冲压模具的失效形式分析与思考

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摘 要：本文简单介绍了冲压模具失效的几种形式，并针对每种失效形式产生

的原因进行了具体分析，提出了相应的预防及解决措施。

关键词：冲压模具；失效形式；分析；措施

1 前言

随着我国现代工业技术的不断发展，冲压模具在工业生产中起到了越来越广泛的应用。冲压模具质量的好坏直接决定了所冲产品质量的优劣。然而，冲压模具在使用过程中，常常出现各种形式的失效情况，应对这些失效，往往需要耗费一定的时间、人力、物力以及财力资源，严重影响到了工业生产的进度，不利于企业经济效益的提高。因此，如何有效地预防冲压模具的失效，最大限度的提高其使用寿命，是很多企业共同面临的一个技术难题。只有对冲压模具的失效形式做出正确分析，归属其失效类型，才能精准地找出其失效的原因，采取相应的技术措施对其修复或预防，延长其使用寿命。

2 冲压模具失效形式概述

2.1 冲压模具失效的涵义

冲压模具在使用过程中，因各种原因如结构形状、尺寸的变化以及零部件组织与性能的变化等，使得冲压模具冲不出合格的冲压件，同时也无法再修复的情形就叫做冲压模具的失效。鉴定模具是否失效的判据有三种：一是模具已经完全丧失工作能力；二是模具虽然可以工作，但无法完成设定的功能；三是模具因结构受到严重损害，使用时存在安全隐患。

2.2 冲压模具失效的形式

冲压模具在使用过程中，因模具本身类型、结构、材料的不同以及实际工作条件的不同，会表现出不同的失效形式，主要可分为以下四种。

（1）磨损失效。冲压模具在正常工作过程中，往往会与加工的成形坯料直接接触，二者之间因相对运动而产生摩擦，造成冲压模具表面磨损。当磨损程度达到一定限度时，模具表面失去原来的状态，使之无法冲出合格的冲压件，这就是磨损失效。磨损在任何机械的使用过程中是不可避免的，因此是一种正常的失效形式，也是冲压模具失效形式中最为主要的一种。根据磨损机理，可将磨损失效细分为四种：①磨粒磨损失效。当坯料与模具接触的表面间存在硬质颗粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在坚硬的突出物时，会摩擦并刮划模具的表面，严重时就会使模具表面材料脱落，造成磨粒磨损失效。②黏着磨损失效。冲压模具作用于坯料时，彼此之间存在相互作用力，有时黏着部分会因受力不均而发生断裂，造成模具表面物质脱落或转移，这种失效形式就是黏着磨损失效。③疲劳磨损失效。模具的有些部位经过长时间的使用，在与坯料摩擦力的循环作用下，难免会产生一些细小的裂纹，随着使用时间的推移，细纹逐渐加深，加深到一定尺度时，造成模具表面物质发生脱落，甚至模具因承载力不足而断裂。④腐蚀磨损失效。冲压模具在使用过程中，模具表面物质很容易与周围介质（如空气、水等）发生化学腐蚀或电化学腐蚀，加上摩擦力的作用，时间久了，就会造成模具表面物质侵蚀变质，发生脱落。

实际上，磨具与坯料作用时，磨具表面受到的磨损是极其复杂并且难以预测的，不可能仅仅只受某种磨损方式的影响，因此，实际生产加工中反映出来的磨损失效形式可能是多种形式相互作用的结果。

（2）断裂失效。所谓的断裂失效是指冲压模具因产生较大裂纹或者断裂为两部分（数部分）。断裂可分为两种：早期断裂（一次性断裂）以及疲劳断裂。早期断裂指的是冲压模具表面受到冲击载荷的压力过大，超出其负荷能力，造成迅速断裂。相反，造成疲劳断裂的应力通常较低，在模具的承受范围之内，但由于这种应力的频繁作用，细小裂纹开始逐渐扩展，最后引发断裂。

（3）变形失效。冲压模具在工作过程当中，若是零件所受到的应力超出其弯曲极限，就会发生塑性变形。当塑性形变形达到一定程度时，会造成模具内零件的尺寸和形状发生显著变化，模具无法再正常使用，也就是变形失效。变形失效的外表现为弯曲、塌陷、镦粗等。

（4）啃伤失效。冲压模具因一些客观原因致使其凸、凹模互相啃刃，造成冲压模具崩裂。

3失效原因及措施

冲压模具失效后，应及时对其进行检查分析，找准失效的原因，并对症下药，采取相应的解决措施，延长冲压模具的使用寿命，提高其经济效益。以下分析了造成以上几种失效形式的主要原因，并针对每种失效形式提出了相应的改善措施。

3.1 磨损失效的原因及措施

造成冲压模具因过度磨损而失效的原因很多，归结起来可以从三方面来考虑：一是冲压模具本身的原因，如模具自身的耐磨性能不好；其工作零件的硬度太低；模架的精度偏低等。二是被冲材料的原因，包括坯料硬度太大，对模具表面产生过的摩擦力；被冲材料表面发生氧化作用，造成摩擦力增大等。三是其他因素的影响。如所添加剂效果不好等。

针对以上原因造成的磨损失效，可以从以下几个方面加以改善：

（1）选择合适的模具材料。模具材料的选择会因模具用途的不同、生产冲压件的数量不同而有所差异。表1给出的是不同用途的模具对材料的选择。

表1 不同用途的模具对材料的选择

模具用途 生产量 使用模具材料

生产低薄板以及有色金属 小批量 T10A或T8A等较为低廉的碳素工具钢

生产厚度≤2nm的钢材 小批量 9GCr15、9Mn2V、9SiCr等合金工具钢

生产厚度≥2nm的钢材 大批量 Gr12MoV、Gr12工具钢以及集体钢、高速钢、钢结硬质合金等

（2）对冲压模具表面进行强化处理。可以在加热淬火以前，向模具表面进行渗杂处理，包括渗硼、渗碳、渗硫、渗氮或碳氮共渗，或在淬火后采用离子渗氮或者气体软氮化的技术对磨具表面进行改性处理，以此来提高冲压模具刃口的各种性能，比如耐热性、耐磨性、抗腐蚀性等。通过对冲压模具表面进行化学或物理气相沉淀、电火花强化以及激光强化等工艺技术处理，可以大大提高模具表面的硬度，获得更好的耐磨性质及抗腐蚀、抗粘黏性质，从而很大程度地改善磨具的整体性能，极大地提高模具的使用寿命。

除以上措施外，还应该对模具表面适时进行处理，减小模具与被冲器件的摩擦；时刻关注生产中容易发热的部位，并采取必要的冷却措施；生产加工前，应认真检查坯料的状态，对表面不良的坯料应进行及时清理或其他预先处理；调整模具凸凹模的合理间隙。

3.2 断裂失效的原因及措施

造成断裂失效的原因主要有两种：一种是过载断裂，另一种是扩展断裂。

当凸凹模同轴度相差较大，间隙分布不均匀，模架精度偏低时，会造成凸模在冲压过程中因受到过大的侧向力而发生断裂；凸模表面各个截面的过渡部位圆角过于尖锐，产生高于平均应力十倍之上的集中应力，造成模具承载后发生断裂。对于这种因过载而产生的断裂失效，可采取以下措施加以解决：

（1）改进设计结构。对于冲孔直径在2.5mm以下，断面积在52mm2，长度在12.5mm以上的异型孔凸模，应对杆部进行适当加粗处理，可用导向圈等工具进行加固，加大圆角半径，确保凸模各部位的过渡平滑，同时可采用其他结构如镶拼或预应力结构来减少模具应力集中的情况。

（2）在冲压模具设计过程中，应对模具强度进行校核，然后选择高一级强度的模具材料，确保模具具有足够的承载力；对热处理件要进行抽样检查，确保其强度，韧性符合标准。

冲压模具在生产工作中，造成模具扩展断裂的裂纹有很多种，包括淬火裂纹、回火裂纹、磨削裂纹、自发裂纹、脱碳裂纹、电加工裂纹等。针对不同的裂纹有不同的预防措施。

对于淬火裂纹的预防，主要是要对零件的形状进行合理设计。要将壁厚设计得尽可能相等，壁厚相差较远的两部分不能设计成一体，采用镶拼结构时应确保各模块强度尽量一致；转角部分圆角应该有较大的半径，杜绝尖角的情况；对于热处理工艺，应根据制件的实际情况包括其形状、大小以及材质等，选择适宜的工艺。

对于回火裂纹的预防，应做到零件在加热至300℃以前，采取缓慢加热的方式进行，不能加热过急，否则会因热应力过大而造成开裂；回火时也不能急剧冷却，应进行空冷处理，因为急冷会产生马氏体相变应力，造成开裂。

对于自发裂纹的预防，采用的措施是：淬火后马上进行回火，若是在常温下放置时间过长，零件会因受到相变应力而造成开裂。通常淬火到回火的间隔时间不能超过3小时，如果因某些原因不能马上回火，可以先置于100℃介质中进行保温处理，以此来延长间隔时间。

对于磨削裂纹的预防，若是淬火零件较多，磨削量较大，可以先进行低温回火（150℃）或中温回火（300℃）；砂轮整修时，应确保砂轮足够锋利并且粒度合适，以此来降低磨削热，减小磨削烧伤。

对于脱碳开裂的预防，可采取的措施是用真空加热或保护气加热的方法控制加热温度，防止工件因受热温度过高而发生开裂。

对于电火花加工裂纹的预防，应在加工过程中，尽量采用较小的电规准，防止电火花产生的瞬时高温在淬火件表面产生裂纹；加工后应对变质表面层进行抛光操作。

3.3 变形失效的原因及措施

造成模具变形失效的原因主要是模具表面的负荷过大。对于这种失效形式，可以从材料选择或强化处理等方面提高受力部位的强度。

3.4 啃伤失效的原因及措施

造成啃伤失效的原因主要有装配质量不过关、安装不当、压力机的导向精度不高、送料出现误差等。对啃伤失效可用高导向精度装置的模具进行生产加工，确保零件位置的精度，减小侧向力，避免凹凸模相互啃伤。

4结语

冲压模具失效与其结构、使用材料、工作条件等都有关系。实际生产中，模具失效是一个普遍又复杂的综合性问题，受到很多因素的共同影响。因此，必须根据具体实际情况，进行具体分析，找出造成模具失效的原因，并采取相应行之有效的措施来加以预防或解决。只有这样，才能使冲压模具的使用寿命得到最大限度地延长，经济效益得到显著增加。

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