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塑料模具主要包括熱固性塑料模具和熱塑性塑料模具。前者工作溫度一般為160~300℃，受力大（300~800MPa），型腔容易產(chǎn)生磨損和腐蝕失效；后者工作溫度為150℃以下，承受的工作壓力（300~600MPa）和磨損沒有前者嚴(yán)重，但部分塑料在加熱熔融狀態(tài)下能夠分解出腐蝕性氣體，對(duì)型腔有較大的壓力和腐蝕性。塑料模具的主要失效形式有塑性變形、斷裂、表面腐蝕、疲勞和熱疲勞、表面磨損失效等。

圖1  塑料模具型腔的塑性變形失效

塑性變形

其是指塑料模具在持續(xù)受熱、受壓的作用下，發(fā)生局部塑性變形而失效。其原因主要是：所采用模具的材料強(qiáng)度與韌性不足；模具超載使用；模具型腔表面的硬化層過薄，變形抗力不足；模具回火不足；因工作溫度高于回火溫度而使模具發(fā)生軟化，從而引起表面起皺、凹陷、麻點(diǎn)、棱角塌陷（堆塌）等。

斷裂

由于塑料模具形狀復(fù)雜，存在許多棱角、薄壁等部位，在模具工作時(shí)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這些部位的應(yīng)力值超過模具材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生斷裂失效。另外，合金工具鋼制作的塑料模具回火不充分時(shí)，使用中也容易發(fā)生斷裂失效。

表面腐蝕

其是由于熱固性塑料中的固體填料及一些熱塑性塑料中存在氯、氟等元素，受熱分解析出HCl、HF等強(qiáng)腐蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加劇其磨損失效。表面腐蝕會(huì)造成模具型腔表面質(zhì)量下降及尺寸超差，降低模具壽命。

表面磨損

熱固性塑料對(duì)模具表面的嚴(yán)重摩擦，使模具表面產(chǎn)生劃傷（拉毛），影響壓制件的外觀質(zhì)量，經(jīng)多次拋光修復(fù)后，因型腔尺寸超差而失效；熱固性塑料中含有的固體添加劑也會(huì)加劇對(duì)模具型腔的磨損，不僅使型腔表面粗糙度值迅速升高，而且還會(huì)使模具型腔尺寸超差；當(dāng)模具選用的材料與熱處理不合理，塑料模具的型腔表面硬度較低，也會(huì)使模具耐磨性變差。

疲勞和熱疲勞

塑料模具在工作過程中因承受循環(huán)的機(jī)械載荷作用，使模具的型腔表面承受脈動(dòng)拉應(yīng)力作用，從而引起模具的破壞稱為疲勞失效；塑料模具在服役過程中還承受循環(huán)的熱載荷作用，型腔表面在反復(fù)的受熱和冷卻條件下，可導(dǎo)致模具型腔應(yīng)力集中處萌生熱疲勞裂紋，另外加上模具型腔表面上的脈動(dòng)拉應(yīng)力，使熱疲勞裂紋向縱深擴(kuò)展，最終造成模具斷裂。

實(shí)例

T10A鋼線圈架塑料壓注模的失效分析

（1）工作條件與加工流程 

塑料壓注模（見圖2）工作壓力在250MPa以上，工作溫度高于200℃。模具材料為T10A，其加工流程為：下料→鍛造→球化退火→切削加工→淬火 + 低溫回火→磨削加工→拋光→裝配等。模具熱處理后的硬度為60~62HRC。

圖2  線圈架塑料壓注模簡(jiǎn)圖

（2）失效分析

該模具壽命在2000件以下，其主要的失效形式為型腔表面拉毛（劃傷）和棱邊塌陷等。對(duì)失效模具進(jìn)行硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，型腔表面與棱邊處的硬度為56~58HRC，表明模具在使用過程中有一定的硬度降低，其金相組織為回火馬氏體 +粒狀滲碳體 +少量殘留奧氏體。

通過對(duì)模具的硬度降低分析來(lái)看，模具的服役溫度高于回火溫度（200℃），同時(shí)也與模具的回火不足有關(guān)，其使模具在服役過程中受熱后繼續(xù)回火，導(dǎo)致馬氏體的分解與殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變，在壓力作用下產(chǎn)生“相變超塑性”流動(dòng)，引起模具型腔表面拉毛與棱邊的塌陷。

（3）對(duì)策與效果

1）適當(dāng)提高模具的最終回火溫度，如采用250~270℃回火，即高于模具的工作溫度（200℃）。同時(shí)，增加回火保溫時(shí)間。

2）采用兩段回火工藝。在保證模具較高的硬度的前提下改善材料的韌性，采用兩段回火工藝：200℃ × 1.5h × 1次 +260℃ × 1.5h × 1次，模具表面硬度為56~58HRC，模具壽命可達(dá)1.8萬(wàn)件。