常见锻模失效形式及修复方法
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摘要：根据模具失效断裂的形式，从多方面分析失效断裂的主要原因，并提出相应的解决和预防措施，如在热处理工艺、锻造方法、结构设计、材料选择等，以改善模具的制造质量，提高模具的使用寿命。
关键词：模具 失效 预防措施
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
1、模锻中造成锻模失效的原因主要有：
（1）磨损。模锻中，毛坯在模膛内受到挤压流动，同时与模膛面发生剧烈的摩擦，造成模膛磨损，以致引起模膛尺寸变化与表面质量劣化，尤其是飞边槽过桥处磨损最为严重。因为毛坯金属变形填满模膛后流入飞边槽时，过桥处厚度薄、冷却快，金属与过桥壁摩擦特别剧烈。
预防措施：①控制热处理工艺规程，提高和保持锻模淬火硬度；②合理，建立可靠的保护膜，隔离互相摩擦的金属表面；③适当的表面处理如表面淬火、渗碳处理以及喷涂处理，以提高金属抗磨损的能力；④经常维护，保持锻模表面清洁。
（2）裂纹。锻模在反复受热和冷却的工作条件下，材料内部受到交变应力的影响逐步产生网纹装的细小裂纹，形成热龟裂，即热疲劳裂纹。在热应力与机械应力的反复作用下，在锻模的应力集中部位，如尖角、沟槽等处，极可能会由微裂纹扩展导致锻模裂纹、开裂。
预防措施：①提高模具材料的冶金质量和锻造质量，因为钢材中的脆性夹杂物边缘极易产生微裂纹，降低材料的抗疲劳性能，尤其是硅酸盐类夹杂物对锻模的疲劳寿命危害极大；②锻模型腔设计时应尽量减少和避免应力集中；③对锻模的工作表面进行强化处理，提高模具的耐疲劳寿命。
（3）焊合。 模锻过程中，由于模膛表面的损坏而出现非氧化非表面，这种表面极易和毛坯在相对滑动时发生局部焊合（俗称粘模现象），使一个表面材料转移到另一个表面所引起的磨损，称为粘着磨损。造成焊合的原因是由于摩擦表面粗糙不平，两摩擦表面实际上只有少量的微观点接触，在法向载荷的作用下，接触点的压力很大，使金属表面膜破裂，发生焊合。当两表面做相对滑动时，粘合点便发生剪切及材料的转移现象，形成磨屑。
预防措施：①模具材料选择应考虑与毛坯材料互溶性差异大。因同种材料的互溶性好，而互溶性越好，粘着磨损的倾向越大。②提高模具表面硬度。因材料硬度提高时，粘着磨损的倾向减小。
（4）断裂。锻模断裂失效的原因是多方面的，可分以下类型：①过载断裂。当锻模工作零件外加载荷超过其危险截面所能承受的极限应力时，将发生过载断裂。②疲劳断裂。锻模经过一定次数的循环载荷或交变应力作用后引发的疲劳断裂，其形成分为三个阶段：疲劳裂纹的萌生、裂纹的扩展、断裂或者瞬断。③脆性断裂。因锻模钢材存有夹杂物缺陷，或工艺处理不当都可能使其材质变脆从而引发脆性断裂。
预防措施：①设计方面。选材应综合考虑锻模的应用条件、载荷性质、技术要求等因素，结构设计应尽量避免应力集中。②工艺方面。表面强化处理可大大提高模具的疲劳寿命，表面适当的涂层课防止有害介质侵入而造成的脆性断裂。③安装使用方面。正确安装，防止产生附加应力和振动；保护设备运行环境，防止模具各部分温差过大；防止设备过载严格遵循设备操作规程。
（4）变形。模锻时由于外加载荷过大或局部升温过高，使锻模产生塑性变形而造成局部压塌现象以及因锻模工作零件材料的热硬性不足，或者因回火温度过高而造成硬度下降，也会引起锻模局部发生塑性变形。
预防措施：①合理选材，要求锻模材料的强韧性高、抗热变形性高；②严格控制热处理工艺规程，满足技术要求；③限制最大外加载荷。
模具修复在模具使用过程中占据十分重要的地位。锻模使用中发生故障和失效原因是多方面的，现针对锻模的不同失效现象采取不同的修复方法。
1.日常修复
（1）锻模局部断裂。可采用焊补方法进行修复。例如：对于长度较长的锻模（如曲轴锻模），由于预热不够或砧座不平等原因，造成锻模中间部分的断裂，可在模具两侧加装紧固夹板，并焊合成一体，提高其强度。有的锻模在小圆角处出现裂纹，可采用侧面加设紧固班并施以焊补进行修复。
（2）锻模模膛局部较严重缺陷（如塌陷、变形等）可采用堆焊进行修复。堆焊前应将需焊补部位清洁干净，以保证补焊质量。若有裂纹，应将该处清洁后加工成“V”型坡口（深度视裂纹而定）。焊后再用手提砂轮打磨复原。若堆焊部位是尖角应先加工成圆角，垂直面应先加工成斜面，以提高堆焊质量，堆焊后修磨复原。
（3）局部少量损伤。锻模使用中若发现有局部少量损伤时。应及时进行维修，以防止因“小伤变大病”而造成严重损坏，甚至早期报废。例如：模膛表面出现毛刺、微裂纹、轻微磨损、圆角处隆起、局部塌陷等情况，可使用风动砂轮、凿子扁锉等工具及时修理。或者采用电刷镀技术，对模具表面进行修复及强化处理，如模具模膛表面局部划伤、拉毛、蚀斑磨损等现象。修复后模具表面耐磨性、硬度、表面粗糙度值等均能够达到规定的性能指标。电刷镀工艺过程为：表面预加工除油除锈电净处理活化处理镀底层镀工作层镀后检查修整。
2、锻模翻新
锻模使用一段时间后，模膛边缘或突起部分出现明显的塌陷，或出现较多较深的热疲劳裂纹，或因严重磨损而引起的模膛变化，超出公差范围，造成模锻件表面质量或形状尺寸不合格时，应停止使用，并针对不同情况采用不同方法翻新。
（1）堆焊后加工翻新。有些锻模分模面切去一层金属后，因模膛出现较大磨损，可采用气体保护焊（氩弧焊）进行堆焊。氩弧焊具有氩气保护性好、堆焊层质量高、热量集中、热影响区小、成形良好和适应性强等优点。氩弧焊在锻模修复中应遵循以下要求：①焊条材料应当与所焊材料相同或相近，硬度值相同或接近，使修复后的模具硬度和组织均匀一致。②焊前需将锻模退火，损坏部分彻底清除掉，裂纹部分必须去除足够的深度（大于裂纹深度），塌陷及龟裂部位必须铲除厚度5mm以上的疲劳层。③堆焊时，电流强度应控制得很小，这样有助于防止模具局部硬化及产生粗大组织。
（2）切除分模面表层重新加工。对于一些形状较简单、型腔较浅的锻模，可将锻模的上下模拆下，先进行退火处理，然后从分模面切削去除表面金属，并按加工新模具的要求进行机械加工（或电加工），将模膛加深至尺寸要求，再进行热处理，经检验合格后方可继续使用。特别注意锻模翻新后，上下模的总高度不得小于锻锤允许的最小高度Нmin模膛最深处至燕尾肩部平面的最小壁厚不得小于锻锤所允许的最小壁厚Bmin例如：10KN模锻锤，最小高度Нmin=320mm，最小壁厚Bmin=40mm。翻新的锻模必须留出高50mm的最小检验面。
参考文献：
[1] 邓明主编 实用模具设计简明手册[M] 北京 机械工业出版社 2006 3
[2] 王鹏驹主编模具技术手册（轻工模具手册之一）[M] 北京 机械工业出版社 1997
[3] 廖念钊、古莹庵、李硕根编互换性与技术测量[M] 北京 中国计量出版社 2000