1 前言

　　模具在生產(chǎn)應(yīng)用過程中折司，經(jīng)常發(fā)生各種不同情況的失效贱勃，浪費大量的人力刚操、物力，影響了生產(chǎn)進度伶椿。以下主要講述模具的幾種基本失效形式及失效的原因以及預(yù)防措施辜伟。

　　2 模具失效

　　冷熱模具在服役中失效的基本形式可分為：塑性變形；磨損脊另；疲勞导狡；斷裂。

　　(1)塑性變形偎痛。

　　塑性變形即承受負(fù)荷大于屈服強度而產(chǎn)生的變形烘豌。如凹模出現(xiàn)型腔塌陷、型孔擴大看彼、棱角倒塌陷以及凸模出現(xiàn)鐓粗廊佩、縱向彎曲等。尤其熱作模具靖榕，其工作表面與高溫材料接觸痴坦，使型腔表面溫度往往超過熱作模具鋼的回火溫度乃倔，型槽內(nèi)壁由于軟化而被壓塌或壓堆。低淬透性的鋼種用作冷鐓模時遏谭，模具在淬火加熱后镊僚，對內(nèi)孔進行噴水冷卻產(chǎn)生一個硬化層。模具在使用時思樟，如冷鐓力過大镰钦，硬化層下面的基底抗壓屈服強度不高，模具孔腔便被壓塌晦哺。模具鋼的屈服強度一般隨碳(c)的含量從某些合金元素的增多而升高箫驻，在硬度相同的情況下，不同化學(xué)成分的鋼具有的抗壓強度不同贩挨，當(dāng)鋼硬度為63HRC時绍挤，下列4種鋼的抗屈服強度由高到低依次順序為：W18Cr4V>Cr12>Cr6WV>5CrNiW。

　　(2)磨損失效尤桃。

　　磨損失效是指刃門鈍化籽榕、棱角變圓、平面下陷甘桑、表面溝痕拍皮、剝落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金屬)。另外跑杭，凸模在工作中春缕，由于潤滑劑燃燒后轉(zhuǎn)化為高壓氣體，對凸模表面進行劇烈沖刷艘蹋，形成氣蝕。

　　冷沖時票灰，如果負(fù)荷不大女阀，磨損類型主要為氧化，磨損也可為某種程度的咬合磨損屑迂，當(dāng)刃口部分變鈍或沖壓負(fù)荷較大時浸策，咬合磨損的情況會變得嚴(yán)重，而使磨損加快惹盼，模具鋼的耐磨性不僅取決于其硬度庸汗，還決定于碳化物的性質(zhì)、大小诅鹰、分布和數(shù)量也隧，在模具鋼中，目前高速鋼和高鉻鋼的耐磨性較高笋骡。但在鋼中存在有嚴(yán)重的碳化物偏析或大顆粒的碳化物情況下絮商，這些碳化物易剝落邢窜，而引起磨粒磨損，使磨損加快铆韭。較輕冷作模具鋼(薄板沖裁丘隙、拉伸、彎曲等)的沖擊菜涯，載荷不大伶离，主要為靜磨損。在靜磨損條件下拣末，模具鋼的含碳量多诺教，耐磨性就大。在沖擊磨損條件下(如冷鐓杠滓、冷擠丛剿、熱鍛等)，模具鋼中過多的碳化物無助于提高耐磨性臊岸，反而因沖擊磨粒磨損橙数，而降低耐磨性。

　　研究表明帅戒，在沖擊磨粒磨損條件下灯帮，模具鋼含碳量以O(shè).6％為上限，冷鐓模在沖擊載荷條件下工作逻住，如模具鋼中碳化物過多钟哥，容易固沖擊磨損而山現(xiàn)表面剝落。這些剝落的硬粒子將成為磨粒瞎访，加快磨損速度腻贰。熱作模具的型腔表面，由于高溫軟化而使耐磨性降低扒秸，此外播演，氧化鐵皮也起到磨料的作用，同時還有高溫氧化腐蝕作用伴奥。

　　(3)疲勞失效写烤。

　　疲勞失效的特征：模具某些部位經(jīng)過一定的服役期，萌生了細(xì)小的裂紋颂睛，并逐漸向縱深擴展培车，擴展到一定尺寸時，嚴(yán)重削弱模具的承載能力而引起斷裂车咕。疲勞裂紋萌生于應(yīng)力較大部位割钧，特別是應(yīng)力集中部位(尺寸過渡、缺口淹郎、刀痕尼削、磨損裂紋等處)虎内，疲勞斷裂時斷門分兩部分，一部分為疲勞裂紋發(fā)展形成的疲勞處破裂斷面静瞄，呈現(xiàn)貝殼狀诅挖，疲勞源位于貝殼頂點。另一部分為突然斷裂蓄惫，呈現(xiàn)不平整粗糙斷面虚烂。

　　使模具發(fā)生疲勞損傷的根本原因為特環(huán)載荷，凡可促使表面拉應(yīng)力增大的因素均能加速疲勞裂紋的萌生萨驶。

　　冷作模具在高硬狀態(tài)下工作時歉摧，模具鋼具有很高的屈服強度和很低的斷裂韌性。高的屈服強度有利于推遲疲勞裂紋的產(chǎn)生腔呜，但低的斷裂韌性使疲勞裂紋的擴展速率加快和臨界長度減小叁温，使疲勞裂紋擴展循環(huán)數(shù)大大縮短，因此核畴，冷作模具疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋萌生時間膝但。

　　熱作模具一般在中等或較低的硬度狀態(tài)下服役，模具斷裂韌性比冷作模具高得多谤草，因此跟束，在熱作模具中，疲勞裂紋的擴展速度低于冷作模具丑孩，臨界長度大于冷作模冀宴，熱作模具疲勞裂紋的亞臨界擴展周期較冷作模長得多，但熱作模具表面受急冷温学，急熱很易萌生冷熱疲勞裂紋略贮，熱作模具的疲勞裂紋萌生時間比冷作模短得多，因此仗岖，許多熱作模其疲勞斷裂壽命主要取決于疲勞裂紋擴展的時間梯盹。

　　(4)斷裂失效。

　　斷裂失效常見形式有：崩刃尼缨、腡齒、劈裂做堂、折斷综货、脹裂等，不同模具斷裂的驅(qū)動力不同虽趋。冷作模具螃势、所受的主要為機械作用力(沖壓力)。熱作模所受除機械力外俱猪，還有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力距档，有許多熱作模具的工作溫度較高氧液，又采用強制冷卻，其內(nèi)應(yīng)力可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機械應(yīng)力囱悴，因此沧仿，許多熱作模的斷裂主要與內(nèi)應(yīng)力過大有關(guān)。

　　模具斷裂過程有兩種：一次性斷裂和疲勞斷裂甫题。一次性斷裂為模具有時在沖壓時突然斷裂馁筐，裂紋一旦萌生，后即失穩(wěn)坠非、擴展敏沉。它的主要原因為嚴(yán)重超載或模具材料嚴(yán)重脆化(如過熱、回火不足炎码、嚴(yán)重應(yīng)力集十及嚴(yán)重的冶金缺陷等)盟迟。

　　3 模具失效原因及預(yù)防措施

　　(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引起失效。

　　尖銳轉(zhuǎn)角(此處應(yīng)力集中高于平均應(yīng)力十倍以上)和過大的截面變化造成應(yīng)力集中潦闲，常常成為許多模具早期失效的根源攒菠。并且在熱處理淬火過程中，尖銳轉(zhuǎn)角引起殘余拉應(yīng)力矫钓，縮短模具壽命要尔。

　　預(yù)防措施：凸模各部的過渡應(yīng)平緩圓滑，任何役小的刀痕都會引起強烈的應(yīng)力集中新娜，其直徑與長度應(yīng)符合—定要求赵辕。

　　(2)模具材料質(zhì)量差引起的失效。

　　模具材料內(nèi)部缺陷娶停，如疏松膘掀、縮孔、夾雜成份偏析肄慨、碳化物分布不均既倾、原表面缺陷(如氧化、脫碳寨铸、折疊队屋、疤痕等)影響鋼材性能，

　　a．夾雜物過多引起失效妖啸。

　　鋼中存在夾雜物足模具內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的根源卵手，尤其是脆性氧化物和硅酸鹽等，在熱壓力加工中不發(fā)生塑性變形高坚，只會引起脆性的破裂而形成微裂紋诫列。在以后的熱處理和使用中訪裂紋進一步擴展，而引起模具的開裂。此外剂东，在磨削中迂卢，由于大顆粒夾雜物剝落造成表面孔洞。

　　b．表面脫碳引起失效桐汤。

　　模具鋼在熱壓力加工和退火時而克，常常由于加熱溫度過高，保溫時間過長惊科，而造成鋼材表面脫碳拍摇，嚴(yán)重脫碳的鋼材在機械加工后，有時仍殘留有脫碳層馆截，這樣在淬火時充活，由于內(nèi)外層組織的不同(表面脫碳層為鐵索體，內(nèi)部為珠光體)造成組織轉(zhuǎn)變不一致蜡娶，而產(chǎn)生裂紋混卵。

　　c．碳化物分布不勻，引起失效窖张。

　　Crl2幕随、Cr112MoV等模具鋼含碳量和合金元素較高，形成了許多共晶碳化物宿接，這些碳化物在鍛造比較小時赘淮，易呈現(xiàn)帶狀和網(wǎng)狀偏析，導(dǎo)致淬火時常出現(xiàn)沿帶狀碳化物分布的裂紋醇盏，模具在使用中裂紋進一步擴展腔族，而造成模具開裂失效。

　　預(yù)防措施：鋼在緞軋時秘乍，模具應(yīng)反復(fù)多方向鍛造羽折，從而鋼中的共晶碳化物擊碎得更細(xì)小均勻，保證鋼碳化物不均勻度級別要求崖郎。

　　(3)模具的機加上不當(dāng)巍樟。

　　a 切削中的刀痕：模具的型腔部位或凸模的圓角部位在機加工中，常常因進刀太探而使局部留下刀痕写雾，造成嚴(yán)重應(yīng)力集中捍幽，當(dāng)進行淬火處理時，應(yīng)山集中部位極易產(chǎn)生微裂紋蓬抖。

　　預(yù)防措施：在零件粗加工的最后一道切削中衩缘，應(yīng)盡量減少進刀量，提高模具表面光潔度泳柴。

　　b 電加工引起失效赋荆。模具在進行電加工時，由于放電產(chǎn)生大量的熱懊昨，將使模具被加工部位加熱到很高溫度窄潭，使組織發(fā)生變化，形成所謂的電加工異常層酵颁，在異常層表面由于高溫發(fā)生熔融嫉你，然后很快地凝固，該層在顯微鏡下呈白色躏惋，內(nèi)部有許多微細(xì)的裂紋幽污，白色層下的區(qū)域發(fā)生淬火，叫淬火層簿姨，再往里由于熱影響減弱距误，溫度不高，只發(fā)生回火扁位，稱回火層准潭。測定斷面硬度分布：熔融再凝固層，硬度很高域仇，達(dá)610~740HRC完骑，厚度為30μm，淬火層硬度400~500HRC础恰，厚為20μm谢佩。回火屬高溫回火呻舆，組織較軟绷举，硬度為380—400HRC，厚為10μm弓慨。

　　預(yù)防措施：①用機械方法去除開常層中的再凝固層钥陪，尤其是微觀裂紋；②在電加工后進行一次低溫回火淤写，使異常層穩(wěn)定化螟扮，以防微裂紋擴展。

　　c磨削加工造成失效示宫。模具型腔面進行磨削加工時骏挎，由于磨削速度過大，砂輪粒度過細(xì)或冷卻條件差等因素影響卸酿，均會導(dǎo)致磨削表曲過熱或引起表面軟化兜叨，硬度降低，使模具在使用中因磨損嚴(yán)重衩侥，或熱應(yīng)力而產(chǎn)生 磨削裂紋国旷，導(dǎo)致早期失效矛物。

　　預(yù)防措施：①采用切削力強的粗砂輪或粘結(jié)性差的砂輪；②減少工件進給量跪但；③選用合適的冷卻劑履羞；④磨削加工后采用250~350℃回火，以除磨削應(yīng)力屡久。

　　(4)模具熱處理工藝不合適忆首。

　　加熱溫度的高低、保溫時間長短被环、冷卻速度快慢等熱處理工藝參數(shù)選擇不當(dāng)糙及，都將成為模具失效因素。

　　a．加熱速度：模具鋼中含有較多的碳和合命元素筛欢，導(dǎo)熱性差浸锨，因此，加熱速度不能太快蝴勉，應(yīng)緩慢進行榆博，防止模具發(fā)生變形和開裂。在空氣爐中加熱淬火時挺赞，為防止氧化和脫碳侧焚，采用裝箱保護加熱，此時升溫速度不宜過快津阻，而透熱也應(yīng)較慢摆地。這樣，不會產(chǎn)生大的熱應(yīng)力宵渡，比較安全增量。若模具加熱速度快，透熱快狰碟，模具內(nèi)外產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力童唧。如果控制不當(dāng)，很容易產(chǎn)生變形或裂紋钉呐，必須采用預(yù)熱或減慢升溫加速度來預(yù)防镐胃。

　　b．氧化和脫碳的影響。模具淬火是在高溫度下進行的桶现，如不嚴(yán)格控制躲雅，表曲很易氧化和脫碳。另外骡和，模具表面脫碳后相赁，由于內(nèi)外層組織差異、冷卻中出現(xiàn)較大的組織應(yīng)力慰于、導(dǎo)致淬火裂紋钮科。

　　預(yù)防措施：可采用裝箱保護處理唤衫，箱內(nèi)填充防氧化和脫碳的填充材料。

　　(1)冷卻條件的影響绵脯。

　　不同模具材料战授，據(jù)所要求的組織狀態(tài)、冷卻速度是不同的桨嫁。對高合金鋼，由于含較多合金元素份帐，淬透性較高璃吧，可以采用油冷、空冷甚至等溫淬火和等級淬火等熱處理工藝捎霍。

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