冷作模具失效形式解析

冷作模具在工作中承受拉深、弯曲、压缩、冲击、疲劳等不同应力的作用，而用于金属冷挤、冷镦、冷拉深的模具，还要承受300℃左右的交变温度作用。

冷作模具常见的失效形式有过载失效、磨损失效和疲劳失效。

1）过载失效

过载失效指材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷作用而引起的失效。若材料韧性不足，易产生脆断；若强度不足，易产生变形、镦粗失效。

材料韧性不够引起的失效是一种失稳态下的断裂失效，常见的有冲头模具折断、开裂，甚至会产生爆裂，这种失效的特征是失效前无明显塑变征兆，断裂很突然，宏观断口无剪切唇，且比较平坦，造成模具不可修复的永久失效。

产生这种失效与模具承受过高工作应力和材料韧性差有关。通过对冷挤压模具的实际承载能力分析计算可知，冲头材料失效前承受工作应变能力是断裂耗能的上千倍，说明了工作冲头材料高潜动能和低断裂能力。一旦冲头失稳，按能量守恒原理（U总＝U断＋U动），几乎全部转变为扩展动能，迅速爆裂，其断裂扩展的极限速度可达103 m／s。当模具结构有应力集中或加工刀痕、磨削粗痕等都可能成为薄弱环节，产生失稳热裂。

冷作模具的另一种过载失效是由于强度不足引起的。在冷镦、冷挤压冲头中，由于模具材料抗压、抗弯曲抗力不够，引起镦粗、下凹、弯曲变形等失效。在新产品开发中，这种情况比较常见。产生的原因多与工作载荷大、模具硬度偏低有关，且当冷镦凸模硬度小于56 HRC、冷挤凸模硬度小于62 HRC时，易出现这种失效。这种失效表明材料强度不够，应改变材料或热处理方式。(www.xing528.com)

2）磨损失效

磨损失效指工作部件与被加工材料之间相对运动产生的损耗，包括均匀磨损、不均匀磨损和局部脱落。不均匀磨损是外来污物、碳化物及磨损中形成的硬质点引起的磨粒磨损，而局部脱落是一种疲劳磨损，在剪切力的作用下，局部疲劳而产生微裂纹，最终扩展至脱落。

对于工件表面尺寸和质量要求严格的冷冲压、冷挤压模具，在保证模具材料具有足够承载能力不致断裂的前提下，提高模具的使用寿命就取决于模具表面的抗磨损能力。

3）疲劳失效

冷作模具承受的载荷都以一定冲击速度、一定冲击力周期性施加于加工材料，这种情况与小能量多冲疲劳实验相似，以一定能量周期性加载和卸载。疲劳失效的模具与结构钢疲劳失效有很大差异，这是因为脆性材料疲劳裂纹的产生周期占总寿命的绝大部分，很多情况下产生与扩展无明显界限，似乎不存在稳态扩展阶段。疲劳失效实际上是应力应变下微裂纹的产生过程，当产生约0.1 mm尺寸微裂纹时，即可能发生瞬间断裂。实际应用中疲劳产生源有很多，其断口形状与脆断极相似。