模具在生產應用過程中,經常發生各種不同情況的失效,浪費大量的人力、物力,影響了生產進度。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防措施。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;疲勞;斷裂。

1.塑性變形。

塑性變形即承受負荷大于屈服強度而產生的變形。如凹模出現型腔塌陷、型孔擴大、棱角倒塌陷以及凸模出現鐓粗、縱向彎曲等。尤其熱作模具,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,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,如冷鐓力過大,硬化層下面的基底抗壓屈服強度不高,模具孔腔便被壓塌。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,在硬度相同的情況下,不同化學成分的鋼具有的抗壓強度不同,當鋼硬度為63HRC時,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

磨損失效是指刃門鈍化、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而粘了些坯料金屬)。另外,凸模在工作中,由于潤滑劑燃燒后轉化為高壓氣體,對凸模表面進行劇烈沖刷,形成氣蝕。

冷沖時,如果負荷不大,磨損類型主要為氧化,磨損也可為某種程度的咬合磨損,當刃口部分變鈍或沖壓負荷較大時,咬合磨損的情況會變得嚴重,而使磨損加快,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、大小、分布和數量,在模具鋼中,目前高速鋼和高鉻鋼的耐磨性較高。但在鋼中存在有嚴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。

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

模具失效原因及預防措施

1.結構設計不合理引起失效。

尖銳轉角(此處應力集中高于平均應力十倍以上)和過大的截面變化造成應力集中,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,尖銳轉角引起殘余拉應力,縮短模具壽命。

預防措施:凸模各部的過渡應平緩圓滑,任何役小的刀痕都會引起強烈的應力集中,其直徑與長度應符合—定要求。

2.模具材料質量差引起的失效。

模具材料內部缺陷,如疏松、縮孔、夾雜成份偏析、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。

鋼中存在夾雜物足模具內部產生裂紋的根源,尤其是脆性氧化物和硅酸鹽等,在熱壓力加工中不發生塑性變形,只會引起脆性的破裂而形成微裂紋。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,在磨削中,由于大顆粒夾雜物剝落造成表面孔洞。

②表面脫碳引起失效。

模具鋼在熱壓力加工和退火時,常常由于加熱溫度過高,保溫時間過長,而造成鋼材表面脫碳,嚴重脫碳的鋼材在機械加工后,有時仍殘留有脫碳層,這樣在淬火時,由于內外層組織的不同(表面脫碳層為鐵索體,內部為珠光體)造成組織轉變不一致,而產生裂紋。

③碳化物分布不勻,引起失效。

Crl2、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,這些碳化物在鍛造比較小時,易呈現帶狀和網狀偏析,導致淬火時常出現沿帶狀碳化物分布的裂紋,模具在使用中裂紋進一步擴展,而造成模具開裂失效。