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隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展，模具的應用越來越廣泛。目前大多數(shù)模具的使用壽命比較低，而且缺乏對模壽命管理的理論認識和指導依據(jù)，這不僅會影響模具沖壓生產的產品質量，而且會造成模具材料，加工工時等成本的巨大浪費，增加產品的成本并降低生產效率，嚴重制約了企業(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、局部嚴重磨損等。正常失效是指模具經(jīng)大批量生產使用，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，與成形坯料接觸，產生相對運動，接觸表面逐漸失去物質的現(xiàn)象叫磨損，如圖1所示。磨損失效可分以下幾種：

疲勞失效：兩接觸表面相對運動時，在循環(huán)應力（機械應力與熱應力）作用下，使表面金屬疲勞脫落的現(xiàn)象稱為疲勞磨損。

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

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

磨蝕磨損：在摩擦過程中，模具表面和周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，在加上摩擦力的機械作用，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）相對運動中，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

模具在工作時承受很大的應力，而且不均勻。當模具的某個部位的應力超過了當時溫度下模具材料的屈服極限時，就會以晶格滑移、孿晶、晶界滑移等方式產生塑性變形，改變了幾何形狀或尺寸，而且不能修復再工作時，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程。是否產生塑性變形，起主導作用的機械負荷以及模具的室溫強度。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材料的高溫強度。

2.冷沖模失效原因分析及對策

通過分析研究模具的使用壽命與模具的結構設計、模具材料的選用、熱處理、機械加工研磨、線切割工藝、沖壓設備、沖壓材料及工藝，模具潤滑、保養(yǎng)維修水平等諸多因素有關。其中引起模具失效的各種因素中，模具結構不合理、選材不當約占25％，熱處理不當約占45%，工藝問題約占10%；設備問題、潤滑問題等因素約占20%。

（1）模具結構對模具受力狀態(tài)的影響很大，合理的模具結構能使模具工作時受力均勻，不易偏載，應力集中小。故模具設計時應考慮模具關鍵件有足夠的強度、剛度，如對于小孔，夾角、窄槽等薄弱部分進行加強，減少應力集中。對于結構復雜的凹模采用鑲拼結構，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。正確選擇導向形式和確定導向機構的精度。一般情況下，導向機構的精度應高于凸、凹模的配合精度。導向性能好。有足夠的剛度，保證凸、凹模間隙均勻，防止凸模和凹模不會發(fā)生碰切現(xiàn)象。

沖壓模具工作時，要承受沖擊、振動、摩擦等荷載，工作條件復雜，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模具壽命影響很大。鑒于冷沖模的工作條件、生產批量大等生產技術要求；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）熱處理不當是導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力，它往往引起模具變形甚至開裂。為了減少殘余應力，模具淬火后應進行回火，回火應充分，回火不充分易產生磨前開裂。對碳素結構鋼，統(tǒng)計分析研究后，200℃回火1h，殘余應力消除約50%，回火2h殘余應力消除約75%～80%，，而500℃～600℃回火1h，殘余應力消除達90%。

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

 (4) 沖壓設備的精度和高度，結構特征，安裝環(huán)境及沖壓速度也是模具失效因素之一，因此沖壓設備的精度要高，剛性要好；沖床本身的框架結構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；適當調整沖壓速度，因為沖壓速度愈高，模具在單位時間內受的沖擊力愈大；時間愈短，沖擊能量來不及傳遞和釋放，易集中在局部，造成局部應力超過模具材料的屈服應力。

（5）為保證沖壓件的質量，降低成本，防止模具非正常失效，延長模具壽命，需對模具進行保養(yǎng)，確保模具的清潔和合理的潤滑，使用過程中嚴格控制凸模進入凹模的深度；及時刃磨，凸、凹模表面的粗糙度越低，耐疲勞強度越高，粗糙度值每降低1級，壽命可提高1倍，板料在沖裁時，隨著凸模進入板料深度的增加，材料向凸、凹模刃口流動，直到凸模刃口和凹模刃口之間產生裂紋重合時為止。在材料流動時，凸、凹模端面產生很大的摩擦力，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，及時刃磨，有利于提高沖模壽命。

3.結語

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