1 前言

　　模具在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生各種不同情況的失效俏堆，浪費(fèi)大量的人力筋擒、物力确奄，影響了生產(chǎn)進(jìn)度协固。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)防措施屑彻。

　　2 模具失效

　　冷熱模具在服役中失效的基本形式可分為：塑性變形囚聚；磨損犬庇；疲勞铐刘；斷裂两胃。

　　(1)塑性變形筹柠。

　　塑性變形即承受負(fù)荷大于屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的變形贱按。如凹模出現(xiàn)型腔塌陷涕瘸、型孔擴(kuò)大、棱角倒塌陷以及凸模出現(xiàn)鐓粗哲泊、縱向彎曲等剩蟀。尤其熱作模具，其工作表面與高溫材料接觸切威，使型腔表面溫度往往超過(guò)熱作模具鋼的回火溫度育特，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(shí)先朦，模具在淬火加熱后缰冤，對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行噴水冷卻產(chǎn)生一個(gè)硬化層。模具在使用時(shí)喳魏，如冷鐓力過(guò)大棉浸，硬化層下面的基底抗壓屈服強(qiáng)度不高，模具孔腔便被壓塌刺彩。模具鋼的屈服強(qiáng)度一般隨碳(c)的含量從某些合金元素的增多而升高迷郑，在硬度相同的情況下，不同化學(xué)成分的鋼具有的抗壓強(qiáng)度不同创倔，當(dāng)鋼硬度為63HRC時(shí)三热，下列4種鋼的抗屈服強(qiáng)度由高到低依次順序?yàn)椋篧18Cr4V>Cr12>Cr6WV>5CrNiW。

　　(2)磨損失效。

　　磨損失效是指刃門(mén)鈍化澈嘱、棱角變圓的讯、平面下陷、表面溝痕收黔、剝落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金屬)某现。另外，凸模在工作中颊嘱，由于潤(rùn)滑劑燃燒后轉(zhuǎn)化為高壓氣體宋睦，對(duì)凸模表面進(jìn)行劇烈沖刷，形成氣蝕腊拍。

　　冷沖時(shí)琐侣，如果負(fù)荷不大，磨損類型主要為氧化呆淑，磨損也可為某種程度的咬合磨損汇径，當(dāng)刃口部分變鈍或沖壓負(fù)荷較大時(shí)，咬合磨損的情況會(huì)變得嚴(yán)重罗卿，而使磨損加快史隆，模具鋼的耐磨性不僅取決于其硬度，還決定于碳化物的性質(zhì)曼验、大小泌射、分布和數(shù)量，在模具鋼中鬓照，目前高速鋼和高鉻鋼的耐磨性較高熔酷。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，這些碳化物易剝落豺裆，而引起磨粒磨損拒秘，使磨損加快。較輕冷作模具鋼(薄板沖裁留储、拉伸翼抠、彎曲等)的沖擊咙轩，載荷不大获讳，主要為靜磨損。在靜磨損條件下活喊，模具鋼的含碳量多丐膝，耐磨性就大。在沖擊磨損條件下(如冷鐓箫俯、冷擠焕徽、熱鍛等)，模具鋼中過(guò)多的碳化物無(wú)助于提高耐磨性，反而因沖擊磨粒磨損竹恃，而降低耐磨性截巢。

　　研究表明，在沖擊磨粒磨損條件下肘勾，模具鋼含碳量以O(shè).6％為上限呻蚪，冷鐓模在沖擊載荷條件下工作，如模具鋼中碳化物過(guò)多箫废，容易固沖擊磨損而山現(xiàn)表面剝落础姚。這些剝落的硬粒子將成為磨粒，加快磨損速度譬功。熱作模具的型腔表面填恬，由于高溫軟化而使耐磨性降低，此外奋隶，氧化鐵皮也起到磨料的作用擂送，同時(shí)還有高溫氧化腐蝕作用。

　　(3)疲勞失效达布。

　　疲勞失效的特征：模具某些部位經(jīng)過(guò)一定的服役期团甲，萌生了細(xì)小的裂紋，并逐漸向縱深擴(kuò)展黍聂，擴(kuò)展到一定尺寸時(shí)躺苦，嚴(yán)重削弱模具的承載能力而引起斷裂。疲勞裂紋萌生于應(yīng)力較大部位产还，特別是應(yīng)力集中部位(尺寸過(guò)渡匹厘、缺口、刀痕脐区、磨損裂紋等處)愈诚，疲勞斷裂時(shí)斷門(mén)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牛隅，呈現(xiàn)貝殼狀炕柔，疲勞源位于貝殼頂點(diǎn)。另一部分為突然斷裂媒佣，呈現(xiàn)不平整粗糙斷面触法。使模具發(fā)生疲勞損傷的根本原因?yàn)樘丨h(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据伏。

　　冷作模具在高硬狀態(tài)下工作時(shí)展稼，模具鋼具有很高的屈服強(qiáng)度和很低的斷裂韌性。高的屈服強(qiáng)度有利于推遲疲勞裂紋的產(chǎn)生骏庙，但低的斷裂韌性使疲勞裂紋的擴(kuò)展速率加快和臨界長(zhǎng)度減小俩堡，使疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)數(shù)大大縮短拳股，因此，冷作模具疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋萌生時(shí)間氏诽。

　　熱作模具一般在中等或較低的硬度狀態(tài)下服役事匈，模具斷裂韌性比冷作模具高得多，因此壳凳，在熱作模具中计灌，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度低于冷作模具，臨界長(zhǎng)度大于冷作模迂腔，熱作模具疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展周期較冷作模長(zhǎng)得多钟牛，但熱作模具表面受急冷，急熱很易萌生冷熱疲勞裂紋膝擂，熱作模具的疲勞裂紋萌生時(shí)間比冷作模短得多虑啤，因此，許多熱作模其疲勞斷裂壽命主要取決于疲勞裂紋擴(kuò)展的時(shí)間架馋。

　　(4)斷裂失效狞山。

　　斷裂失效常見(jiàn)形式有：崩刃、腡齒叉寂、劈裂萍启、折斷、脹裂等屏鳍，不同模具斷裂的驅(qū)動(dòng)力不同勘纯。冷作模具、所受的主要為機(jī)械作用力(沖壓力)钓瞭。熱作模所受除機(jī)械力外驳遵，還有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，有許多熱作模具的工作溫度較高山涡，又采用強(qiáng)制冷卻堤结，其內(nèi)應(yīng)力可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)械應(yīng)力，因此爱饲，許多熱作模的斷裂主要與內(nèi)應(yīng)力過(guò)大有關(guān)肢阿。

　　模具斷裂過(guò)程有兩種：一次性斷裂和疲勞斷裂。一次性斷裂為模具有時(shí)在沖壓時(shí)突然斷裂乳嘁，裂紋一旦萌生甸赏，后即失穩(wěn)、擴(kuò)展雀司。它的主要原因?yàn)閲?yán)重超載或模具材料嚴(yán)重脆化(如過(guò)熱硅拆、回火不足背渤、嚴(yán)重應(yīng)力集十及嚴(yán)重的冶金缺陷等)奉念。

　　3 模具失效原因及預(yù)防措施

　　(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)大的截面變化造成應(yīng)力集中，常常成為許多模具早期失效的根源鹿竭。并且在熱處理淬火過(guò)程中丽阎，尖銳轉(zhuǎn)角引起殘余拉應(yīng)力，縮短模具壽命胜溢。

　　預(yù)防措施：凸模各部的過(guò)渡應(yīng)平緩圓滑谴垫，任何役小的刀痕都會(huì)引起強(qiáng)烈的應(yīng)力集中，其直徑與長(zhǎng)度應(yīng)符合—定要求母蛛。

　　(2)模具材料質(zhì)量差引起的失效翩剪。

　　模具材料內(nèi)部缺陷，如疏松彩郊、縮孔前弯、夾雜成份偏析、碳化物分布不均秫逝、原表面缺陷(如氧化恕出、脫碳、折疊违帆、疤痕等)影響鋼材性能浙巫，

　　a．夾雜物過(guò)多引起失效。

　　鋼中存在夾雜物足模具內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的根源刷后，尤其是脆性氧化物和硅酸鹽等的畴，在熱壓力加工中不發(fā)生塑性變形，只會(huì)引起脆性的破裂而形成微裂紋尝胆。在以后的熱處理和使用中訪裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展苗傅，而引起模具的開(kāi)裂。此外燎拟，在磨削中靶疟，由于大顆粒夾雜物剝落造成表面孔洞。

　　b．表面脫碳引起失效享秒。

　　模具鋼在熱壓力加工和退火時(shí)脂桂，常常由于加熱溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)蛆古，而造成鋼材表面脫碳港驶，嚴(yán)重脫碳的鋼材在機(jī)械加工后，有時(shí)仍殘留有脫碳層舔伴，這樣在淬火時(shí)滨靴，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)變不一致溃柑，而產(chǎn)生裂紋巴疾。

　　c．碳化物分布不勻收斑，引起失效。

　　Crl2玲躯、Cr112MoV等模具鋼含碳量和合金元素較高据德，形成了許多共晶碳化物，這些碳化物在鍛造比較小時(shí)跷车，易呈現(xiàn)帶狀和網(wǎng)狀偏析棘利，導(dǎo)致淬火時(shí)常出現(xiàn)沿帶狀碳化物分布的裂紋，模具在使用中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展朽缴，而造成模具開(kāi)裂失效善玫。

　　預(yù)防措施：鋼在緞軋時(shí)，模具應(yīng)反復(fù)多方向鍛造密强，從而鋼中的共晶碳化物擊碎得更細(xì)小均勻蝌焚，保證鋼碳化物不均勻度級(jí)別要求。

　　(3)模具的機(jī)加上不當(dāng)誓斥。

　　a 切削中的刀痕：模具的型腔部位或凸模的圓角部位在機(jī)加工中只洒，常常因進(jìn)刀太探而使局部留下刀痕，造成嚴(yán)重應(yīng)力集中劳坑，當(dāng)進(jìn)行淬火處理時(shí)毕谴，應(yīng)山集中部位極易產(chǎn)生微裂紋。

　　預(yù)防措施：在零件粗加工的最后一道切削中距芬，應(yīng)盡量減少進(jìn)刀量霉尊，提高模具表面光潔度。

　　b 電加工引起失效珍催。模具在進(jìn)行電加工時(shí)督赡，由于放電產(chǎn)生大量的熱，將使模具被加工部位加熱到很高溫度禾底，使組織發(fā)生變化磷可，形成所謂的電加工異常層，在異常層表面由于高溫發(fā)生熔融据鼓，然后很快地凝固荸刁，該層在顯微鏡下呈白色，內(nèi)部有許多微細(xì)的裂紋弦银，白色層下的區(qū)域發(fā)生淬火态措，叫淬火層，再往里由于熱影響減弱宦衡，溫度不高桑抱，只發(fā)生回火，稱回火層尼荆。測(cè)定斷面硬度分布：熔融再凝固層左腔，硬度很高唧垦，達(dá)610~740HRC，厚度為30μm翔悠，淬火層硬度400~500HRC，厚為20μm野芒⌒畛睿回火屬高溫回火，組織較軟狞悲，硬度為380—400HRC撮抓，厚為10μm。

　　預(yù)防措施：①用機(jī)械方法去除開(kāi)常層中的再凝固層摇锋，尤其是微觀裂紋丹拯；②在電加工后進(jìn)行一次低溫回火，使異常層穩(wěn)定化荸恕，以防微裂紋擴(kuò)展乖酬。

　　c磨削加工造成失效。模具型腔面進(jìn)行磨削加工時(shí)洪洪，由于磨削速度過(guò)大先俐，砂輪粒度過(guò)細(xì)或冷卻條件差等因素影響，均會(huì)導(dǎo)致磨削表曲過(guò)熱或引起表面軟化极谚，硬度降低坷字，使模具在使用中因磨損嚴(yán)重，或熱應(yīng)力而產(chǎn)生 磨削裂紋疲些，導(dǎo)致早期失效通肋。

　　預(yù)防措施：①采用切削力強(qiáng)的粗砂輪或粘結(jié)性差的砂輪；②減少工件進(jìn)給量眷抠；③選用合適的冷卻劑璃蓬；④磨削加工后采用250~350℃回火，以除磨削應(yīng)力漏踊。

　　(4)模具熱處理工藝不合適匈歼。

　　加熱溫度的高低、保溫時(shí)間長(zhǎng)短摧辣、冷卻速度快慢等熱處理工藝參數(shù)選擇不當(dāng)飞校，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旨袒，導(dǎo)熱性差汁针，因此，加熱速度不能太快砚尽，應(yīng)緩慢進(jìn)行施无，防止模具發(fā)生變形和開(kāi)裂辉词。在空氣爐中加熱淬火時(shí)，為防止氧化和脫碳猾骡，采用裝箱保護(hù)加熱瑞躺，此時(shí)升溫速度不宜過(guò)快，而透熱也應(yīng)較慢兴想。這樣幢哨，不會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，比較安全嫂便。若模具加熱速度快捞镰，透熱快，模具內(nèi)外產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力毙替。如果控制不當(dāng)岸售，很容易產(chǎn)生變形或裂紋，必須采用預(yù)熱或減慢升溫加速度來(lái)預(yù)防弯枢。

　　b．氧化和脫碳的影響玖远。模具淬火是在高溫度下進(jìn)行的，如不嚴(yán)格控制涡瀑，表曲很易氧化和脫碳歧晕。另外，模具表面脫碳后洪铣，由于內(nèi)外層組織差異捕导、冷卻中出現(xiàn)較大的組織應(yīng)力、導(dǎo)致淬火裂紋学和。

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

　　(1)冷卻條件的影響袋滔。

　　不同模具材料厨鸣，據(jù)所要求的組織狀態(tài)、冷卻速度是不同的缩旬。對(duì)高合金鋼续誉，由于含較多合金元素，淬透性較高初肉，可以采用油冷酷鸦、空冷甚至等溫淬火和等級(jí)淬火等熱處理工藝。

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