作模具钢失效分析中几个问题探讨瓷砖切割机

作模具钢失效分析中几个问题探讨

作模具钢失效分析中几个问题探讨 2011： 摘要：分析了冷作模具钢失效的三种典型类型，即过载失效、磨损失效和疲劳失效的形态和特征；对比了几种冷作模具钢工艺和性能；重点探讨了高硬度冷作模具钢的表面开裂敏感性、缺口断裂性能与工艺参数的关系，提出一些提高冷作模具断裂抗力、减少模具早期失效的途径。

关键词：冷作模具钢；失效分析；断口形态：工艺和性能

模具是制造技术中的重要基础工艺装备，模具产品的质量不仅关系到生产制品的质量、性能，而且直接影响到制造成本和效率。我国模具生产厂点约2万余家，模具总产值超过450亿元人民币。在汽车、家电、通讯和仪器仪表、塑料、金属加工等行业的模具产品中，冷作模具占有相当市场。

根据以往冷作模具使用和失效情况统计，模具质量很大程度取决于模具选材和工艺制定，依据模具使用条件，正确选择模具材质和制定合理的处理工艺对减少冷作模具早期失效非常重要。这里主要探讨与冷作模具失效分析有关的几个问题。

1 冷作模具材料及性能要求

冷作模具主要完成金属或非金属材料的冷成形，包括冷冲压、冷挤压和冷镦模具等。与热作模具相比，这类模具工作载荷大、尺寸精度、表面质量要求高、加工批量大，多数为最终产品。为适应这种工况要求，多采用高碳或高合金钢制作冷作模具，工作硬度为58-60HRC。

通常选用的冷作模具钢要求有足够的强度(包括抗拉，抗压和抗弯强度)，足够的韧度，足够的硬度和抗磨能力(特别是表面)，足够的抗疲劳能力(特别是多冲疲劳性能)；对于大载荷的冷挤压和冷镦锻体成型模具，因剧烈变形产生热量(约300℃)，要求材料具有更高的抗变形和断裂能力。

根据文献[3～8]整理的部分冷作模具钢典型处理工艺及其力学性能表见表1，可以供选择模具材料和制定处理工艺时参考。

2 冷作模具失效分析中的一些问题探讨

通过对国内冷镦、冷冲、冷挤压模具失效情况调查分析，统计结果如表2所示。

从表2统计结果看，冷作模具主要失效类型是过载失效和磨损失效，约占失效总数80％-90％。冷镦模具以裂断或非正常磨损(局部脱落)为主，冷挤压模具以脆断或磨损失效为主，而冷冲模具以磨损失效为主。高工作应力，大波动应力的冷挤压和冷镦模具出现脆性开裂失效比例明显高于低工作应力冷冲模。

表2中收集的疲劳断裂失效比例较少，这与冷作模具材料多采用高碳、高合金钢，硬度高达60HRC，疲劳断裂的形态难于区分和统计有关。

实际上冷作模具失效原因很多，此模具材料因素外，还与工作设备精度和状况，制品材质和表面质量，模具结构和加工精度，操作人员素质等多因素有关，其中一些随机因素给失效分析增加困难。

2.1 冷作模具钢工作应力，硬度和寿命的关系

测量统计结果表明，对于制品为钢铁材料，冷挤压模具材料承受的平均工作应力约2500MPa，使用硬度62-64HRC，冷镦模具约1500MPa，使用硬度58-62HRC，冷冲模具约500MPa，使用硬度60-62HRC，其中以冷挤压模具应力最大。实际上还要承受10％—20％的随机载荷，模具局部应力要超过上述应力。

冷作模具钢工作硬度对寿命的影响是综合作用的结果，图1所示为冷挤压W6Mo5Cr4V2钢冲头(挤压20Cr钢)工作硬度与失效类型、使用寿命统计图。

图1所示W6Mo5Cr4V2钢硬度与寿命关系说明，寿命曲线存在两个低寿命区硬度区(即C和B区)，当小于63HRC时(塑变失效为主)或大于64HRC时(脆断失效为主)的低寿命区。对于早期失效的冷作模具应当仔细分析材料因素和其他因素的影响。

2.2 冷作模具主要的失效形态

冷作模具主要失效形式有过载失效、磨损失效和疲劳失效等，典型失效断口形见图2，下面分别讨论。

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