1、模具失效的基本概念及失效主要形式模具失效的基本概念：眾所周知，模具在服役時，在其不同部位，承受著不同的作用力。一個副模 具在服役過程中，可能同時或先后出現多種損傷形式。大多數模具出現損傷后不會 立即喪失服役能力，僅在其中之一種損傷發展到足以妨礙模具的正常工作或是生產 出廢品時，此模具才停止服役。因此，所謂失效形式，就是使模具喪失服役能力的 某些損傷形式。冷、熱模具在服役中失效的基本形式有五種：塑性變形、磨損、疲勞、冷熱 疲勞、斷裂及開裂。東莞弘超研究表明，模具在工作過程中有可能同時出現多種損 壞形式，各種損傷之間乂相互滲透、相互促進、各自發展，而當某種損壞的發展導 致模具失去正常功能，則模具失

2、效。其中除冷熱疲勞主要出現在熱作模具外，其他 四種失效形式，在冷作或熱作模具上，均可能出現。失效分析的忖的：失效分析是指分析失效原因，研究和采取補救措施和預防措施的技術與管理 活動，再反饋于生產，因而是質量管理的一個重要環節（下圖為壓鑄模具熱龜裂的 表現圖）。失效分析的U的是尋找材料及其構件失效的原因，從而避免和防止類似事故 的發生，并提出預防或延遲失效的措施。失效分析工作在材料的正確選擇和使用， 新材料、新工藝、新技術的發展，產品設、制造技術的改進，材料及零件質量檢 查、驗收標準的制定、改進設備的操作與維護，促進設備監控技術的發展等方面均 起重要作用。金屬材料失效分析涉及的學科和技術種類極為

3、廣泛。學科包括金屬材料、金 屬學、冶金學、金屬工藝學、金屬焊接、材料力學、斷裂力學、金屬物理、摩擦 學、金屬的腐蝕與保護等。試驗分析技術包括金相、化學成分、力學性能、電子顯 微斷口、X射線相結構等。失效形式一：塑性變形當模具承受的負荷超過模具鋼材的屈服強度時，模具會產生塑性變形。東莞 市弘超模具科技有限公司根據實踐總結，圖例解讀模具的塑性變形概念和原理。0例如：凹模在服役中出現的型腔、型孔脹大，棱角倒塌以及沖頭在服役中出 現沖頭徹粗、縱向彎曲等，尤其是熱模具，模具的工作面與高溫的坯料接觸，使型 腔表面溫度往往超過熱作模具鋼的回火溫度，型槽內壁山于軟化而被壓塌或壓堆， 使型槽尺寸變樣，失去其尺寸

4、和形狀的精度而失效。還有冷擠壓沖頭所受到的負荷有時可能超過250kg/mm2,如果模具鋼材的抗 壓屈服極限不足，沖頭很快會徹粗；細長沖頭在受到偏心負荷時會因趨屈服強度不 足而發生彎曲變形；低淬透性的鋼種作冷徹模時，模具在淬火加熱后，對內孔進行 噴水冷卻產生一個硬化層。模具在使用時如果冷徹力過大，硬化層下面基底的抗壓 屈服強度不高時，模具孔腔便被壓塌。熱鍛模在服役中主要山于溫度升高，很容易在外力作用下發生變形走樣，壓 入法成型容易產生型槽邊角處內陷，徹粗法成型易將型槽邊角處壓堆，型槽內沖孔 凸臺與毛邊槽橋部均屬于壓塌或內陷。模具鋼的屈服強度，一般隨碳含量及某些合金元素的增多而升高。在硬度相 同的

5、條件下，不同化學成分的模具鋼具有不同的抗壓強度。例如：當模具鋼的硬度 為63HRC時，下列四種模具鋼的抗壓屈服強度山高到低的次序為：W18Cr4V-Crl2-Crl6W-5CrNiWo模具的塑性變形是模具金屬材料的屈服過程。是否產生塑性變形，起主導作 用的是機械負荷以及模具鋼的屈服強度。在高溫下工作的模具，是否產生塑性變 形，主要取決于模具的工作溫度和模具鋼的高溫強度。模具失效形式二：磨損模具在服役過程中，因金屬變形流動，在模具表面產生激烈的摩擦，引起模 具表面物質的損耗，使模具的兒何形狀及粗糙度發生變化，造成被加工零件的形 狀、尺寸和表面質量不符合要求時，模具即失效。如果在摩擦過程中，模具工

6、作表 面黏附了一些坯料金屬，因而使模具的兒何形狀發生變化而不能繼續服役，也視為 磨損失效。因此磨損失效表現為：刃口鈍化、棱角變圓、平面下陷、表面溝痕鈍 化、剝落黏模等。另外，熱沖孔頭在服役中，由于潤滑劑燃燒后轉化為高壓氣體， 對沖頭表面進行劇烈沖刷，造成一種很特殊的物質損耗形式，稱為氣蝕。9592 28KUX100 10QHM H037模具發生磨損失效的根本原因是摩擦，落料沖孔時，模具山磨損而使刃口變 鈍，沖壓出的零件毛刺增大，最后停止工作。冷沖時，如果沖壓負荷不大，磨損類 型主要是氧化磨損，也可能有某種程度的咬合磨損。當刃口部分逐漸變鈍或沖壓負 荷較大時，咬合磨損的情況變得嚴重而使磨損加快。

7、模具鋼的耐磨性，不僅取決于它的硬度，還取決于它的碳化物的性質、大 小、分布和數量。在模具鋼中，LI前以高速鋼和高碳高輅鋼的耐磨性最高。但在鋼 中存在有嚴重的碳化物偏析或大顆粒的碳化物的情況下，這些碳化物易剝落而引起 磨粒磨損，更使磨損加快。輕載冷作模具（薄板沖載、拉延、彎曲等）的沖擊載荷不大，主要是靜磨 損。在靜磨損條件下，模具鋼的含碳量愈多，其耐磨性愈高。在沖擊磨損條件下（如冷徹、冷擠、熱鍛等），模具鋼中過多的碳化物無助于提高其耐磨性，反而因 沖擊磨粒磨損會降低其耐磨性。研究表明，在沖擊磨粒磨損條件下，模具鋼的含碳 量以6%為上限，高于此值磨損過程急劇加快。冷徹模在沖擊載荷條件下工作，如 模

8、具鋼中碳化物過多，容易因沖擊磨損而出現表面剝落。這些剝落的硬粒子，將成 為磨粒，加快了磨損速度。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，還有高溫氧化腐蝕的作用。因此，熱作 模具的磨損過程極為復雜，磨損速度比冷作模具快得多。模具失效形式三：疲勞模具為什么會疲勞？如何延緩模具的疲勞。疲勞失效的特征，是在模具的某 些部位，經過一定的服役期，萌生了細小的裂紋，并逐漸向縱深擴展，裂紋擴展到 一定的尺寸后，嚴重削弱模具的承載能力而引起斷裂。疲勞裂紋萌生于應力較大的 部位，特別是有應力集中的部位（尺寸過渡、缺口、刀痕、磨削裂紋等）。疲勞斷 裂時，斷口可分為兩部

9、分：一部分是疲勞裂紋發展形成的疲勞處破裂斷面，呈現貝 殼狀，疲勞源位于貝殼頂點；另一部分為突然斷裂，呈現不平整的粗糙斷面。使模具發生疲勞損傷的根本原因是循環載荷。凡促使表面拉應力增大的因 素，均加速疲勞裂紋的萌生。冷作模具在高硬度狀態下服役，此時，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萌生，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，使疲勞裂紋的擴展循環數大大縮短。因此冷作模 具，其疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋萌生時間。熱作模具一般在中等或較低的硬度狀態下服役，模具的斷裂韌性比冷作模具 高得多。因此，在熱作模具中，疲勞裂紋的擴展速度低于冷作模具，臨界長度也大 于冷作模具。熱作模具疲勞裂紋的亞臨界擴展周期較冷作模具長得多。但是，熱作 模具表面受急冷急熱，容易萌生冷熱疲勞裂紋。熱作模具的疲勞裂紋萌生時間，比