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模具在生產(chǎn)應(yīng)用過程中，經(jīng)常發(fā)生各種不同情況的失效，浪費(fèi)大量的人力、物力，影響了生產(chǎn)進(jìn)度。

(1)塑性變形

塑性變形即承受負(fù)荷大于屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的變形。如凹模出現(xiàn)型腔塌陷、型孔擴(kuò)大、棱角倒塌以及凸模出現(xiàn)鐓粗、縱向彎曲等。尤其是熱作模具，其工作表面與高溫材料接觸，使型腔表面溫度往往超過熱作模具鋼的回火溫度，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)，模具在淬火加熱后，對內(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)，如冷鐓力過大，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。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，當(dāng)鋼硬度為63HRC時(shí)，下列4種鋼的抗屈服強(qiáng)度由高到低依次為:W18Cr4V> Cr12>Cr6wV>5CrNiW

(2)磨損失效

磨損失效是指刃口鈍化、棱角變圓、平面下陷、表面溝痕、剝落粘膜(在摩擦中模具工作表面粘了些坯料金屬)。另外，凸模在工作中，由于潤滑劑燃燒后轉(zhuǎn)化為高壓氣體，對凸模表面進(jìn)行劇烈沖刷，形成汽蝕。 

冷沖時(shí)，如果負(fù)荷不大，磨損類型主要為氧化，磨損也可為某種程度的咬合磨損，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，從面使磨損加快，模具鋼的耐磨性不僅取決于其硬度，還取決于碳化物的性質(zhì)、大小、分布和數(shù)量，在模具鋼中，目高速鋼和高鉻鋼的耐磨性較高。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，而引起磨粒磨損，使磨損加快。較輕冷作模具鋼(薄板沖裁、拉伸、彎曲等)的沖擊，載荷不大，主要為靜磨損。在靜磨損條件下，模具鋼的含碳量多，耐磨性就大。在沖擊磨損條件下(如冷鐓、冷擠、熱鍛等)，模具鋼中過多的碳化物無助于提高耐磨性，反而因沖擊磨粒磨損，而降低耐磨性。

研究表明，在沖擊磨粒磨損條件下，模具鋼含碳量以0.6%為上限，冷鐓模在沖擊載荷條件下工作，如模具鋼中碳化物過多，容易因沖擊磨損而出現(xiàn)表面剝落。這些剝落的硬粒子將成為磨粒，加快磨損速度。熱作模具的型腔表面，由于高溫軟化而使耐磨性降低，此外，氧化鐵皮也起到磨料的作用，同時(shí)還有高溫氧化腐蝕作用。

(3)疲勞失效

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，并逐漸向縱深擴(kuò)展，擴(kuò)展到一定尺寸時(shí)，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，特別是應(yīng)力集中部位(尺寸過渡、缺口、刀痕、磨損裂紋等處)，疲勞斷裂時(shí)斷口分兩部分，一部分為疲勞裂紋發(fā)展形成的疲勞處破裂斷面，呈現(xiàn)貝殼狀，疲勞源位于貝殼頂點(diǎn)。另一部分為突然斷裂，呈現(xiàn)不平整粗糙斷面。

冷作模具在高硬狀態(tài)下工作時(shí)，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，但低的斷裂韌性使疲勞裂紋的擴(kuò)展速率加快和臨界長度減小，使疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)數(shù)大大縮短，因此，冷作模具疲勞壽命主要取決于疲勞
裂紋萌生時(shí)間。

熱作模具一般在中等或較低的硬度狀態(tài)下服役，模具斷裝性比冷作模具高得多，因此，在熱作模具中，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度低于冷作模具，臨界長度大于冷作模，熱作模具疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展周期較冷作模長得多，但熱作模具表面受急冷、急熱很易萌生冷熱疲勞裂紋，熱作模具的疲勞裂紋萌生時(shí)間比冷作模短得多，因此，許多熱作模的疲勞斷裂壽命主要取決于疲勞裂紋擴(kuò)展的時(shí)間。

(4)斷裂失效

斷裂失效常見形式有崩刃、劈裂、折斷、脹裂等，不同模具，斷裂的驅(qū)動(dòng)力不同，冷作模具所受的主要為機(jī)械作用力(沖壓力)。熱作模所受除機(jī)械力外，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，又采用強(qiáng)制冷卻，其內(nèi)應(yīng)力可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)械應(yīng)力，因此，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。一次性斷裂為模具在沖壓時(shí)突然斷裂，裂紋一旦萌生，后即失穩(wěn)、擴(kuò)展。它的主要原因?yàn)閲?yán)重超載或模具材料嚴(yán)重脆化(如過熱、回火不足、嚴(yán)重應(yīng)力集中及嚴(yán)重的冶金缺陷等)。

模具失效原因及預(yù)防措施如下：

(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，并且在熱處理淬火過程中，尖銳轉(zhuǎn)角引起殘余拉應(yīng)力，縮短模具壽命。

預(yù)防措施:凸模各部的過渡應(yīng)平緩圓滑，任何小的刀痕都會(huì)引起強(qiáng)烈的應(yīng)力集中，其直徑與長度應(yīng)符合一定要求。

(2)模具材料質(zhì)量差引起的失效

模具材料內(nèi)部缺陷，如疏松、縮孔、夾雜、成分偏析、碳化物分布不均、原表面缺陷(如氧化、脫碳、折疊、疤痕等)影響鋼材性能。

①夾雜物過多引起失效。鋼中存在夾雜物是模具內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的根源，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，只會(huì)引起脆性的破裂而形成微裂紋，在以后的熱處理和使用中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，而引起模具的開裂。此外，在磨削中，由于大顆粒夾雜物剝落從而造成表面孔洞。

②表面脫碳引起失效，模具鋼在熱壓力加工和退火時(shí)，常常由于加熱溫度過高，保溫時(shí)間過長，而造成鋼材表面脫碳，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，這樣在淬火時(shí)，由于內(nèi)外層組織的不同(表面脫碳層為鐵素體，內(nèi)部為珠光體)造成組織轉(zhuǎn)變不一致，而產(chǎn)生裂紋。

③碳化物分布不均引起失效。Cr12、Cr12MoV等模具鋼含碳量和合金元素含量較高，形成了許多共品碳化物，這些碳化物在鍛造比較小時(shí)，易呈現(xiàn)帶狀和網(wǎng)狀偏析，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，而造成模具開裂失效。

預(yù)防措施:鋼在鍛軋時(shí)，模具應(yīng)反復(fù)多方向鍛造，從而鋼中的共晶碳化物被擊碎得更細(xì)小均勻，保證鋼碳化物不均勻度級別要求。

(3)模具的機(jī)加工不當(dāng)

①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，常常因進(jìn)刀太深而使局部留下刀痕，造成嚴(yán)重應(yīng)力集中，當(dāng)進(jìn)行淬火處理時(shí)，應(yīng)力集中部位極易產(chǎn)生微裂紋。

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

②電加工引起失效模具在進(jìn)行電加工時(shí)，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，使組織發(fā)生變化，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，然后很快地凝固，該層在顯微鏡下呈白色，內(nèi)部有許多微細(xì)的裂紋，白色層下的區(qū)域發(fā)生淬火，叫淬火層，再往里由于熱影響減弱，溫度不高，只發(fā)生回火，稱回火層。測定斷面硬度分布:熔融再凝固層，硬度很高，達(dá)610~740HRC，厚度為30μm，淬火層硬度400~500HRC，厚為20um。回火屬高溫回火，組織較軟，硬度為380~400HRC，厚為10μm。

預(yù)防措施:用機(jī)械方法去除異常層中的再凝固層，尤其是微觀裂紋;在電加工后進(jìn)行一次低溫回火，使異常層穩(wěn)定化，以防微裂紋擴(kuò)展。
③磨削加工造成失效模具型腔面進(jìn)行磨削加工時(shí)，由于磨削速度過大，砂輪粒度過細(xì)或冷卻條件差等，均會(huì)導(dǎo)致磨削表面過熱或引起表面軟化，硬度降低，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，導(dǎo)致早期失效。

預(yù)防措施:采用切削力強(qiáng)的粗砂輪或黏結(jié)性差的砂輪;減少工件進(jìn)給量;選用合適的冷卻劑;磨削加工后采用250~350℃回火以除磨削應(yīng)力。

(4)模具熱處理工藝不合適

①加熱速度模具鋼中含有較多的碳和合金元素，導(dǎo)熱性差因此，加熱速度不能太快，應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止模具發(fā)生變形和開裂。在空氣爐中加熱淬火時(shí)，為防止氧化和脫碳，采用裝箱保護(hù)加熱，此時(shí)升溫速度不宜過快，而透熱也應(yīng)較慢。這樣，不會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，比較安全。若模具加熱速度快，透熱快，模具內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。如果控制不當(dāng)，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預(yù)防。

②氧化和脫碳模具淬火是在高溫下進(jìn)行的，如不嚴(yán)格控制，表面很易氧化和脫碳。另外，模具表面脫碳后，由于內(nèi)外層組織差異，冷卻中出現(xiàn)較大的組織應(yīng)力，導(dǎo)致淬火裂紋。

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