各种模具分类方法，模具失效形式和原因分析

1、模具硬度：软模、硬模
1）软模：模具钢材已预硬，无需淬火处理，但硬度较低，HB在400以下，生产寿命在50万次以内，应用广泛。
2）硬模：模具钢材经退火处理，加工分两次粗加工与精加工，粗加工后再进行淬火处理，硬度在HRC48°以上，粗加工后要保留0.2左右的加工余量，因淬火处理后，工件会变形，以防精加工达不到工件要求。生产寿命在50～100万次以上，小型模具应用最多。

一级模具质量
1、模具：必须能有一百万或以上的开模次数。
此乃一级模具，客户要求必须用最好的物料及配件配合做成
最好的模具 。
2、一级模具的要求如下：
（1）详细的模具设计(连电脑图和物料);

（2）模胚硬度最少要有HB280;

（3）模仁必需最少见硬HRC50,所有行位及配件等亦必要淬硬;

（4）要中托边司管顶针;

（5）行位必定要有耐磨片;

（6）温度控制监察器须按可行性，而装在模、哥或行位;

（7）建议将全部冷却水道做镀镍（ELECTROLESS NICKEL PLATING）用意在防止生锈及容易清理；

（8）分模线必要加定位锁。


二级模具质量

1、模具：必须能有五十万或以上的开模次数。

此乃二级和高级质量的模具，必须用好的物料及配件，并于模具的公差亦有一定的标准（尺寸精度）。此模亦要求有顶好的质量。

2、二级模具的要求如下：

（1）建议做详细的模具设计

（2）模胚硬度最少要有HB280

（3）模仁必需最少见硬HRC48,所有行位及配件等亦必要求热处理

（4）温度控制监察器须按可行性，而装在模、哥或行位

（5）分模线必要加定位锁

（6）以下之要求会于个别要求及在报价时而定立


三级质量模具

1、模具：必须能有二十五万或以上的开模次数。此乃一般的模具要求，生产亦为中生产模具。

2、三级模具的要求如下：

（1）建议做模具设计

（2）模胚硬度最少要有HB165

（3）模仁必需最少为HB280

（4）除以上3点基本要求外，其它均视作选择性的额外要求

四级质量模具

1、模具：要求大约1万啤次。此乃低生产模具，一般而言没有什么特别要求，但模具质量仍需好及客户接受。

2、四级模具的要求如下：模具人杂志微信专注、专业@@

（1）建议做模具设计

（2）模胚可能是一般的铜材或铝

（3）模肉可用铝或用客户同意下的钢材

（4）除以上3点基本要求外，其它均视作选择性的额外要求

四、模具难度：A级 B级 C级 D级

A级：有多个行位以及斜顶多次分型、抽芯及旋转抽芯等结构很复杂的模具。

B级：有多个（二～四个）行位斜顶二到三次分型及有抽core等模具结构较复杂。

C级：简单的细水口进胶模具，有一、二个行位、斜顶等结构一般的模具。

D级：大水口模具，二板模具，无行位、无斜顶等结构简单的模具。

五、模具大小：特大型 大型 中型 小型

特大型：模具宽度在800mm以上模具。

大型：模具宽度在600~800mm（不含800）之间的模具。

中型：模具宽度在350～600（不含600）之间的模具。

小型：模具宽度在350以下的模具。

塑料模具钢的选用

近年来，在引进国外塑料模具钢的同时，我国自行研制和开发了一系列新型塑料模具专用钢，形成了我国特色的塑料模具钢系列。

1、碳素塑料模具钢的应用

由于碳素塑料模具钢具有加工性能好、价格便宜、原料来源方便等优点，被广泛应用于形状简单的小型模具或精度不高、使用寿命不需很长的模具。

YB/T074-1997中列出的有SM45、SM50和SM55等钢号，这类钢与优质碳素钢相比，钢中的S、P含量低，钢材的纯净度好，且碳含量波动范围窄，力学性能更稳定。

对于硬度要求较高，尺寸较小的热固性塑料模具，一般采用wC=0.7﹪~1.3﹪的高碳碳素工具钢制造，如T7、T8、T9、T10、T11、T12等钢。该类钢热处理后可以得到高的硬度和高的耐磨性。

2、渗碳型塑料模具钢的应用

一些复杂的塑料模具型腔采用冷挤压的方法，在淬硬的方法直接压制出来，省去型腔的切削加工，这对于成批生产的模具是一种十分经济的加工方法。模具加工后经过渗碳、淬火、低温回火后具有高硬度、高耐磨性的表面和韧度良好的心部组织，可以制作各种要求表面高耐磨性、心部韧性好的模具。这就需要选用渗碳型塑料模具钢。

渗碳型塑料模具钢碳含量很低，一般为质量分数0.1﹪~0.2﹪，塑性变形抗力很小，软化退火后硬度≤160HBW，复杂型腔≤130HBW，以便型腔的冷挤压。过去我国一般采用低碳钢和低碳合金钢，如15、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi等钢。我国近年来研制的冷挤压成形塑料模具专用钢LJ（0Cr4NiMoV），该钢经冷挤压成形后经渗碳、淬火和低温回火后，表面硬度达58~62HRC，心部硬度28HRC，模具耐磨性好，无塌陷及表面剥落现象，可用于制造形状复杂和承受载荷较高的塑料成形模具。

3、预硬型塑料模具钢的应用

对于形状复杂、精密的大中型塑料模具，为了避免其在淬火热处理过程中产生变形，因此模具钢以预化状态供应市场。

该类钢一般为中碳低合金钢，在钢厂经过锻打后制成模块，预先热处理，使之达到模具使用时的硬度，从而可避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题，从而保证了模具的制造精度。

已纳入国家标准的预硬化型塑料模具钢有：SM3Cr2Mo钢、SM3Cr2MnNiMo钢，供货硬度一般为28~36HRC，适于制造大中型和精度高的塑料模具。

为了改善预硬化型塑料模具钢的加工性能，往往在预硬钢中加入易切削元素S、Ca、Pb、Sb等。我国先后研制了一些易切削预硬型塑料模具钢，如5CrNiMnMoVSCa钢、8Cr2MnWMoVS钢、4CrMnVBSCa钢、5CrNiMnMoVS钢等，使钢在较高硬度下的切 削加工性能显著改善。预硬化易切削塑料模具钢不仅可以用于制造大、中型精密注塑模具，而且也可以用于制造精密复杂的冷作模具。

塑料模具的失效形式及原因

塑性变形

其是指塑料模具在持续受热、受压的作用下，发生局部塑性变形而失效。其原因主要是：所采用模具的材料强度与韧性不足；模具超载使用；模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足；模具回火不足；因工作温度高于回火温度而使模具发生软化，从而引起表面起皱、凹陷、麻点、棱角塌陷（堆塌）等。

断裂

由于塑料模具形状复杂，存在许多棱角、薄壁等部位，在模具工作时易产生应力集中，当这些部位的应力值超过模具材料的断裂强度时，就会发生断裂失效。另外，合金工具钢制作的塑料模具回火不充分时，使用中也容易发生断裂失效。

表面腐蚀

其是由于热固性塑料中的固体填料及一些热塑性塑料中存在氯、氟等元素，受热分解析出HCl、HF等强腐蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加剧其磨损失效。表面腐蚀会造成模具型腔表面质量下降及尺寸超差，降低模具寿命。

表面磨损

热固性塑料对模具表面的严重摩擦，使模具表面产生划伤（拉毛），影响压制件的外观质量，经多次抛光修复后，因型腔尺寸超差而失效；热固性塑料中含有的固体添加剂也会加剧对模具型腔的磨损，不仅使型腔表面粗糙度值迅速升高，而且还会使模具型腔尺寸超差；当模具选用的材料与热处理不合理，塑料模具的型腔表面硬度较低，也会使模具耐磨性变差。

疲劳和热疲劳

塑料模具在工作过程中因承受循环的机械载荷作用，使模具的型腔表面承受脉动拉应力作用，从而引起模具的破坏称为疲劳失效；塑料模具在服役过程中还承受循环的热载荷作用，型腔表面在反复的受热和冷却条件下，可导致模具型腔应力集中处萌生热疲劳裂纹，另外加上模具型腔表面上的脉动拉应力，使热疲劳裂纹向纵深扩展，最终造成模具断裂。

失效原因：

该模具寿命在2000件以下，其主要的失效形式为型腔表面拉毛（划伤）和棱边塌陷等。对失效模具进行硬度检测发现，型腔表面与棱边处的硬度为56~58HRC，表明模具在使用过程中有一定的硬度降低，其金相组织为回火马氏体 +粒状渗碳体 +少量残留奥氏体。

通过对模具的硬度降低分析来看，模具的服役温度高于回火温度（200℃），同时也与模具的回火不足有关，其使模具在服役过程中受热后继续回火，导致马氏体的分解与残留奥氏体的转变，在压力作用下产生“相变超塑性”流动，引起模具型腔表面拉毛与棱边的塌陷。

冷作模具的失效形式及原因

磨损

冷作模具工作部分与被加工材料之间的摩擦而引起的物质损耗，能使工作部位（刃口、冲头）形状和尺寸发生变化而引起失效，如冲裁模的刃口变钝，冷镦模的工作表面出现沟槽等。

磨损失效包括正常磨损失效与非正常磨损失效。对于冲模、冷挤压模，在保证不断裂的条件下，工作部分磨损到无法修复的程度属于正常磨损；非正常磨损则是在局部高压力作用下，模具工作表面与被加工材料间发生咬合，引起坯料表面形状与尺寸发生突变，或产品表面出现严重划痕等导致失效，如冷拉深模、弯曲模及冷挤压模中容易出现此类缺陷。

断裂

冷作模具在使用过程中突然出现裂纹或发生破损而失效，按其损坏情况可分为局部破损（如剥落、崩刃、掉牙等）和整体性破损（如碎裂、断裂、胀裂、劈裂等）。其共同的特点是破损大多数产生在受力最大的工作部位，或是在断面变化的应力集中处。

按其断裂过程的特征，可分为脆性断裂和疲劳断裂两种形式。脆性断裂主要是由于模具存在冶金缺陷、工艺缺陷，或因操作不当发生超载造成的；疲劳断裂主要是由于循环应力所致，其常见于各种重载模具，如冷镦模、冷挤压模。

塑性变形

冷作模具在使用过程中发生塑性变形，失去原有的几何形状，通常发生在硬度偏低或淬硬层太薄的模具，具体表现为凸模镦粗、弯曲，凹模型腔下沉塌陷、棱角塌陷、模孔胀大等。

咬合

当被加工材料与模具工作部位接触时，在高压力摩擦下，润滑油膜破裂，发生咬合。此时，被加工件金属“冷焊”到模具型腔表面，导致被加工产品表面出现划伤。咬合失效常见于弯曲、拉深、冷镦、冷挤压等工序。

原因分析

冲模用于加工一汽“大众”A4与“捷达”5V踏板机构总成等产品。冲模在线切割加工时，经常发生模具开裂（见图2）问题。经过分析，模具线切割开裂原因主要是：内部存在淬火残余内应力、材料韧性低。当模具体积较大时，模具经热处理后会产生内应力（表面为拉应力，内部为压应力），当两种内应力相互抵消而保持内应力平衡状态时，不易使模具开裂；而模具在线切割加工时，拉应力增大，将破坏其内应力平衡，加上高碳钢模具材料韧性低，则易使模具开裂。统计发现，此种情况多发生在模具厚度超过50mm时。

附影响模具失效的因素

1.模具结构的影响

模具结构包括模具几何形状如圆角半径、几何角度（凸模的端面形状、凹模锥度与截面的变化），结构形式（整体式结构、组合结构、预应力镶套结构），模具间隙，结构刚度等。

模具结构的合理性，对模具的承载能力有很大的影响。合理的模具结构能使模具工作时受力均匀，不易偏载，应力集中小，不易产生早期失效；而不合理的模具结构可能引起严重的应力集中或高的工作温度，从而恶化模具的工作条件，导致模具早期失效。

2.模具材料的影响

1）模具材料的力学性能指标。模具材料通常应满足模具对塑性变形抗力、断裂抗力、疲劳抗力、硬度、耐磨性、冷热疲劳抗力等性能的要求。如果不能满足要求，则会发生模具早期失效。例如在循环载荷下，如果模具材料疲劳抗力低，经一定应力循环后，可能萌生疲劳裂纹，并逐渐扩展直至模具断裂失效。

2）模具钢的冶金质量。模具钢的冶金质量对模具的失效形式有很大的影响。钢中的非金属夹杂物、偏析、中心疏松、白点等缺陷，均能降低钢的强韧性、疲劳及冷热疲劳抗力，引起模具早期失效，如崩裂、劈裂、折断，以及工作面的凹陷等。

3.模具制造工艺的影响

模具制造工艺过程包括锻造、机械加工、热处理等。有些模具加工需经过上述所有工艺处理。每一种工艺的加工质量，均将不同程度地影响模具的损伤过程、失效形式。

若锻造工艺不合理，则达不到打碎晶粒，改善方向性，提高钢的致密度等目的，甚至引发锻造裂纹等缺陷；机械加工如出现尖角或表面粗糙度值高，留有加工刀痕，将容易在这些部位萌发疲劳裂纹。磨削不当，容易烧伤模具表面或产生磨削裂纹；若热处理不当，则可能引发热处理缺陷，如淬火温度过高，则会引起钢的过热，甚至过烧，模具易发生崩刃或早期断裂，而淬火温度过低，则难以保证有足够的合金元素固溶于基体之中，模具易产生早期变形、塌陷或热疲劳裂纹。淬火冷却速度过快，则易出现淬火裂纹，在模具使用中易产生早期断裂。

4.模具的工作条件的影响

模具的工作条件与下列因素有关：设备的特性，被加工坯料的材质、形状、精度和温度，模具的冷却及润滑条件，模具的预热与工作应力消除等。这些因素均对模具的失效形式产生影响。

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