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隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展，模具的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前大多數(shù)模具的使用壽命比較低，而且缺乏對(duì)模壽命管理的理論認(rèn)識(shí)和指導(dǎo)依據(jù)，這不僅會(huì)影響模具沖壓生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)造成模具材料，加工工時(shí)等成本的巨大浪費(fèi)，增加產(chǎn)品的成本并降低生產(chǎn)效率，嚴(yán)重制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.模具失效形式及原理      

模具早期的失效形式有塑性變形、斷裂、局部嚴(yán)重磨損等。正常失效是指模具經(jīng)大批量生產(chǎn)使用，因緩慢塑性變形或較均勻的磨損或疲勞斷裂而不能繼續(xù)工作。模具的種類(lèi)繁多，工作狀態(tài)差別很大，損壞部位也各異，但失效形式歸納起來(lái)大致有三種，即磨損、斷裂、塑性變形。

（1）磨損失效

模具在工作時(shí)，與成形坯料接觸，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象叫磨損，如圖1所示。磨損失效可分以下幾種：

疲勞失效：兩接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）作用下，使表面金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞磨損。

氣蝕磨損和沖蝕磨損：金屬表面的氣泡破裂，產(chǎn)生瞬間的沖擊和高溫使模具表面形成微小麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫氣蝕磨損。

液體和固體微小顆粒反復(fù)高速?zèng)_擊模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻點(diǎn)和凹坑的現(xiàn)象叫沖蝕磨蝕。

磨蝕磨損：在摩擦過(guò)程中，模具表面和周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，在加上摩擦力的機(jī)械作用，引起表面材料脫落的現(xiàn)象叫磨蝕磨損。在模具與工件（坯料）相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，磨損往往是以多種形式并存，并相互影響。

（2）斷裂失效

模具出現(xiàn)大裂紋或分離為兩部分和數(shù)部分喪失工作能力，稱(chēng)為斷裂失效。如圖2所示。

斷裂可分為塑性斷裂和脆性斷裂。模具材料多為中、高強(qiáng)度鋼，斷裂的形式多為脆性斷裂。脆性斷裂又可分為一次性斷裂和疲勞斷裂。

（3） 塑性變形失效

模具在工作時(shí)承受很大的應(yīng)力，而且不均勻。當(dāng)模具的某個(gè)部位的應(yīng)力超過(guò)了當(dāng)時(shí)溫度下模具材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)以晶格滑移、孿晶、晶界滑移等方式產(chǎn)生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復(fù)再工作時(shí)，叫塑性變形失效。塑性變形的失效形式變現(xiàn)為鐓粗、彎曲、型腔脹大、塌陷等。

模具的塑性變形是模具金屬材料的屈服過(guò)程。是否產(chǎn)生塑性變形，起主導(dǎo)作用的機(jī)械負(fù)荷以及模具的室溫強(qiáng)度。在高溫下工作的模具，是否產(chǎn)生塑性變形，主要取決于模具的工作溫度和模具材料的高溫強(qiáng)度。

2.冷沖模失效原因分析及對(duì)策

通過(guò)分析研究模具的使用壽命與模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具材料的選用、熱處理、機(jī)械加工研磨、線切割工藝、沖壓設(shè)備、沖壓材料及工藝，模具潤(rùn)滑、保養(yǎng)維修水平等諸多因素有關(guān)。其中引起模具失效的各種因素中，模具結(jié)構(gòu)不合理、選材不當(dāng)約占25％，熱處理不當(dāng)約占45%，工藝問(wèn)題約占10%；設(shè)備問(wèn)題、潤(rùn)滑問(wèn)題等因素約占20%。

（1）模具結(jié)構(gòu)對(duì)模具受力狀態(tài)的影響很大，合理的模具結(jié)構(gòu)能使模具工作時(shí)受力均勻，不易偏載，應(yīng)力集中小。故模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮模具關(guān)鍵件有足夠的強(qiáng)度、剛度，如對(duì)于小孔，夾角、窄槽等薄弱部分進(jìn)行加強(qiáng)，減少應(yīng)力集中。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，選擇合理的間隙，改善凸模工作部分的受力狀態(tài)，使沖裁力、卸料力和推件力下降，以減少凸、凹模的磨損。正確選擇導(dǎo)向形式和確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的精度。一般情況下，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的精度應(yīng)高于凸、凹模的配合精度。導(dǎo)向性能好。有足夠的剛度，保證凸、凹模間隙均勻，防止凸模和凹模不會(huì)發(fā)生碰切現(xiàn)象。

沖壓模具工作時(shí)，要承受沖擊、振動(dòng)、摩擦等荷載，工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。因此模具材料的選用對(duì)模具壽命影響很大。鑒于冷沖模的工作條件、生產(chǎn)批量大等生產(chǎn)技術(shù)要求；一般選用有較高的耐磨性和足夠的韌性，熱處理變形較小，有一定熱硬性的的材料。

（2）熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要原因，從模具分析得知，45%的模具失效是由于熱處理不當(dāng)造成的。模具熱處理包括退火，粗加工后高溫回火或低溫回火，精加工后的淬火與回火，線切割以后的去應(yīng)力低溫回火。只有冷熱加工很好的相互配合，才能保證良好的模具壽命，模具淬火后存在很大的殘余應(yīng)力，它往往引起模具變形甚至開(kāi)裂。為了減少殘余應(yīng)力，模具淬火后應(yīng)進(jìn)行回火，回火應(yīng)充分，回火不充分易產(chǎn)生磨前開(kāi)裂。對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，統(tǒng)計(jì)分析研究后，200℃回火1h，殘余應(yīng)力消除約50%，回火2h殘余應(yīng)力消除約75%～80%，，而500℃～600℃回火1h，殘余應(yīng)力消除達(dá)90%。

（3）線切割加工前，原材料因淬火呈拉應(yīng)力狀態(tài)，線切割時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是拉應(yīng)力，兩種應(yīng)力疊加很容易達(dá)到材料的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生裂紋，從而造成模具過(guò)早失效。因此線切割加工后，需經(jīng)過(guò)研磨去掉表面硬度低的白層再在160℃～180℃回火2h，從而降低線切割產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高冷沖模的韌性，延長(zhǎng)模具使用壽命。

 (4) 沖壓設(shè)備的精度和高度，結(jié)構(gòu)特征，安裝環(huán)境及沖壓速度也是模具失效因素之一，因此沖壓設(shè)備的精度要高，剛性要好；沖床本身的框架結(jié)構(gòu)和地基隔離帶要保證沖床的水平度，再者沖床要定期檢修維護(hù)；適當(dāng)調(diào)整沖壓速度，因?yàn)闆_壓速度愈高，模具在單位時(shí)間內(nèi)受的沖擊力愈大；時(shí)間愈短，沖擊能量來(lái)不及傳遞和釋放，易集中在局部，造成局部應(yīng)力超過(guò)模具材料的屈服應(yīng)力。

（5）為保證沖壓件的質(zhì)量，降低成本，防止模具非正常失效，延長(zhǎng)模具壽命，需對(duì)模具進(jìn)行保養(yǎng)，確保模具的清潔和合理的潤(rùn)滑，使用過(guò)程中嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度；及時(shí)刃磨，凸、凹模表面的粗糙度越低，耐疲勞強(qiáng)度越高，粗糙度值每降低1級(jí)，壽命可提高1倍，板料在沖裁時(shí)，隨著凸模進(jìn)入板料深度的增加，材料向凸、凹模刃口流動(dòng)，直到凸模刃口和凹模刃口之間產(chǎn)生裂紋重合時(shí)為止。在材料流動(dòng)時(shí)，凸、凹模端面產(chǎn)生很大的摩擦力，而摩擦力大小在很大程度上取決于凸、凹模端面粗糙度的高低，因此，及時(shí)刃磨，有利于提高沖模壽命。

3.結(jié)語(yǔ)

模具非正常失效是延長(zhǎng)模具壽命的技術(shù)瓶頸，通過(guò)分析研究模具制造和使用過(guò)程中引起模具失效的各個(gè)原因，可以有效地防止了模具的非正常失效，從而延長(zhǎng)模具壽命，降低成本。為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有利的技術(shù)支持。