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冷作模具主要包括沖裁模、冷擠壓模、冷拉深模、冷鐓模、拉絲模等。冷作模具的工作條件是在常溫下，主要完成金屬及非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序。冷作模具在工作時(shí)，由于被加工材料的變形抗力較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和摩擦力等，其刃口或工作表面產(chǎn)生劇烈的摩擦與磨損，其常見(jiàn)的失效形式有磨損、斷裂、塑性變形、咬合及多沖疲勞等失效。

冷作模具工作部分與被加工材料之間的摩擦而引起的物質(zhì)損耗，能使工作部位（刃口、沖頭）形狀和尺寸發(fā)生變化而引起失效，如沖裁模的刃口變鈍，冷鐓模的工作表面出現(xiàn)溝槽等。

磨損失效包括正常磨損失效與非正常磨損失效。對(duì)于沖模、冷擠壓模，在保證不斷裂的條件下，工作部分磨損到無(wú)法修復(fù)的程度屬于正常磨損；非正常磨損則是在局部高壓力作用下，模具工作表面與被加工材料間發(fā)生咬合，引起坯料表面形狀與尺寸發(fā)生突變，或產(chǎn)品表面出現(xiàn)嚴(yán)重劃痕等導(dǎo)致失效，如冷拉深模、彎曲模及冷擠壓模中容易出現(xiàn)此類(lèi)缺陷。

按其斷裂過(guò)程的特征，可分為脆性斷裂和疲勞斷裂兩種形式。脆性斷裂主要是由于模具存在冶金缺陷、工藝缺陷，或因操作不當(dāng)發(fā)生超載造成的；疲勞斷裂主要是由于循環(huán)應(yīng)力所致，其常見(jiàn)于各種重載模具，如冷鐓模、冷擠壓模。

冷作模具在使用過(guò)程中發(fā)生塑性變形，失去原有的幾何形狀，通常發(fā)生在硬度偏低或淬硬層太薄的模具，具體表現(xiàn)為凸模鐓粗、彎曲，凹模型腔下沉塌陷、棱角塌陷、模孔脹大等。

當(dāng)被加工材料與模具工作部位接觸時(shí)，在高壓力摩擦下，潤(rùn)滑油膜破裂，發(fā)生咬合。此時(shí)，被加工件金屬“冷焊”到模具型腔表面，導(dǎo)致被加工產(chǎn)品表面出現(xiàn)劃傷。咬合失效常見(jiàn)于彎曲、拉深、冷鐓、冷擠壓等工序。

冷作模具承受的載荷大都是以一定沖擊速度和能量反復(fù)作用，其工作狀態(tài)與小能量多沖疲勞試驗(yàn)相似。由于模具材料硬度高，多沖疲勞壽命多在1000~5000次，而且裂紋萌生期占?jí)勖^大部分，疲勞源和裂紋擴(kuò)展區(qū)不明顯。重載模具，如冷擠壓模、冷鐓沖頭等易發(fā)生此類(lèi)失效。

實(shí)例

Cr12MoV鋼沖模線切割開(kāi)裂問(wèn)題分析。

（1）原因分析

沖模用于加工一汽“大眾”A4與“捷達(dá)”5V踏板機(jī)構(gòu)總成等產(chǎn)品。沖模在線切割加工時(shí)，經(jīng)常發(fā)生模具開(kāi)裂（見(jiàn)圖2）問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析，模具線切割開(kāi)裂原因主要是：內(nèi)部存在淬火殘余內(nèi)應(yīng)力、材料韌性低。當(dāng)模具體積較大時(shí)，模具經(jīng)熱處理后會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（表面為拉應(yīng)力，內(nèi)部為壓應(yīng)力），當(dāng)兩種內(nèi)應(yīng)力相互抵消而保持內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)時(shí)，不易使模具開(kāi)裂；而模具在線切割加工時(shí)，拉應(yīng)力增大，將破壞其內(nèi)應(yīng)力平衡，加上高碳鋼模具材料韌性低，則易使模具開(kāi)裂。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，此種情況多發(fā)生在模具厚度超過(guò)50mm時(shí)。

圖2  Cr12MoV鋼沖模線切割開(kāi)裂示意

（2）對(duì)策

1）選用合理的淬火冷卻方式。在滿足技術(shù)要求的前提下，盡量緩慢冷卻，如采取風(fēng)冷、空冷（如Cr12MoV、DC53鋼等）、分級(jí)和等溫淬火的冷卻方式，不要直接用油冷卻，從而降低淬火殘余內(nèi)應(yīng)力。

2）提高回火溫度。為了消除殘余內(nèi)應(yīng)力，提高材料韌性，在模具材料具有很好的耐回火性前提下，回火溫度控制在360℃以上，宜采用500℃回火。對(duì)于Cr12MoV、DC53等具有二次硬化的材料，若回火溫度太低，在模具線切割加工前進(jìn)行磨削加工時(shí)，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。對(duì)此，可將傳統(tǒng)沖模硬度要求58~62HRC降低為55~58HRC，尤其對(duì)大型復(fù)雜模具，依據(jù)工作載荷大小選取，載荷大的取下限。通過(guò)采取以上措施，經(jīng)磁測(cè)應(yīng)力測(cè)試，模具的殘余內(nèi)應(yīng)力基本消除。

3）改變加工工藝過(guò)程。在模具淬火前預(yù)先鉆通孔，并用帶鋸或銑刀將孔連接起來(lái)（見(jiàn)圖3a），即可避免模具在線切割加工時(shí)產(chǎn)生畸變和開(kāi)裂；或者在淬火前預(yù)先留出30~50mm厚的刃口（見(jiàn)圖3b），在熱處理時(shí)可減少部分應(yīng)力，則在線切割加工時(shí)能夠避免模具開(kāi)裂。

a）預(yù)先鉆孔                        b）預(yù)先留出刃口

圖3  改變加工工藝過(guò)程示意

4）選用合適模具材料。優(yōu)選模具鋼材，如采用電渣重熔Cr12MoV鋼，或者日本大同公司的DC53、奧地利百祿的K340鋼等。

5）采用真空熱處理工藝。Cr12MoV鋼模具經(jīng)1020℃ × 1.5min/mm真空加熱后，氣冷至70℃左右，及時(shí)進(jìn)行回火，回火溫度360~400℃，保溫2h，回火2次，出爐風(fēng)冷至室溫。對(duì)于大中型模具（截面尺寸50mm以上）必須回火2~3次。