模具冷加工质量的影响知识点分析

模具的冷加工质量不但是为了达到必须的形状、尺寸等精度，对模具的寿命也会产生显著的影响。加工过程中如出现尖角或表面粗糙，留有刀痕，将容易在刀痕或尖角处萌发疲劳裂纹，造成模具疲劳失效，所以模具的切削加工应严格保证尺寸过渡处的圆角半径，圆弧与直线相接处应光滑，保证工作部位光滑无痕。不正当的磨削工艺如进给量过大、冷却不足等容易烧伤模具表面或产生磨削裂纹，降低模具的疲劳强度和断裂抗力；模具电加工（包括线切割及电火花成形）能使模具表面产生拉应力及显微裂纹，也易导致模具早期开裂和表面剥落。有时因模块中的内应力，特别是淬火硬化模块的内应力很高，电加工前未采取措施降低内应力，则在电加工进程中由于应力重新分布，易导致模具变形或开裂。

1.表面损伤层的影响

（1）磨削烧伤的影响 磨削一般作为工件的精加工亦即最后的加工，由于磨削时的进刀量及冷却等处理不到位，则有可能在工件表面瞬时升温而引起模具烧伤。表面磨削烧伤后对模具寿命有如下的不利影响：降低耐磨性、降低疲劳抗力、降低抗咬合能力、加剧脆断及崩刃倾向。所以磨削烧伤往往是模具制造过程中最常见、影响最大的冷加工缺陷。在磨削过程中，由于模具钢的组织缺陷及磨削工艺条件不当，所形成的表面烧伤有如下几种形式。

图1-9 低合金钢表面磨削烧伤影响区

由于磨削时进刀量太大且冷却不到位，使工件表面产生较大的切削应力，表面出现与磨削加工方向相垂直为主的网状裂纹。轻微的磨裂用肉眼难以觉察，严重时才可用肉眼观察到。

被磨削表面温度超过相变点，由于是在非常薄的层面上快速冷却，被磨削表面生成白亮层，如图1-9所示，具有较高的硬度（65～67HRC），厚度通常小于50μm。低合金钢的白亮层在200℃以上回火时分解；高速工具钢的白亮层在550℃以上回火后分解。

被磨削表面温度没有达到相变点，表面层出现回火或退火现象，使局部硬度降低，导致耐磨性和疲劳性能下降。表面软化层经5%～10%硝酸水溶液浸蚀后呈暗灰色。低合金钢的软化层的硬度低于50HRC，高速工具钢的软化层的硬度低于60HRC。被磨削表面表面层的温度达到300℃时加工表面将呈现条纹状色彩（黄、紫、蓝等），类似250～300℃阶段回火色。

表面脱碳层也明显加剧合金工具钢和高速工具钢的磨裂和淬裂倾向，模具钢材或锻坯表面通常存在厚度为0.5～3.0mm的脱碳层。如在切削加工时未将脱碳层除尽，将在淬火后出现软点或软区，甚至表面硬度普遍偏低。此外，还降低模具的耐磨性、抗咬合能力、抗热疲劳能力和疲劳强度。对此较敏感的常用钢种为Cr2、CrWMn、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

T10A钢制的冷镦螺钉光冲，其型腔深而陡，使用中常发生早期塌陷失效，寿命小于4000次。经分析是由于型腔磨削时进刀深度过大，烧伤软化。后改进磨削工艺，光冲寿命显著提高，稳定在3万次以上。

9Cr2钢制小型冷轧辊（62～64HRC），在使用中常表现为表面早期剥落失效，主要体现在模具表面有约0.02～0.03mm的磨削烧伤层，改变磨削工艺增加一次预磨削过程后，解决了表面磨削烧伤层的问题，寿命显著提高。(www.xing528.com)

（2）电火花烧伤层的影响 模具加工过程中广泛应用电火花穿孔、线切割、电火花成型等方法。电加工过程中，由于放电产生大量的热，使加工表面温升到熔融状态，剧冷后在加工面上得到白色熔淬层，如图1-10所示，具有较高的硬度，其厚度与电火花加工规范有关。不仅硬度会出现异常，而且会产生微裂纹。若表面白色层未经去除或未采取低温回火方法防止微裂纹的扩展，则模具在服役过程中微裂纹就可能成为疲劳源，使模具使用寿命降低。对于承受冲击载荷的模具及重载模具，经电火花加工后应补充回火，以减轻电火花加工层的脆性。

图1-10 电加工后表面形成的白色熔淬层

2.模具表面加工质量的影响

模具处于高硬度、高强度状态时，往往也是处于低塑性、低韧性的状态，所以对表面缺陷十分敏感。表面粗糙度的降低，一方面可减少坯料的流动阻力，降低模腔的磨损率，另一方面可减小表面缺陷（如刀痕、电加工熔斑等）和产生裂纹的倾向。表面粗糙度对模具寿命影响很大，试验表明，光洁程度对静弯强度有一定影响，如W9Cr4V2钢磨削比铣削时的抗弯强度可提高25%，抛光可提高33%。

如用6Cr3SiV钢制冷挤压模，表面粗糙度值Ra为1.6～1.8μm时，其寿命约3万件左右；如经精抛光表面粗糙度值Ra达0.2～0.1μm，寿命可提高到4.5万～5万件。

表面残存的刀痕、尺寸变化处的圆角半径、刻印的标记、锻压引起的夹层、裂纹、撞击伤痕等，如位于应力很大的部位，将成为断裂失效源，促成模具的早期脆断，降低工作寿命，如风动铆钉模在使用中铆合几百个铆钉后头部碎裂。断口呈现疲劳断裂形貌，疲劳源位于印痕处。

3.加工精度的影响

模具零件工作部位的几何形状，如圆角半径，出模斜度、刃口角度的加工应严格按设计要求进行，在刀具或设备不能实现时，应由人工修磨并严格测量，以保证模具合理的受力状态，有配合尺寸的部位，应保证其公差或进行配磨。5CrNiMo钢制热锻模的型腔，不应出现尖角。重载锤锻模型腔中的凹槽根部，应保证圆角半径大于2～3mm。否则，容易由此导致严重碎裂。

目前，圆滚模及搓丝板普遍采用反滚压法制成，如毛坯软化不充分或工序安排不当，在滚模及丝板的牙尖将残存夹层缺陷。工作时，将在夹层处萌生裂纹而发生早期崩裂失效。模具间隙量及均匀性的调整，增加配合承载面及合模面的接触，保证凸模和凹模受力中心的一致性，这些措施都可提高模具的装配精度，从而提高模具的寿命。