模具寿命及材料作业

第一篇：模具寿命及材料作业

模具寿命及材料作业

一、名词解释

1、模具寿命

2、模具服役

3、模具磨损失效

4、模具断裂失效

5、模具损伤

6、模具失效

二、问答题

1、要使产品的成本v下降为什么要考虑产品批量与模具寿命的匹配关系？

2、为什么平面应变的塑性区小于平面应力状态？那种受力状态容易断裂？为什么？

3、影响模具寿命的基本因素有哪些？其中最主要的因素是什么？为什么该因素是主要因素？

4、试述合金元素在钢中的主要作用。

5、cr12型钢适应制作什么模具？为什么要进行锻造加工？其最终热处理工艺有几种？为什么要进行多次回火？ 6、3cr2w8v属何钢种？有什么特性？如制作压铸模、精锻模、其热处理工艺有什么不同？为什么？

7、为什么马氏体时效钢具有优异的强韧结合？某热作模具的服役温度为550。C，？为什么？

8、试分析5CrMnMo;5CrNiMo钢的合金化，热处理工艺特点，为什么具有高韧性和低耐热性，上述两种钢适应制作什么模具？

9、钢结合金和硬质合金有什么共同点与不同点？其主要性能、特点如何？适应制作什么模具？在什么情况下才采用？

10、Bi-Sn 低熔点合金适应制作什么模具？有什么优缺点？

11、模具表面化学热处理强化和表面镀覆强化有什么区别？

12、Zn-Al22合金适应制作什么模具？成型后的热处理起什么作用？

13、简述冲裁模、拉深模、锤锻模的主要失效形式及提高寿命的主要措施？

14、要使我国的模具制造技术赶超国际先进水平，应从那些方面努力？

三、计算题

用探伤手段测得模具内有2.4mm的裂纹（I型）若材料的应力强度K1C为1600N*mm-3/2，求模具能承受的最大应力。如模具在600MPa的应力下工作，裂纹的平均扩展速率为2*10-3 mm/件，求模具剩余寿命。

模具寿命与失效习题（1）2011.3 一、单项 选择题 ：在每小题的备 选答案中选出 一个正确 答 案，并将正确答案的 代码填在题于 上的 括号 内。(每题 2 分，本大题 共 30 分)1.气蚀磨损和冲蚀磨损是疲劳磨损的一种派生形式，易在（D）和压铸模中修复出现。(P22)A、冲裁模 B、热锻模 C、挤压模 D、注塑模

2.模具在使用过程中，由于发生塑性变形改变了几何形状或尺寸，而不能通过修复继续服役的现 象称为（B）。(P23)B、塑性变形失效 C、磨损失效 D、断裂失效

A、过量弹性变形失效

3.断口的宏观特征为断口截面尺寸减小，有缩颈现象，这种断裂称为（A）。(P24)A、韧性断裂 B、脆性断裂 C、沿晶断裂 D、穿晶断裂

4.冷拉深模的失形式主要是（C）。(P30)A、磨粒磨损 B、疲劳磨损 C、粘着磨损和磨粒磨损 D、冲蚀磨损

5.金属坏料的流动方向与凸模的运动方向相反的挤压为（B）。(P31)A、正挤压 B、反挤压 C、复合挤压 D、径向挤压

6.断口的宏观分析是用肉眼、（A）或低倍立体显微镜观察和分析断口的形貌。(P40)A、放大镜 B、扫描电子显微镜 C、透射电子显微镜 D、电子探针

7.磨粒磨损的主要特征是摩擦表面上有（B）。(P17)A、金属转移 B、擦伤、划痕 C、麻点、凹坑 D、贝壳状凹坑

8.模具经大量生产使用，因缓慢塑性变形或均匀磨损或疲劳而不能继续服役时，称为模具的（A）。A、正常失效 B、早期失效 C、误用失效 D、磨损失效(P11)

9.按经济法观点，误用失效的责任应由模具（D）承担责任。(P16)A、制造者 B、保管者 C、运输者 D、使用者

10.模具的表面损伤主要包括（C）、接触疲劳、表面腐蚀等。(P16)A、表面氧化 B、表面突起 C、表面磨损 D、表面粗焅

11.发生粘着磨损，致使摩擦副之间不能相对运动的现象称为（D）。(P19)A、涂抹 B、擦伤 C、撕脱 D、咬死

12.在 成 型 过 程 中，材 料两 向 受 压，一 向 受拉，通 过 模 具 的 模 孔 而成 型，获 得 所 需 形 状 尺寸 的型 材、毛坯或零件。这种工艺称为（C）。(P5)A、挤压 B、冲压 C、拉拔 D、压铸

13.在再结晶温度以下使材料发生变形的模具称为（C）。(P5)A、冷作模具 B、热作模具 C、冷变形模具 D、热变形模具

14.工 件 表 面 的 硬突 出 物或 外 来 硬 质 颗 粒 存在 于工 件 与 模 具 接 触 表面 之间，刮 擦 模 具 表 面，引起 模具材料表面脱落的现象称为（A）。(P17)A、磨粒磨损 B、粘着磨损 C、腐蚀磨损 D、氧化磨损

15.一般情况下，塑料注射模的温度变化较急剧，易产生（D）。A、氧化 B、脱碳 C、蠕变 D、热疲劳裂纹

填空题： 每空2 本大题共20 20分 二、填空题：(每空2分，本大题共20分)1.冷变形模具工作时，被加工材料会产生，使塑性变形抗力增大。

2.两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的现象称为疲劳磨损或 麻点磨损。(P21)3.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，则磨粒磨损量越 大。(P18)4.模具材料和工件材料硬度相差越，则粘着磨损越小。

5.发生疲劳断裂时，韧性材料断口具有 纤维状 特征，脆性材料断口具有 结晶状 特征。(P27)6.压铸铜合金模具使用寿命远 低于 压铸铝合金。(P36)7.当塑料模具热处理时，由于回火不足，组织中仍有较多的残余奥氏体，在服役温度下残余奥氏 体将转变为，从而产生相变内应力，这也是引起模具开裂的因素。模具失效。(P10)

8.模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时称为

9.影响模具寿命的内在因素主要指模具的结构，模具的 材料 和模具的加工工艺。(P10)

40）

三、简答题：（每小题 8 分，本大共 40）简答题： 1.简述疲劳磨损的特点。(P21)答 ： 疲劳磨损裂纹一般产生在金属的表面和亚表面内，裂纹扩展的方向平行于表面，或与表 面成10°～30°的角度，只限于在表面层内扩展。疲劳磨损没有一个明显的疲劳极限，寿命波动很大。疲劳磨损除受循环应力作用外，还要经受复杂的摩擦过程，可能会引起 表面层一系列物理化学变化以及各种力学性能与物理性能变化等，所以工作环境比整体 疲劳更复杂更恶劣。

2.简述模具失效分析的意义。(P38)答： 对模具进行失效分析的主要目的是为了避免或减少同类失效现象的重复发生，延长模具 的使用寿命，以利提高经济效益。、、模具失效分析的任务就是判断模具失效的性质，分析模具失效的原因，并提出防止或延迟模具失效的具体措施。

3.简述磨损对塑性变形的促进作用。(P28)答：模具局部磨损后，会带来承载能力的下降以及易受偏载，造成另一部位承受过大的应力而产 生塑性变形。

4.简述锤锻模的基本失效形式。(P33)答： 锤锻横基本失效形式有:

型腔部分的模壁断裂、型腔表面热疲劳、塑性变形、磨损及锤锻模燕尾的开裂.5.简述金相显微镜观测在失效分析中的作用。(P42)答： 金相显微镜是失效分析中常用的手段，如加工工艺(铸造、锻造、焊接、热处理、表面处

理 等)不 当 或 工 艺 路 线 不 当 造 成 的 非 正 常 组 织 或 材 料 缺 陷，都 可 以 通 过 金 相 检 验 鉴 别 出 来。对于腐蚀、氧化、表面加工硬化、裂纹特征，尤其是裂纹扩展方式(穿晶或沿晶)，都可从金相检验得到可靠的信息。

四、问答题(10 分)1.计论压力铸造的工作条件及压铸铝合金时模具的失效形式。(P36)答：（1）压力铸造模(简称压铸模)是在压铸机上用来压铸金属铸件的成型模具。压铸模的型

腔表面主要承受液态金属的压力、冲刷、侵蚀和高温作用，每次压铸脱模后，还要对型 腔表面进行冷却、润滑，使模具承受频繁的急热、急冷作用。（2）铝合金制件的压铸模失效形式主要是粘模、侵蚀、热疲劳和磨损。当模具型腔结构 复杂并存在应力集中时，模具也会在热负荷和机械负荷的共同作用下出现断裂失效。

模具寿命与失效习题（2）2011.3 一、单项选择 题 ：在每小题 的备选答案中 选出一个 正确答案，并将正确答 案的代码填在 题于上的 括号 内。(每题 2 分，本大题 共 20 分)1.利用扭转实验可以测定材料的（D）。(P61)A、弹性极限σe B、屈服极限σs C、延伸率δ D、切变模量 G

2.材料抵抗弹性变形的能力称为（C）。(P61)A、强度 B、硬度 C、刚度 D、韧度

3.材料产生塑性变形能力的衡量批标是（D）。(P61)A、抗拉强度σb B、屈服强度σs C、断裂韧度 KIc D、延伸率δ

4.洛氏硬度试验的优点是（C），可对工件直接进行检验。(P69)A、压痕大 B、操作麻烦 C、操作简便 D、重复性高

5.试验表明，冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于（D）。(P74)A、强度 B、硬度 C、刚度 D、塑性

6.属于材料工艺性能的是（C）。(P101)A、耐磨性 B、耐热性 C、淬透性 D、冲击韧性

7.在高碳钢中，回火马氏体的断裂韧度低于（）。(P)A、下贝氏体 B、上贝氏体 C、渗碳体 D、菜氏体

8.金属材料的弹性模量 E 和切变模量 G 主要受温度和材料（B）的影响。(P45)A、合金化 B、截面形状和尺寸 C、冷变形 D、热变形

9.在高温下，材料保持其组织、性能稳定的能力称为（）。(P)A、热稳定性 B、耐热疲劳性 C、高温强度 D、热硬性

10.热处理加热温度过低容易产生的缺点是（B）。(P111)A、硬度过高 B、硬度不足 C、淬火裂纹 D、氧化、脱碳

填空题： 每空2 本大题共20 20分 二、填空题：(每空2分，本大题共20分)1.弹 性模 量 E 表 示材 料受 拉 伸作 用，内 部为 拉应 力 时，产 生 单 位正 应变 所 需正 应力 的 大小。(P44)2.造成疲劳断裂的根本原因是循环应力中的 交变应力。分量 σ а(P53)

3.材料发生塑性变形的根本原因，是由于在外力作用下，模具整体或局部产生的应力值大于材 料 屈服点 的应力值。(P45)4

4.整体式的模具不可避免地存在凹圆角半径，易造成 应力集中，并引起开裂。(P84)5.受载模具的应力状态软性系数 α 值越大，表示应力状态越软，材料发生 韧性 断裂的倾向越大。(P47)6.强度较低，内部又有许多缺陷的灰铸铁，其疲劳缺口敏感度 7.采用可靠的导向装置是保证模具 刚度 的重要措施。(P87)8.在其他条件相同的情况下，冲压设备速度越高，模具寿命越 下降。(P93)9.热处理工艺不当，例如：淬火加热温度过高，或高温停留时间过长，回火温度 偏低 等，都会 使模具零件产生脆性。(P112)10.引起磨 削加 工缺陷 的主 要原 因有： 磨削量 织不匹配，冷却不利。(P108)太大，砂轮 太钝； 砂轮 磨粒 粗细与 工件材料组。

三、名词解释 ：（每小题 5 分，本大共 10 分）1.组合式模具(P84)解： 组 合 式模 具 是把 模具 在 应 力集 中 处分 割 为两 部 分 或几 部 分，再 组合 起 来 使用 的 模具。采 用 组 合式 模 具可 避 免应 力 集 中和 裂 纹的 产 生。

2.过热(P110)解：由于加热温度过高、保温时间过长及炉内温度不均匀等，引起模具钢晶粒粗大的现象称为

过热。

四、简答题 ：(每小题 8 分，本大题共 40 分)1.简述布氏硬度的优点及应用。(P68)答 ： 布氏硬度试验的优点是压痕面积较大，其硬度值能反映材料在较大区域内各组成相的平

均性能。因此，布氏硬度检验最适合测定灰铸铁、轴承合金等材料的硬度。压痕大的另 一优点是试验数据稳定，重复性高。

2.简述马氏体的类型和亚结构对材料断裂韧度的影响。（P96）答：板 条 马 氏 体主 要 是位 错 亚 结构，具 有 较高的 强 度 和塑 性，裂 纹扩展 阻 力 较大，呈 韧 性断

裂，因 而 断裂 韧 度较 高；针 状 马 氏体 主 要是 孪晶 亚 结 构，硬 度 高而 脆性 大，裂 纹扩 展 阻 力 小，呈准 解 理或 解 理断 裂，因而 断 裂韧 度 较低。5

3.简述降低应力磨粒磨损的主要措施。（P57）答 ： 在低应力磨粒磨损条件下，材料的磨损量与接触压力成正比，与材料的硬度成反比。这

要求模具钢具有高的硬度和耐磨性，应提高钢中碳和合金元素的含量，并经过适当的热 处理，使其显微组织在高强度的基体上均匀分布有更硬的碳化物或氮化物相。

4.简述模块采用锻造工艺的目的。(P103)答： 模块采用锻造工艺的目的主要是为了改善材料内部缺陷，获得模块所需要的内部组织和

使用性能，并使模块获得一定的形状和尺寸。

5.简述磨削加工质量对模具零件性能的影响。(P108)答：在 磨 削 过 程 中，由于 局 部 摩擦 生 热，容 易引 起 磨 削烧 伤 和磨 削 裂纹 等 缺 陷，并 在 磨削 表面 生 成 残 余 拉应 力，造 成 对零 件 力 学性 能 的影 响，甚 至 成 为导 致 零件 失 效的 原 因。

五、问答题(10 分)1.产生热处理裂纹的原因有哪些？(P110)答：模具预处理组织不良、碳化物偏析严重、冷加工应力过大、淬火操作不当、模具本身形状

复杂薄厚不均等，都可能导致产生淬火裂纹。淬火裂纹将使模具报废，不易发现的裂纹将引起摸具的早期断裂。常见的裂纹有纵向裂纹、横向裂纹和表面裂纹。

模具寿命与失效习题（3）2011.3 填空题： 每空2 本大题共30 30分 一、填空题：(每空2分，本大题共30分)1.激光表面处理的目的是改变工件及化学成分和 显微结构，从而提高工件的表面性能。（P195）2.冷作模具在工件时，一般承受较大的冲击载荷和挤压力，刃口或作表面产生剧烈的摩擦和。

3.高 碳 低 合 金 冷 作 模 具 钢 一 般 采 用 淬 火 + 低 温 回 火 处 理，获 得 回 火 马 氏 体 基 体，弥 散 分 布 少 量。这种组织强度高、韧性好，有一定的耐磨损性能。中，在工 件表 面发 生一 系列 物理 和化 学反 应，取出 冷

4.热浸 镀是 将工 件浸 在熔 触的 液态 金属

却后表面形成所需的金属镀层。（P187）5.火焰线材喷涂法由于熔触微粒所携带的热量不足，致使涂层与工件表面以 机械 结合为主，一 般结合强度 偏低。（P193）6.钴结硬质合金的成分主要由碳化钨、碳化钛为 硬质相，以 金属钴 为粘结相构成。（P163）7.热作模具钢除一般要求好的室温强韧性外，还应具有一系列高温性能，如高温强度、热疲劳抗力、抗氧化性和抗热熔损性能。8.对 塑料 模具钢的性能要求是：热处理工艺简便，热处理变形小或不变形，预硬状态的切削加 工性能好，镜面抛光性能和图案蚀刻性能优良，表面粗糙度低，使用寿命长。（P128）9.在 65Nb 中，铌的作用之一是能生成稳定的 65NbC、并可溶入 MC 和 M2C 碳化物中，增加其稳定 性，使碳化物在淬火加热时溶解缓慢，阻止 晶粒长大，使晶界呈弯曲状。（P134）10.电 镀是 指在 直 流的 作用 下，电 解 液中 的 金 属 离 子 还原 沉积 在 金属 表面 而 形成 一 定性 能的 金 属镀层的过程。（P184）11.模具在渗氮前一般要进行 以获得 组织。、12.电刷镀工艺灵活，操作方便，不受镀件形状、尺寸、材质和位置的限制。（P186）

二、名词解释 ：（每小题 5 分，本大共 20 分）1.粉末高速钢 答：

2.电刷镀（P185）答 ： 电刷镀是在可导电工件(或模具)表面需要镀覆的部位快速沉积金属镀层的新技术。

3.物理气相沉积(P191)答：物理气相沉积是用物理方法把欲涂覆物质沉积在工件表面上形成膜的过程，通常称为

PVD(Physical Vapour Deposition)法。4.渗碳(P175)答 ： 渗 碳 是 把 钢 件 置 于 含 有 活 性 碳 的 介 质 中，加 热 到 850一 950℃，保 温 一 定 时 间，使 碳

原子渗入钢件表面的化学热处理工艺。工件经渗碳后其表面硬度和耐磨性大大提高，同时由于心部和表面的碳含量不同，硬化后的表面获得有利的残余压应力，从而进一步提高渗碳工件的弯曲疲劳强度和 接触疲劳强度。

三、简答题（每小 题 8 分、本大题 40 分）1.简述 GM 钢的特点及应用范围。(P138)答 ： GM钢的冷、热加工和电加工性能良好，热处理工艺范围比较宽。GM钢的硬化能力接近高速钢 而 强 韧 性 优 于 高 速 钢 和高 铬 工 具 钢。GM钢 是 制作 精 密、高 效、耐 磨 模具(如 冲 裁、冷 挤、冷 镦、冷剪和高强度蠊栓滚丝轮)的理想材料。

2.简述粉末烧结模具材料。(P129)答 ：粉末烧结模具材料是应用粉末冶金的方法制得的。与传统的熔铸法制得的模具钢相比，具

有硬度高、耐磨、耐腐蚀等特点。主要应用于拉丝、冷镦、冷冲、冷挤压等模具，可适应 高强度、高压力负荷、高摩擦、有腐蚀介质及高温工作条件。3.简述镀铬的优点及应用。(P184)答：电镀铬 镀 铬层 有良 好 的 耐蚀 性。根 据镀液 成 分 和工 艺 条件 的 不同，镀铬 层 的硬 度 可在 400

— 1200HV内 变 化。在 低 于 500℃ 下 力 Ⅱ 热，对 镀 铬 层 的 硬 度 无 影 响。镀铬 层 的 摩 擦 系 数 低，尤 其 是 干摩 擦 系数 是 所有 金 属 中最 低 的，因 此有 很 好 的耐 磨 性。① 防 护、装 饰性 镀铬 层 厚 度为 o.5μ m，广 泛 用 于汽 车、白 行 车、钟 表、日 用 五金 等。

②镀硬铬

硬度高，摩擦系数低，耐磨性好，耐蚀性好且镀层光亮，与基体结合力较强，可用作冷作模具和塑料模具的表面防护层，以改善其表面性能。镀层的厚度达0.3-0.5mm，可用于尺寸超差模具的修复。镀硬铬是在模具上应用较多的表面涂镀工艺。③松孔镀 铬 若 采 用松孔镀铬，使 镀层表 面产生许多微细 沟槽和 小孔以便吸附、储存润

滑油，这种镀层具有良好的减摩性和抗粘着能力。例如，在3Cr2W8V钢制压铸模的型腔表 面镀上0.025mm厚的多孔性铬层，可提高使用寿命1倍左右。8

4.如何提高冷作模具材料的耐磨性？(P123)答 ： ②耐磨性

耐磨性是冷作模具钢基本性能要求，除影响模具使用寿命外，还影响产品匪 的尺寸精度和表面粗糙度。影响耐磨性的因素很复杂，对于一定条件下工作的冷模具钢而言，为了得到高的磨损抗力，需要在高硬度马氏体基体上弥散均匀分布的细小合金碳化物。因此 含 Cr、W、Mo 和 V 等合金元素的高碳钢，热处理后有高的耐磨损性能。在保持硬度的同时，提 高钢 的强 度和 韧性 对提 高耐 磨性 也是 有益 的。少量 残余 奥氏 体的 存在(<10％)匪 对耐磨

性没有什么影响，甚至是有益的。降低钢中非金属夹杂物含量对耐磨性有利。为了提高模具 的耐磨性，常采用各种表面强化方法。

5.简述激光非晶化及其优点。(P195)答 ： 激光非晶化

激光非晶化是利用激光使工件表面熔化及快速冷却的工艺方法，在工件表

面上形成厚度为1-10 μ m 的玻璃态非晶化组织，这种非晶组织具有高强度、高韧性和高的 耐磨性。

四、问答题（10 分）1.试述新型塑料模具钢的种类及用途。（P129）答： 根据化学成分和特殊性能，新型塑料模具钢 可分为：

① 预硬调质型

718钢可视为P20钢的改良型。H13钢是典型热作模具钢。

这类钢广泛用于制造大、中型精密注塑模。② 预硬易切削型 属于此类型钢的有5NiSCa、SMl和8Cr2S等。

这类预硬易切削塑料模具钢适用于大、中型注塑模的制造。③ 时效硬化型 属于此类钢的有25CrM3MoAl、PMS、SM2和06Cr闻6MoVTiAl钢等。

这类钢很适于制作高精度塑料模，还可在软化处理至低硬度后，用作冷挤成型法制造 复杂型腔模具。④冷挤压成型型 属于此类钢的只有LJ和8416两个钢号。

适用于需要重复制造型腔或浅型腔的塑料模具。可以降低成本，提高生产率。

第二篇：模具寿命与材料试卷与答案

部分答案

1、简述模具材料对模具寿命的影响，总结模具选材的主要原则。答：1）从模具的使用来看，根据模具的工作状况，选用具有适当的强度和韧性匹配的模具，从而使模具寿命最高；通过适当地热处理与表面处理，使模具内部韧性高、模具表面强度高和耐磨性高，能有效地提高模具的整体性能及寿命。2）主要原则：

（1）使用性能足够；（2）工艺性能良好；（3）供应上能保证；（4）经济性合理。

2、改进和优化模具结构设计的基本作用是什么? 举例说明其对模具寿命的影响？

3、分析拉深模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 答： 1）工作条件：拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态如课本图 7-8 所示。拉深载荷通过凸模圆角部位传给工件，工件外面部分通过凹模端面与压边圈之间向内流动。成形过程中，工件给凸模圆角半径部分压力F＇4，及摩擦力F4，给凹模圆角半径压力F＇3及摩擦力F3，给压力圈压力F＇1和摩擦力F1，给凹模端面压力F＇2和摩擦力F2.2）主要失效形式：拉深模凸模、凹模和压边圈工作部分没有锋利的尖角，模具零件受力不像冲裁模那样局限在很小范围内，同时凸凹模间隙一般都比板材厚度大，模具较少出现断裂和塑形变形失效。但拉深模工作时，板材与凹模和压边圈产生相对运动，存在很大的摩擦，因此拉深模的主要失效形式为磨损，在磨损形式及机理上，主要表现为粘着磨损。3）

4）材料的选用：根据坯料材质的不同，选用与其亲和力小的模具材料。一般来说，坯料为钢板，模具材料应选用有色金属，反之，坯料为有色金属，模具材料则选用钢和铁。（1）对于圆形件，小批量，可选T8/T10/45钢：（2）对于中批量的中小件，选MnCrW、crWV;（3）对于形状不规则的中小件，选Cr12MoV；（4）对于小件大批量，选硬质合金；

（5）对于大型拉延模、汽车覆盖件模，可选铸铁。

4、选择锤锻模具材料和确定其工作硬度的依据是什么?

p142

5、从工艺性能和承载能力角度判断下列钢号属于哪类冷作模具钢： 7Cr7Mo2V2Si（LD1钢）、Crl2MoV（高耐磨钢）、Cr4W2MoV（高碳中铬钢）、GCrl5（高碳低合金钢）、9Crl8（耐蚀冷作模具钢）、W6Mo5Cr4V2（高速钢）、5Cr4Mo3SiMnVAl（基体钢——012Al钢）、6CrNiSiMnMoV（GD钢——高韧性低合金钢）、9Cr6W3Mo2V2（GM钢）、65Cr4W3Mo2VNb（基体钢——65Nb钢）。

6、选择塑料模具材料的依据有哪些? 请为下列工作条件下的塑料模具选用材料。(1)高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模具；(2)耐腐蚀、高精度塑料模具。

7、针对型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，选材时主要考虑哪些因素？现有T12A和3Cr2Mo（P20）两种材料，请选择最合适的材料，并说明理由？ 参考答案： 1）考虑因素：

（1）首先满足材料的使用性能足够原则；

（2）考虑材料的工艺性能：如型腔的加工性能；（3）防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形； 2）合适材料是3Cr2Mo（P20）钢。

3Cr2Mo（P20）钢是预硬型塑料模具钢。该钢预先经过了预硬化处理（调质处理），具有较好的综合力学性能和加工性能，保证了模具的精度和使用性能要求，加工后直接使用，不需要再进行热处理。

T12A钢属高碳工具钢，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需进行热处理，由于模具型腔复杂，易产生淬火变形，不适合制作此类模具。

8、选择压铸模具材料的主要依据有哪些? 答：根据压铸摸具的工作条件、性能要求、失效形式和模具要求、预期寿命进行选择： 1）工作条件（2分）

模具温升高和反复加热和冷却作用：工作时与高温液态金属接触，受热时间长，受热温度高(压铸有色金属时,温度达400-800℃；压铸黑色金属时,温度可达1000℃以上)；高的压力(20-120MPa)及金属液流的高速冲刷作用；

2）主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。低温合金压铸，以磨损失效为主（2分）3）主要性能要求：（2分）

(1)较高的耐热性和良好的高温力学性能；(2)优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；(3)良好的抗氧化性和耐蚀性；(4)较高的淬透性。4）常用的压铸模用钢（4分）

以钨系、铬系、铬钼系热作模具钢为主。要求不高时，可用合金工具钢或合金结构钢，如40Cr、4CrSi、30CrMnSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo；要求较高时，采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi、4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB、3Cr3Mo3W2V、3Cr2W8V钢等，其中4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V、4CrSMo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB钢是压铸模常用钢

9、分析厚板冲裁模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 某接触簧片级进模具凸模用W6Mo5Cr4V2钢制造，寿命只有1000件左右，且主要表现为脆断，请给出改进措施？

答：1）工作条件：

冲裁模具的工作部位是刃口。冲裁时，刃口受到弯曲和剪切的作用，还要受到冲击。同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。2）主要失效形式：

冲裁模具的主要失效形式是刃口磨损。有时存在不均匀磨损和凸模折断、凹模局部掉块现象。3）性能要求

高的硬度和耐磨性，足够的抗压、抗弯强度；对于厚板(板厚>1.5mm)，还应具有良好的强韧性；

4）材料选用：选材主要考虑材料的强韧性和高耐磨性。（1）对小批量生产，选T8A、9SiCr、5CrW2Si等钢种；

（2）对大批量生产，选用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢制作凸模，用Crl2MoV或Crl2Mo1V1钢制作凹模；

（3）当传统钢种韧性不足，易断裂时，可选用新型模具钢，如LD、65Nb、012Al、GD、CH-1等钢种。

5）改进措施：用W6Mo5Cr4V2钢制造，发生断裂，说明材料的韧性不足。（1）选用新型模具钢，如GD等改善韧性；

（2）热处理工艺采用低温淬火、分级淬火、等温淬火，提高韧性；（3）采用韧性较好的材料，辅以表面处理技术如渗硼、渗金属等。

10、模具表面处理的目的是什么? 模具表面处理常用的方法有哪些? 某M8螺帽冷作模具，选Cr12钢制造，采用常规淬火、回火工艺处理，使用寿命只有3 000次左右，且发现模具型腔表面磨损严重，有粘模现象，请提出改进措施

11、何谓时效硬化型塑料模具钢? 简述其性能及应用特点? 答：时效硬化型塑料模具钢是指一类低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蚀塑料模具用钢。这类钢经固溶处理+失效处理后，具有高的强度、硬度，高的抗腐蚀性和高的加工精度。常用钢种：

① 25CrNi3MoAl：属低碳低镍时效硬化型塑料模具钢，我国自行研制开发，主要特点是：钢中碳和镍含量低，价格远低于马氏体时效钢，适用普通和高精密和各种塑料模具.②18Ni类钢：属低碳马氏体时效型模具钢，%C极低,目的是为改善钢的韧性。依据屈服强度可分为1400，1700，2100MPa三个级别。

18Ni类钢主要用于制作精度高、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具

③ 06Ni6CrMoVTiAl（06钢）和10Ni3CuAlMoS(PMS)属新型塑料模具钢，具有良好的加工性能和综合力学性能，制品表面粗糙度低，应用越来越广泛。热处理工艺特点及应用： 分两个步骤，1)固溶处理，将钢加热至高温，使合金元素充分溶入奥氏体； 2)时效处理，使模具达到所需的力学性能。①碳含量低、合金元素含量较高，经固溶处理后为单一组织的过饱和固溶体，处于软化状态。②较低温度时效处理后，固溶体中能析出细小弥散的金属化合物，使模具钢的强度和硬度大大提高，此过程中，尺寸和形状变化极小。③抛光性和表面刻蚀性良好。

应用：适合制作强度和韧性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要求较高的塑料模具，以及透明塑料模具等。

12、模具表面处理的目的是什么? 模具表面处理常用的方法有哪些? 某钨合金热挤压模具，用传统工具钢制造，挤压温度在1320℃以上时，只能进行1次作业，模具被严重磨损，且挤压材料因表面被合金化而变质，请给出改进措施？

13、选择塑料模具材料的依据有哪些? 请为下列工作条件下的塑料模具选用材料：(1)形状简单，精度要求低、批量不大的塑料注射模具；(2)大型、复杂、产品批量大的塑料注射模具。对某些高速成型的塑料制品模具，工作时模具表面的工作温度短时间内会达到400℃，请选择模具材料，说明原因？ 6、13题第1问

答：

1、根据模具服役条件和质量要求选择模具材料

（1）模具型腔表面要求高硬度、耐磨，而心部具有较好韧性的塑料模具，可选用渗碳型塑料模具钢制造。如尺寸较小且型腔不太复杂时，可选用淬透性相对较小的渗碳型塑料模具钢，如20、20Cr钢等；对于尺寸较大、型腔复杂的塑料模具，可以选用淬透性较好的渗碳型塑料模具钢，如12CrNi3A、12CrNi4A等。

（2）模具型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，为防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形，保证模具的精度和使用性能，选用预硬型塑料模具钢。如40Cr、3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1钢等。

（3）以玻璃纤维做填充剂的注射模具，要求较高的硬度、耐磨性、抗压强度、韧性、抛光性和电加工等综合行能，为防止模具型腔表面过早磨损或局部变形，可选用整体淬硬型塑料模具钢，如T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1和Cr12Mo等，也可选用25CrNi3MoAl、18Ni、06Ni6CrMoVTiAl（06 Ni钢）等时效硬化钢。（4）聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃树脂等为原料的塑料制品，成型过程中会分解出腐蚀性气体，对模具产生腐蚀性作用，可选用耐蚀性塑料模具钢。常用的有 9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可选用普通材料制作模具，再进行镀铬或其他耐腐蚀的表面处理。

（5）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形状精度高、型腔复杂，以及具有镜面抛光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽车灯罩、汽车仪表盘、电视机、电话机外壳等，选用能获得高硬度的超纯净钢。PMS、06Ni和18 Ni等时效硬化钢是较理想的材料，预硬化型钢P20系列、5NiSCa和8Cr2S等，镜面抛光性中等，也可选用。

（6）高速成型的塑料制品，其模具表面的工作温度短时间内会超过400℃。为保证模具的使用精度，防止塑料制件在脱模后由于温度过高而变形，模具材料应该具有良好的导热性能，可选用铍青铜或高强度铝合金来制造。

（7）塑料制件形状越复杂，模具型腔的加工越困难,须选用加工性能好和热处理变形小的模具材料；塑料制件越大，型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此时模具材料最好选用易切削钢；塑料制件较小时，模具型腔体积小，切削量和切削力通常也较小，所以小型模具往往可以选用预硬化型塑料模具钢。

（8）若要求塑料模具的交货时间越短越好，采用铸造尤其是精密铸造方法制造塑料模是缩短加工周期的好方法，此时可选用特别适合于精铸成型的铝合金或锌合金。对于钢制塑料模，若选用易切削预硬化钢，也可以大大缩短制模周期。

2、根据塑料制品的生产批量选择模具材料

（1）生产批量较小时，为降低模具造价，可选用较普通的材料，如铝合金、锌合金、碳素钢及合金结构钢等来制造模具；

（2）生产批量较大时，应根据模具工作条件和对模具质量的要求来选材，一般选用高级优质的塑料模具钢。6、13题第2问

具体选材依据（4分）

(1)形状简单，精度要求低、批量不大的塑料模；选普通材料如碳素钢或合金钢等，例45，40Cr(2)高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模；选用预硬型塑料模具钢。如3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1钢等

(3)大型、复杂、产品批量大的塑料注射摸；选PMS、06Ni和18 Ni等时效硬化钢或预硬化型钢P20系列。

(4)耐蚀、高精度塑料模具；常用9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可选用普通材料制作模具，再进行镀铬或其他耐腐蚀的表面处理。10、12题第1问

模具主要依靠型腔表面进行工作，模具的失效80％以上为表面损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等。

对模具型腔表面进行处理，可以提高其表面硬度，改变表层化学成分和组织，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐腐蚀性等。不仅可以有效地延长模具的使用寿命，降低生产成本，而且还能提高被加工件的表面质量。

表面处理方法很多，用于各类模具都有很好的效果，常用的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆盖技术 10、12题第2问

例1：M8螺帽模具，选Crl2钢。

采用常规淬火、回火工艺，使用寿命只有3 000多次； 经固体渗硼处理后寿命为25 000-30000次；

在渗硼的基础上进行离子渗硫处理，寿命达到100000次，且克服了粘模现象。

例1：加工高熔点金属的热挤压模，当挤压温度在1320℃以上时只能进行一次作业；喷涂0.5-1.0mm的氧化铝涂层后，挤压温度可达1650℃

喷涂氧化锆涂层，挤压温度可2370℃，模具工作寿命延长5-10倍。

第三篇：模具寿命与材料考试(有答案)

1、简述模具材料对模具寿命的影响，总结模具选材的主要原则。

2、改进和优化模具结构设计的基本作用是什么? 举例说明其对模具寿命的影响？

3、分析拉深模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用?

4、选择锤锻模具材料和确定其工作硬度的依据是什么? 5从工艺性能和承载能力角度判断下列钢号属于哪类冷作模具钢：7Cr7Mo2V2Si、Crl2MoV、Cr4W2MoV、GCrl5、9Crl8、W6Mo5Cr4V2、5Cr4Mo3SiMnVAl、6CrNiSiMnMoV、9Cr6W3Mo2V2、65Cr4W3Mo2VNb。

6、选择塑料模具材料的依据有哪些? 请为下列工作条件下的塑料模具选用材料。(1)高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模具；(2)耐腐蚀、高精度塑料模具。

7、针对型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，选材时主要考虑哪些因素？现有T12A和3Cr2Mo（P20）两种材料，请选择最合适的材料，并说明理由？

8选择压铸模具材料的主要依据有哪些?

9、分析厚板冲裁模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 某接触簧片级进模具凸模用W6Mo5Cr4V2钢制造，寿命只有1000件左右，且主要表现为脆断，请给出改进措施？

10、模具表面处理的目的是什么? 模具表面处理常用的方法有哪些? 某M8螺帽冷作模具，选Cr12钢制造，采用常规淬火、回火工艺处理，使用寿命只有3 000次左右，且发现模具型腔表面磨损严重，有粘模现象，请提出改进措施？

11、何谓时效硬化型塑料模具钢? 简述其性能及应用特点?

12、模具表面处理的目的是什么? 模具表面处理常用的方法有哪些? 某钨合金热挤压模具，用传统工具钢制造，挤压温度在1320℃以上时，只能进行1次作业，模具被严重磨损，且挤压材料因表面被合金化而变质，请给出改进措施？

13、选择塑料模具材料的依据有哪些? 请为下列工作条件下的塑料模具选用材料：(1)形状简单，精度要求低、批量不大的塑料注射模具；(2)大型、复杂、产品批量大的塑料注射模具。对某些高速成型的塑料制品模具，工作时模具表面的工作温度短时间内会达到400℃，请选择模具材料，说明原因？

部分答案

7、针对型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，选材时主要考虑哪些因素？现有T12A和3Cr2Mo（P20）两种材料，请选择最合适的材料，并说明理由？ 参考答案： 1）考虑因素：

（1）首先满足材料的使用性能足够原则；

（2）考虑材料的工艺性能：如型腔的加工性能；

（3）防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形； 2）合适材料是3Cr2Mo（P20）钢。

3Cr2Mo（P20）钢是预硬型塑料模具钢。该钢预先经过了预硬化处理（调质处理），具有较好的综合力学性能和加工性能，保证了模具的精度和使用性能要求，加工后直接使用，不需要再进行热处理。

T12A钢属高碳工具钢，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需进行热处理，由于模具型腔复杂，易产生淬火变形，不适合制作此类模具。

8、选择压铸模具材料的主要依据有哪些? 答：根据压铸摸具的工作条件、性能要求、失效形式和模具要求、预期寿命进行选择： 1）工作条件（2分）

模具温升高和反复加热和冷却作用：工作时与高温液态金属接触，受热时间长，受热温度高(压铸有色金属时,温度达400-800℃；压铸黑色金属时,温度可达1000℃以上)；高的压力(20-120MPa)及金属液流的高速冲刷作用；

2）主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。低温合金压铸，以磨损失效为主（2分）3）主要性能要求：（2分）

(1)较高的耐热性和良好的高温力学性能；(2)优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；(3)良好的抗氧化性和耐蚀性；(4)较高的淬透性。4）常用的压铸模用钢（4分）

以钨系、铬系、铬钼系热作模具钢为主。要求不高时，可用合金工具钢或合金结构钢，如40Cr、4CrSi、30CrMnSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo；要求较高时，采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi、4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB、3Cr3Mo3W2V、3Cr2W8V钢等，其中4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V、4CrSMo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB钢是压铸模常用钢

9、分析厚板冲裁模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 某接触簧片级进模具凸模用W6Mo5Cr4V2钢制造，寿命只有1000件左右，且主要表现为脆断，请给出改进措施？

答：1）工作条件：

冲裁模具的工作部位是刃口。冲裁时，刃口受到弯曲和剪切的作用，还要受到冲击。同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。2）主要失效形式：

冲裁模具的主要失效形式是刃口磨损。有时存在不均匀磨损和凸模折断、凹模局部掉块现象。3）性能要求

高的硬度和耐磨性，足够的抗压、抗弯强度；对于厚板(板厚>1.5mm)，还应具有良好的强韧性；

4）材料选用：选材主要考虑材料的强韧性和高耐磨性。

（1）对小批量生产，选T8A、9SiCr、5CrW2Si等钢种；

（2）对大批量生产，选用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢制作凸模，用Crl2MoV或Crl2Mo1V1钢制作凹模；

（3）当传统钢种韧性不足，易断裂时，可选用新型模具钢，如LD、65Nb、012Al、GD、CH-1等钢种。

5）改进措施：用W6Mo5Cr4V2钢制造，发生断裂，说明材料的韧性不足。（1）选用新型模具钢，如GD等改善韧性；

（2）热处理工艺采用低温淬火、分级淬火、等温淬火，提高韧性；（3）采用韧性较好的材料，辅以表面处理技术如渗硼、渗金属等。

11、何谓时效硬化型塑料模具钢? 简述其性能及应用特点? 答：时效硬化型塑料模具钢是指一类低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蚀塑料模具用钢。这类钢经固溶处理+失效处理后，具有高的强度、硬度，高的抗腐蚀性和高的加工精度。常用钢种：

① 25CrNi3MoAl：属低碳低镍时效硬化型塑料模具钢，我国自行研制开发，主要特点是：钢中碳和镍含量低，价格远低于马氏体时效钢，适用普通和高精密和各种塑料模具.②18Ni类钢：属低碳马氏体时效型模具钢，%C极低,目的是为改善钢的韧性。依据屈服强度可分为1400，1700，2100MPa三个级别。

18Ni类钢主要用于制作精度高、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具 ③ 06Ni6CrMoVTiAl（06钢）和10Ni3CuAlMoS(PMS)属新型塑料模具钢，具有良好的加工性能和综合力学性能，制品表面粗糙度低，应用越来越广泛。热处理工艺特点及应用： 分两个步骤，1)固溶处理，将钢加热至高温，使合金元素充分溶入奥氏体； 2)时效处理，使模具达到所需的力学性能。①碳含量低、合金元素含量较高，经固溶处理后为单一组织的过饱和固溶体，处于软化状态。②较低温度时效处理后，固溶体中能析出细小弥散的金属化合物，使模具钢的强度和硬度大大提高，此过程中，尺寸和形状变化极小。③抛光性和表面刻蚀性良好。

应用：适合制作强度和韧性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要求较高的塑料模具，以及透明塑料模具等。

6、13题 第1问

答：

1、根据模具服役条件和质量要求选择模具材料

（1）模具型腔表面要求高硬度、耐磨，而心部具有较好韧性的塑料模具，可选用渗碳型塑料模具钢制造。如尺寸较小且型腔不太复杂时，可选用淬透性相对较小的渗碳型塑料模具钢，如20、20Cr钢等；对于尺寸较大、型腔复杂的塑料模具，可以选用淬透性较好的渗碳型塑料模具钢，如12CrNi3A、12CrNi4A等。

（2）模具型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，为防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形，保证模具的精度和使用性能，选用预硬型塑料模具钢。如40Cr、3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1钢等。

（3）以玻璃纤维做填充剂的注射模具，要求较高的硬度、耐磨性、抗压强度、韧性、抛光性和电加工等综合行能，为防止模具型腔表面过早磨损或局部变形，可选用整体淬硬型塑料

模具钢，如T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1和Cr12Mo等，也可选用25CrNi3MoAl、18Ni、06Ni6CrMoVTiAl（06 Ni钢）等时效硬化钢。

（4）聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃树脂等为原料的塑料制品，成型过程中会分解出腐蚀性气体，对模具产生腐蚀性作用，可选用耐蚀性塑料模具钢。常用的有 9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可选用普通材料制作模具，再进行镀铬或其他耐腐蚀的表面处理。

（5）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形状精度高、型腔复杂，以及具有镜面抛光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽车灯罩、汽车仪表盘、电视机、电话机外壳等，选用能获得高硬度的超纯净钢。PMS、06Ni和18 Ni等时效硬化钢是较理想的材料，预硬化型钢P20系列、5NiSCa和8Cr2S等，镜面抛光性中等，也可选用。

（6）高速成型的塑料制品，其模具表面的工作温度短时间内会超过400℃。为保证模具的使用精度，防止塑料制件在脱模后由于温度过高而变形，模具材料应该具有良好的导热性能，可选用铍青铜或高强度铝合金来制造。（7）塑料制件形状越复杂，模具型腔的加工越困难,须选用加工性能好和热处理变形小的模具材料；塑料制件越大，型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此时模具材料最好选用易切削钢；塑料制件较小时，模具型腔体积小，切削量和切削力通常也较小，所以小型模具往往可以选用预硬化型塑料模具钢。

（8）若要求塑料模具的交货时间越短越好，采用铸造尤其是精密铸造方法制造塑料模是缩短加工周期的好方法，此时可选用特别适合于精铸成型的铝合金或锌合金。对于钢制塑料模，若选用易切削预硬化钢，也可以大大缩短制模周期。

2、根据塑料制品的生产批量选择模具材料

（1）生产批量较小时，为降低模具造价，可选用较普通的材料，如铝合金、锌合金、碳素钢及合金结构钢等来制造模具；

（2）生产批量较大时，应根据模具工作条件和对模具质量的要求来选材，一般选用高级优质的塑料模具钢。6、13题 第2问

具体选材依据（4分）

(1)形状简单，精度要求低、批量不大的塑料模；选普通材料如碳素钢或合金钢等，例45，40Cr(2)高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模；选用预硬型塑料模具钢。如3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1钢等

(3)大型、复杂、产品批量大的塑料注射摸；选PMS、06Ni和18 Ni等时效硬化钢或预硬化型钢P20系列。

(4)耐蚀、高精度塑料模具；常用9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等；也可选用普通材料制作模具，再进行镀铬或其他耐腐蚀的表面处理。

10、12题 第1问

模具主要依靠型腔表面进行工作，模具的失效80％以上为表面损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等。

对模具型腔表面进行处理，可以提高其表面硬度，改变表层化学成分和组织，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐腐蚀性等。不仅可以有效地延长模具的使用寿命，降低生产成本，而且还能提高被加工件的表面质量。

表面处理方法很多，用于各类模具都有很好的效果，常用的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆盖技术 10、12题 第2问

例1：M8螺帽模具，选Crl2钢。

采用常规淬火、回火工艺，使用寿命只有3 000多次； 经固体渗硼处理后寿命为25 000-30000次；

在渗硼的基础上进行离子渗硫处理，寿命达到100000次，且克服了粘模现象。

例1：加工高熔点金属的热挤压模，当挤压温度在1320℃以上时只能进行一次作业；喷涂0.5-1.0mm的氧化铝涂层后，挤压温度可达1650℃

喷涂氧化锆涂层，挤压温度可2370℃，模具工作寿命延长5-10倍。

1、简述模具材料对模具寿命的影响，总结模具选材的主要原则。

答：1）从模具的使用来看，根据模具的工作状况，选用具有适当的强度和韧性匹配的模具，从而使模具寿命最高；通过适当地热处理与表面处理，使模具内部韧性高、模具表面强度高和耐磨性高，能有效地提高模具的整体性能及寿命。2）主要原则：

（1）使用性能足够；（2）工艺性能良好；（3）供应上能保证；（4）经济性合理。

2、改进和优化模具结构设计的基本作用是什么? 举例说明其对模具寿命的影响？

3、分析拉深模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 答： 1）工作条件：拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态如课本图 7-8 所示。拉深载荷通过凸模圆角部位传给工件，工件外面部分通过凹模端面与压边圈之间向内流动。成形过程中，工件给凸模圆角半径部分压力F＇4，及摩擦力F4，给凹模圆角半径压力F＇3及摩擦力F3，给压力圈压力F＇1和摩擦力F1，给凹模端面压力F＇2和摩擦力F2.2）主要失效形式：拉深模凸模、凹模和压边圈工作部分没有锋利的尖角，模具零件受力不像冲裁模那样局限在很小范围内，同时凸凹模间隙一般都比板材厚度大，模具较少出现断裂和塑形变形失效。但拉深模工作时，板材与凹模和压边圈产生相对运动，存在很大的摩擦，因此拉深模的主要失效形式为磨损，在磨损形式及机理上，主要表现为粘着磨损。3）

4）材料的选用：根据坯料材质的不同，选用与其亲和力小的模具材料。一般来说，坯料为钢板，模具材料应选用有色金属，反之，坯料为有色金属，模具材料则选用钢和铁。（1）对于圆形件，小批量，可选T8/T10/45钢：（2）对于中批量的中小件，选MnCrW、crWV;（3）对于形状不规则的中小件，选Cr12MoV；（4）对于小件大批量，选硬质合金；

（5）对于大型拉延模、汽车覆盖件模，可选铸铁。

4、选择锤锻模具材料和确定其工作硬度的依据是什么? p142

5、从工艺性能和承载能力角度判断下列钢号属于哪类冷作模具钢： 7Cr7Mo2V2Si（LD1钢）、Crl2MoV（高耐磨钢）、Cr4W2MoV（高碳中铬钢）、GCrl5（高碳低合金钢）、9Crl8（耐蚀冷作模具钢）、W6Mo5Cr4V2（高速钢）、5Cr4Mo3SiMnVAl（基体钢——012Al钢）、6CrNiSiMnMoV（GD钢——高韧性低合金钢）、9Cr6W3Mo2V2（GM钢）、65Cr4W3Mo2VNb（基体钢——65Nb钢）。

第四篇：压铸模具失效形式以及如何提高寿命（共）

压铸铝合金零件失效分析

摘要：本文结合工厂的压铸模具的实际失效情况，总结分析了压铸模的主要失效形式,系统地提出了分析压铸模具失效的方法和手段。从工程实用的角度提出了避免早期失效、提高模具寿命的方法。

压铸是一种节能、低价、高效的金属成形方式。压铸件具有尺寸精度高，表面光洁，强度和硬度高的特点，一般不需要机械加工或稍经加工便可使用，适合批量生产。但是在使用过程中，由于各种原因压铸模容易失效。

关键字:压铸模具 失效 提高寿命 1 压铸模具常见失效形式

下面结合工厂实际情况分析了压铸模具的失效形式和失效机理。

1.1热裂

热裂是模具最常见的失效形式，如图1所示。热裂纹通常形成于模具型腔表面或内部热应力集中处，当裂纹形成后，应力重新分布，裂纹发展到一定长度时，由于塑性应变而产生应力松弛使裂纹停止扩展。随着循环次数的增加，裂纹尖端附近出现一些小孔洞并逐渐形成微裂纹，与开始形成的主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接而导致模具失效。

1.2整体脆断

整体脆断是由于偶然的机械过载或热过载导致模具灾难性断裂。材料的塑韧性是与此现象相对应的最重要的力学性能。材料中有严重缺陷或操作不当,会引起整体脆断，如图2所示。

1.3侵蚀或冲刷

这是由于机械和化学腐蚀综合作用的结果,熔融铝合金高速射入型腔,造成型腔表面的机械磨蚀。同时,金属铝与模具材料生成脆性的铁铝化合物,成为热裂纹新的萌生源。此外,铝充填到裂纹之中与裂纹壁产生机械作用,并与热应力叠加,加剧裂纹尖端的拉应力,从而加快了裂纹的扩展。提高材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗腐蚀能力。压铸模具常见失效分析方法

为了延长模具的使用寿命,节约成本,提高生产效率,就必须研究模具的失效形式和导致模具失效的原因以及模具失效的内部机理。由于压铸模具失效的原因比较复杂,要从模具的设计、材料选择、工作状态等很多方面来进行分析。图3为压铸模具常见失效分析图。

图 3 压铸模具常见失效分析方法

2.1裂纹的表面形状及裂纹扩展形貌分析

失效模具型腔表面主要是冲蚀坑，大小比较均匀，冒口所对部位有明显的冲蚀坑外，表面明显具有一定方向的划痕，划痕上分布有大小不等的铝合金块状物。由于正对浇口部位直接受金属液的冲刷，该部位具有明显的冲刷犁沟，同时可观察到划痕间有裂纹。裂纹从裂纹源出发，并向西周扩展。裂纹内有大量的夹杂物，裂纹边缘有二次裂纹。由于模具使用时间短，一般部位表面主要是冲蚀坑和焊合，而浇口所对部位主要为液态金属冲刷形成的犁沟和热疲劳裂纹。

由于高温液态金属的冲刷，模具型腔表面首先冲击坑及犁沟，模具的表面变得凸凹不平，造成局部应力远远大于名义应力，产生应力集中的现象，这些部位是裂纹产生的危险部位。另外，分布在模具型腔表面的夹杂物，如氧化物、硫化物等，在热循环过程中与基体脱离，直接成为热疲劳裂纹。一方面夹杂物同集体的弹性模量不同，当热应力及机械力作用时，在其周围形成应力集中;另一方面在冷却时夹杂物与基体有不同的热收缩，造成镶嵌应力，两者叠加的结果，在夹杂

物周围产生很大的应力场。应力集中的结果使冲击坑、犁沟及夹杂物成为疲劳裂纹的诱发核心和扩展优取向。

2.2残余应力分析

压铸模具的残余应力较为复杂,主要是在机械加工、电火花加工、热处理及生产过程中热冲击产生的热应力等原因产生。模具使用一定时间后,模具的表面的残余应力为压应力,裂纹前端无论是平行于裂纹扩展方向还是垂直于裂纹的扩展方向,都受压应力。型腔表面裂纹前端的残余应力大于裂纹沿深度方向裂纹前端的残余应力,模具的型腔表面温度变化大,产生的热应力的残余应力要大,而且模具投入使用之前的机械加工和热处理过程中模具表面产生的残余应力要大于模具内部。由于液态金属的冲刷,浇口所对部位的温度要高于一般部位,加上冲击力的作用,浇口所对部位的残余应力大于一般部位.残余应力范围90MPa-420MPa。

模具型腔表面残余应力的存在对裂纹的扩展有一定的影响,残余应力场中的裂纹扩展研究表明,残余应力可以增加裂纹的闭合程度,减缓裂纹的扩展速率.模具型腔表面形成的残余应力的大小及压应力存在的深度对减弱模具热疲劳裂纹的萌生和扩展有一定益处。

模具经过一定时间使用后,模具表面的残余应力为压应力,裂纹前端无论是平行于裂纹扩展方向还是垂直与裂纹扩展方向都受压应力。所以在模具的使用过程中隔一段时间要进行清洗和维修。

提高模具寿命的方法

对压铸模具失效及提高压铸模寿命的研究，无论是从实验方法还是对模具寿命的估算，都没有一个统一的标准，使压铸模具的使用寿命遇到了一个瓶颈，因此提高模具寿命是工程界一个十分艰巨的任务。

3.1精心设计压铸件和压铸模具

模具的局部开裂、型腔表面磨损以及型壁面交界处的裂纹等失效，往往是由于压铸件的工艺设计不合理所造成的。因此，设计压铸件必须注意以下几点：

(1)在满足压铸件结构强度的条件下，宜采用薄壁结构，这不仅减轻了压铸件的质量，而且也减少了模具的热载荷。

(2)压铸件壁厚应均匀，避免热节，以减少局部热量集中引起模具过早的热疲劳失效。

(3)压铸件所有转角处，应有适当的铸造圆角，以避免在模具相应部位形成棱角，产生裂纹和塌陷。

(4)压铸件上应尽量避免深而窄的凹穴，以避免模具相应部位出现尖劈，使散热条件恶化而产生断裂。

(5)压铸件应该有合理的脱模斜度，以避免开模抽芯取件时擦伤模具型壁。

3.2保证模具的加工质量

模具的加工制造、安装、装配的实际精度对模具的寿命有影响，需要引起重视，其中的磨削加工对模具寿命的影响很大，至少会从三个方面对损坏模具寿命：

(1)砂轮不锋利引起的摩擦使模具表面出现磨销裂纹。(2)摩擦热使模具表面软化，降低了模具抗热疲劳能力和内腐蚀能力。

(3)表面存在磨销应力，降低了模具的抗热疲劳能力和机械疲劳能力。

3.3选用优质钢材

压铸模具材料质量的提高于改进对其热疲劳寿命的提高影响极大。其中，气体中杂质的含量高、成分偏析及碳化物的不均匀程度严重，都会降低模具的热疲劳寿命。钢中的夹杂物往往是萌生裂纹的核心，夹杂物的尺寸大于某一临界尺寸后，疲劳强度随夹杂物颗粒尺寸的加大而下降。疲劳强度的下降与颗粒尺寸的立方成正比 [1][2]。

(1)采用先进的毛坯锻造工艺

采用先进的毛坯锻造工艺有两个目的，一是使碳化物分布均匀，二是形成合理的流线分布，以提高钢材的耐磨性和各项同性以及抗咬合能力 [1]。

(2)采用合理的热处理规范

作为压铸模具材料必须具有较高的热强度和回火稳定性，这样才有可能获得高的热疲劳抗力和耐磨性。从压铸工作条件和提高抗热疲劳性能出发，回火温度应尽量提高一些，但必须低于二次硬化温度。此外，为了使一次回火生成的马氏体充分回火，以及使残余奥氏体马氏体化，还应采取二次回火。

(3)采用表面强化处理

采用表面强化工艺提高模具表面的强度、耐磨性及耐蚀性，可以延长热裂纹萌生的孕育期，防止热裂纹的扩展，由此提高模具的使用寿命。常见的表面强化处理有：喷丸强化法、压应力冷作撞击法、蒸汽处理法、电火花放电强化法、高频淬火、软氮化、钨镍合金沉积法等 [1][2][3]。

(4)采用良好的操作规程

在操作前预热模具是十分重要的。不仅可以提高钢的韧性。同时也可以减少模具断面的温度梯度，以降低模具的热应力。但预热模具温度不能太高，过高的预热温度则会降低表层的屈服强度，反而会降低模具的使用寿命。合金的冶炼和保温也都应该严格按操作规范执行，特别是重视精练排气，减少材料内部的裂纹源 [3]。

要进一步提高模具的使用寿命，最重要的就是开发新的钢种并运用;建立全面的质量管理制度，提高职工的综合素质。

小结

模具的多种失效方式是影响压铸模具使用寿命的因素,本文结合工厂实际情况，通过对压铸模具失效及原因分析,系统地提出了若干改进方法,进而提高模具使用寿命。本文研究的内容对提高压铸模具的寿命有一定指导作用。

参考文献

[1] 杨欲国.压铸工艺及设备[D].北京：机械工业出版社，1995.[2 ] 赖华清.压铸工艺及模具[D].北京：机械工业出版社，2006.[3] 李蕴林.压铸工艺分析及改进[D].武汉：华中理工大学，1993.

第五篇：模具寿命与材料(1~4章)复习思考题

第一、二章复习思考题

1、挤压：将金属材料放在挤压模型腔内，一端施加强大压力，材料处于三向受力状态下变形而从另一端的模孔中流出，获得不同形状的型材或零件。

2、冷、热、温变形模具：模具对处于再结晶温度以下/以上/两者之间的材料施加压力使之变形。

3、模具寿命：模具因为磨损或其他形式失效，导致不可修复而报废之前所加工的产品数量称为~。

4、模具服役： 模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。

5:、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叫模具损伤。

6、模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时叫模具失效。广义上讲，模具失效是指一套模具完全不能再用，生产中一般指模具的主要工作零件不能再用。

7、模具寿命与产品成本的关系：产品成本随着模具寿命的增加而下降。

8、模具寿命和产品批量的关系：降低产品成本要考虑模具寿命与批量的匹配关系，使模具寿命略大于产品批量。

第三章复习思考题

1、磨损的失效形式；

2、什么叫磨损？

3、什么叫磨损失效？

4、磨损的分类；

5、什么叫磨粒磨损？磨粒磨损的机理是什么？

6、减少磨粒磨损的措施有哪些？

7、什么叫粘着磨损？粘着磨损的机理是什么？

8、粘着磨损分哪几类？严重粘着磨损又有哪几种？

9、影响粘着磨损的因素有哪些？

10、减少粘着磨损的措施有哪些？

11、疲劳磨损机理；

两接触表面相互运动时，在循环应力（机械应力和热应力）作用下，使表层金属脱落的现象。

12、降低疲劳磨损的措施有哪些？

1）合理选择润滑剂；2）表面强化处理（如喷丸和滚压）；

13、什么是气蚀和冲蚀磨损？

1）气蚀磨损：金属表面的气泡破裂，产生瞬间高温和冲击，使模具表面形成麻点和凹坑的现象。

2）冲蚀磨损：液体和固体颗粒高速落到模具表面，反复冲击模具表面使材料流失，形成麻点和凹坑。

14、什么是腐蚀磨损？

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面材料流失的现象。分氧化磨损和特殊介质磨损两类。

15、腐蚀磨损机理是什么？

第一阶段：发生化学或电化学反应形成反应物；

第二阶段：摩擦作用带走反应物，裸露出了新的表面，又开始新一轮腐蚀磨损。

16、氧化磨损和特殊介质磨损机理？

17、什么是断裂失效？

模具出现大裂纹或分离为两部分或数部分，丧失服役能力时称为断裂失效。

18、什么叫脆性断裂？

模具材料一般为高、中强度钢，断裂形式多为脆性断裂，断裂时不发生或发生很小的塑性变形（＜5%）的断裂。有一次性断裂和疲劳断裂两类。

19、什么叫一次性断裂？

模具在承受很大的变形力或冲击载荷作用下，产生裂纹并迅速扩展所形成的断裂。有穿晶断裂和沿晶断裂两种。

20、什么叫疲劳断裂？

指在较低的循环应力作用下，产生裂纹并缓慢扩展直至发生断裂。

21、穿晶断裂和沿晶断裂。

1）穿晶断裂：因拉应力作用沿特定晶面发生的断裂（解理断裂）；模具韧性差，存在表面缺陷并受大的冲击载荷时易发生。

2）沿晶断裂：裂纹沿晶界面扩展直至断裂。

22、什么叫等强温度？

在某一温度时，晶界强度与晶内强度相等时，这一温度叫等强温度。实际温度大于等强温度时，一发生沿晶断裂，小于等强温度时易发生穿晶断裂。

23、疲劳断裂破坏过程。

应力集中---产生裂纹----造成新的应力集中----裂纹扩展------最后断裂

24、什么叫塑性变形失效？

模具在使用过程中，发生塑性变形，改变了集合形状和尺寸，不能修复而再继续服役时叫~。

第四章复习思考题

1、模具圆角是如何影响模具加工的？

凸圆角半径对工艺影响大，而凹的圆角半径对模具寿命的影响大。

2、导向装置对模具寿命的影响如何？

采用导向装置的模具，能保证模具工作零件相对位置精度高，正确配合，间隙均匀，磨损均匀，抗弯、抗偏载荷能力强，模具寿命高。

3、常用设备导向精度如何？

导向精度从高到低一次为：液压机---注塑机---机械压力机----

模锻锤

4、常用设备速度如何？

工作速度从高到低依次为：高速锤----模锻锤----螺旋压力机---机械压力机----液压机

5、冲裁时冲裁力与压力机吨位关系如何？

普通冲裁：冲裁力=80%压力机吨位

精密冲裁：冲裁力=50%压力机吨位

6、模具材料有哪些使用性能和工艺性能？

1）使用性能：强度、冲击韧度（性）、耐磨性、硬度、热稳定性和耐热疲劳性。

2）工艺性能：锻造工艺性、切削加工性能、热处理工艺性能和淬透性。

7、强度、硬度、韧性和塑性之间关系如何？

一般来说，强度高则硬度高，但韧性下降；强度硬度高则塑性差。

8、锻造工序有哪些？

镦粗、拔长、心轴扩孔、鼓形滚圆、端面平整

9、电加工有哪些工艺？

电火花、电火花线切割、电解

10、电加工时变质层由哪几个部分组成？

附着碳素物质层、蒸发熔融转化层、熔融残余层、热变质层

11、什么叫过烧和过热？

过热：由于加热温度过高或高温加热时间过长，引起晶粒粗化的现象。可以通过重新淬火消除、补救。

过烧：加热温度远远高于正常温度，以致晶界熔化和氧化的现象，出现过烧的材料直接报废。

12、什么是黑色断口？有什么影响？如何消除？

1）高碳工具钢石墨化的特征缺陷；

2）出现黑色断口的钢淬火时硬度不均匀并产生裂纹；

3）热处理难以消除，必须重新锻造。

13、何谓现场维护和非现场维护？

14、热加工模具为何要进行预热？

15、何谓超前修模？为什么要超前修模？