其次要感谢和我一起作课程设计的谢现龙同学，在本次设计中他给了我极大的帮助。

然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次课程设计才会顺利完成。

参考文献

【1】翟平.飞机钣金成形原理与工艺.西安：西北工业大学出版社，1995 【2】史铁梁.模具设计指导.北京: 机械工业出版社，2006 【3】孙京杰.冲压模具设计与制造实训教程.北京：化学工业出版社，2009 【4】康俊远.冲压成型技术.北京:北京理工大学出版社.2008 【5】王立人.冲压模设计指导.北京:北京理工大学出版社.2009 【6】李奇涵.冲压成形工艺与模具设计.北京：科学出版社，2007

第五篇：冲压模具论文

引言

在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。因此，如何在保证质量、控制成本的前提下缩短模具开发周期是值得认真考虑的问题。

模具开发周期包括模具设计、制造、装配与试模等阶段。所阶段出现的问题都会对整个开发周期都有直接的影响，但有些因素的作用是根本的、全局性的。笔者认为，人的因素及设计质量就是这样的因素。因此科龙模具厂采取了项目管理、并行工程及模块化设计等管理上及技术上的措施，以提高员工积极性并改善设计质量，最终目的是在保证质量、成本目标的前提下缩短模具开发周期。

1模具开发的项目管理实施方法

项目管理是一种为了在确定的时间范围内，完成一个既定的项目，通过一定的方式合理地组织有关人员，并有效地管理项目中的所有资源（人员、设备等）与数据，控制项目进度的系统管理方法。

模具之间存在着复杂的约束关系，并且每套模具的开发涉及到较多种岗位、多种设备。因此需要有负责人保证所需生产资源在模具开发过程中能及时到位，因此需要实施项目负责制。另外，项目负责制的实施还便于个人工作考核，有利于调动员工积极性。

模具厂有冲模工程部与塑模工程部。冲模工程部管辖四个项目组，塑模工程部为三个。模具任务分配方式以竞标为主，必要时协商分配。每个项目组设有一个项目经理、约两个设计员、四个工艺师和四个左右的钳工，工艺师包括模具制造工艺与数据编程人员。而其它的各种生产设备及操作员的调度由生产部的调度员统筹安排。如果项目组之间有资源需求的冲突而调度员不能解决时由厂领导仲裁。

厂内员工可通过竞职方式担任项目经理，选拔项目经理有三项标准：（1）了解模具开发的所有工序内容；（2）熟悉模具开发过程中的常见问题及解决方法；（3）有较强的判断和决策能力，善于管理和用人。

项目管理的内容之一就是要确定项目经理应担负的职责。本厂项目经理的职责有：（1）负责组织项目组在厂内竞标、承接新项目；（2）负责与客户交涉，包括确定产品细节、接受客户修改产品设计的要求、反映需要与客户协商才能解决的问题；（3）检查产品的工艺性，如果产品工艺性存在问题，则向客户反馈；（4）制定具体的项目进度计划；（5）负责对承接项目的全过程、全方位的质量控制、进度跟踪及内外协调工作；（6）负责完成组内评审及对重大方案、特殊结构、特殊用途的模具的会审；（7）负责组内成员的工作分配、培训及考核；（8）对组内成员的过失行为负责；（9）负责在组内开展 “四新”技术的应用与技术攻关项目的立项、组织、实施等各项工作；（10）及时解决新模具在维修期内的各项整改及维修。

厂领导根据项目完成的时间、质量与成本考核项目经理。然后由项目经理考核项目组内员工，使责、权、利落实到每一位员工，有效调动了员工积极性并显著减少以前反复出现的问题。模具开发的并行工程实施方案

并行工程是缩短产品开发周期、提高质量与降低成本的有效方法。实施并行工程有助于提高产品设计、制造、装配等多个环节的质量。并行工程的核心是面向制造与装配的设计（DFMA）[1]。在模具开发中实施并行工程就是要进行产品及模具的可制造性与可装配性检查。

笔者为模具厂提出并实施了如图1所示并行工程实施方案。IMAN是基于统一数据库的PDM系统，基于IMAN集成各种CAX及DFX工具，并利用IMAN的工作流模型实现了设计过程的集成。基于统一的产品三维特征模型，设计员利用CAD工具进行模具设计；工艺师利用CAM功能进行数控编程及CAPP进行工艺设计；审核者利用CAE功能进行冲压或注射成型过程模拟，利用DFX工具进行可制造性与可装配性分析。以上工作可以几乎同时进行，而且保证了产品及模具的相关尺寸的统一与安全。这就使审查时重点检查模具的方案和结构。基于统一数据库，各种职能的人可以看到感兴趣的某侧面的信息。

DFMA工具的开发是并行工程的工作重点之一。在以往的DFMA方法研究与系统实现中[2]，DFMA工具被动地对CAD输出的产品特征进行评价，而不能在CAD系统产生具体产品特征前即在概念设计阶段加以指导，使CAD系统要经过多次设计―检查―再设计循环才能求得满意解。为此科龙模具厂开发了集成CAD系统的DFMA工具。DFMA的工作过程可分两个阶段。第一阶段是，DFMA输出概念设计方案到CAD，这个方案具有最少的零件数量；第二阶段是，而CAD系统输出设计特征模型，经过特征映射后将制造特征模型输入到DFMA工具进行可制造性与可装配性分析。通过这种途径使DFMA知识库得到尽早利用，为缺乏知识的CAD系统把握方向。

通过对产品与模具的可制造性与可装配性的检查，就从源头消除了后续工序可能遇到的困难，大大减少出现缺陷和返工的可能性。模具的模块化设计方法与系统研究

缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性，而实现产品的标准化与组合化。大量实践表明，模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。因此本文探索在模具设计中运用模块化设计方法。

3.1模具模块化设计的特点

模具的零部件在结构或功能上具有一定的相似性，因而有采用模块化设计方法的条件，但目前模具设计中应用模块化设计方法的研究报道还很少见。与其它种类的机械产品相比，模具的模块化有几项明显特点。

3.1.1模具零件的空间交错问题

模具零件在三维空间上相互交错，因此难于保证模块组合后没有发生空间干涉；难于清晰地进行模块划分。

笔者采取以下办法来克服这个问题：（1）利用Pro/E（或UGII等三维软件）的虚拟装配功能检测干涉；（2）按结构与功能划分相结合。模块划分就是部件划分并抽取共性过程。结构相对独立的部件按结构进行划分，设计出所谓的结构模块；而在空间上离散或结构变化大的部件则按功能划分，设计出所谓的功能模块。这样划分并进行相应的程序开发后，结构模块的结构可由结构参数为主，功能参数为辅简单求得；而对于功能模块，可由功能参数为主，结构参数为辅出发进行推理，在多种多样的结构形式中做出抉择。

3.1.2 凸凹模及某些零部件外形无法预见

某些模具零件（如凸凹模）的形状和尺寸由产品决定因而无法在模块设计时预见到，所以只能按常见形状设计模块（如圆形或矩形的冲头）,适用面窄；某些模具零件（如冲压模的工件定位零件）虽然互相配合执行某一功能，但它们的空间布置难寻规律与共性，因此即使按功能划分也不能产生模块。

笔者认为，模块化是部件级的标准化，而零件标准化可视为零件级的模块化。两个级别上的标准化是互相配合的。因此，要开发零件库并纳入模块库，以弥补模块覆盖不全的缺憾。当零件必须逐个构造时，一个齐全的便于使用的零件库对提高效率很有帮助。

3.1.3 模具类型与结构变化多

模具可有不同的工序性质，如落料、冲孔等；有不同的组合方式，如简单模、连续模等；还有不同的结构形式，种类极其繁多。因此，必须找到适当途径，使较少的模块能组合出多种多样模具。

为此，笔者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三维软件）的参数化设计功能及用户自定义特征功能的基础上进行二次开发，使模块具有较大“可塑性”，能根据不同的输入参数可产生较大的结构变化；（2）分层次设计模块。用户可调用任一层次上的模块，达到了灵活与效率两个目标。使用小模块有灵活多变的优点，但效率低，使用大模块则相反。

3.2 模具模块化设计的实施

为了实施模块化设计，并证明以上方法的可行性，笔者基于Pro/E二次开发，开发出一套模具模块化CAD系统。系统分两大部分：模块库与模块库管理系统。

3.2.1 模块库的建立

模块库的建立有三个步骤：模块划分、构造特征模型和用户自定义特征的生成。标准零件是模块的特例，存在于模块库中。标准零件的定义只需进行后两步骤。

模块划分是模块化设计的第一步。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本[3]。每一类产品的模块划分都必须经过技术调研并反复论证才能得出划分结果。对于模具而言，功能模块与结构模块是互相包容的。结构模块的在局部范围内可有较大的结构变化，因而它可以包含功能模块；而功能模块的局部结构可能较固定，因而它可以包含结构模块。

模块设计完成后，在Pro/E的零件/装配（Part/Assembly）空间中手工建构所需模块的特征模型，运用Pro/E的用户自定义特征功能，定义模块的两项可变参数：可变尺寸与装配关系，形成用户自定义特征(User-Defined Features，UDFs)。生成用户自定义特征文件（以gph为后缀的文件）后按分组技术取名存储，即完成模块库的建立。

3.2.2 模块库管理系统开发

系统通过两次推理，结构选择推理与模块的自动建模，实现模块的确定。第一次推理得到模块的大致结构，第二次推理最终确定模块的所有参数。通过这种途径实现模块“可塑性”目标。

在结构选择推理中，系统接受用户输入的模块名称、模块的功能参数和结构参数，进行推理，在模块库中求得适用模块的名称。如果不满意该结果，用户可指定模块名称。在这一步所得到的模块仍是不确定的，它缺少尺寸参数、精度、材料特征及装配关系的定义。

在自动建模推理中，系统利用输入的尺寸参数、精度特征、材料特征与装配关系定义，驱动用户自定义特征模型，动态地、自动地将模块特征模型构造出来并自动装配。自动建模函数运用C语言与Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT开发而成。UDFs的生成方法及参数驱动实现自动建模的程序见参考文献[4]。

通过模块的调用可迅速完成模具设计。这个系统在本厂应用后了模具设计周期明显缩短。由于在模块设计时认真考虑了模块的质量，因而对模具的质量起基础保证作用。模块库中存放的是相互独立的UDFs文件，因此本系统具有可扩充性。总结

由于采取了上述措施，科龙集团某一新品种空调的模具从设计到验收只需三个月就完成了，按可比工作量计算，开发周期比以前缩短了约1/4，而且模具质量和成本都有所改善，明显增强企业竞争力。