冲压模具失效形式

模具经安装调试后，可以正常生产合格的工件，这一过程称为模具的服役。一般情况下，我们总是希望模具能有足够长的服役期限，以满足生产实际的需要。

但是模具在制造过程中可能会产生某些缺陷，或者在服役过程中逐渐出现了某些缺陷，如微裂纹、轻度磨损、变形等等，在此状况下模具虽有隐患但仍能继续工作，这种虽有缺陷但未丧失服役力的状态称为模具的损伤。

模具因某种原因损坏，或者模具损伤积累至一定程度导致模具损坏，无法继续服役，称为模具的失效。在生产中，凡模具的主要工作部件损坏，不能继续冲压出合格的工件时，即认为模具失效。冲压模具的失效形式一般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等等。

模具的失效按照发生时间的早晚，大致可分为两类：正常失效和早期失效。

模具经过大量的生产使用，因摩擦而自然磨损或缓慢地产生塑性变形及疲劳裂纹，达到正常使用寿命之后失效是属于正常的现象，为正常失效。模具未达到设计使用规定的期限，既产生崩刃、碎裂、折断等早期破坏；或因严重的局部磨损和塑性变形而无法继续服役，为早期失效。对于早期失效的模具，必须查找其产生的原因，努力采取补救的措施。

11.1.1 冲压模具的工作条件及失效形式

一.冲裁模的工作条件及失效形式

1. 冲裁模的工作条件

冲裁模具主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们已经得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和剪裂阶段( 见图2.1.3) 。

在弹性变形阶段，当凸模对板料施加压力时，由于凸模和凹模之间存在间隙，受力部位不在同一垂线上，图2.1.1 所示力臂为l 。板料会在弯矩M 的作用下产生翘曲，与凸模端面的中心部分脱离接触，。这时板料只和模具的凸、凹模刃口部分相接触，压力集中于刃口附近。在冲裁过程中，由于板料的弯曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狭小区域。凸、凹模刃口区域不仅位于最大端面压应力和最大侧面压应力的交聚处，而且也处于最大端面摩擦力和最大侧面摩擦力的交汇处，工作时刃口承受着剧烈的压应力和摩擦力作用。

2. 冲裁模的主要失效形式

模具刃口所受作用力的大小和板料的力学性能、厚度等因素有关。考虑到板料厚度对模具冲裁负荷的影响，通常可以将冲裁按板料的厚度分为薄板冲

裁(t ≤ 1.5mm) 和厚板冲裁(t ＞ 1.5mm) 。

对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段。对应于三个阶段，刃口的损伤过程如图 11-3 所示。

a ）局部塑变

b ）摩擦磨损

c ）疲劳损坏

（初期磨损阶段）（正常磨损阶段）（急剧磨损阶段）

图 11.1.1 冲裁时刃口的损伤过程

（1）初期磨损阶段

模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷磨损。其磨损速度较快（见图 11.1.1a ）。

（2）正常磨损阶段

当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化，（见图 11.1.1b ）。这时，刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。磨损进展较缓慢，进入长期稳定的正常磨损阶段，该阶段时间越长，说明其耐磨性能越好。。

（3）急剧磨损阶段

刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面出现了损坏剥落（见图 11.1.1c ）。此时进入了急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具已无法正常工作。模具使用时，必须控制在正常磨损阶段以内，出现急剧磨损时，要立即刃磨修复。

随着刃口的磨损，工件的毛刺高度会不断增加，因此实际生产中，可以通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量允许的毛刺极限值时即进行刃磨。

从磨损机理上分析，凸、凹模的磨损主要是粘附磨损和磨粒磨损。粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中，由于高压产生了局部的相互粘着和咬合现象当接触面相对滑动时，粘附部分便发生剪切引起磨损。磨粒磨损是

指模具工作时表面剥落的碎屑嵌入工作部件表面，成为磨料，使其逐渐磨损的过程。冲裁硬度较高的金属材料（如高碳钢、硅钢）时，因材料的硬粒或碳化物剥离而产生磨粒磨损。当冲压高韧性材料（如奥氏体不锈钢）时，易产生粘附磨损。

一般情况下，凸模的磨损要快于凹模，这是因为凸模刃口处的承力面积小于凹模，在同一冲裁力的作用下，凸模刃口处单位面积承受的压应力要比凹模刃口处更大一些；同时，在每一次冲裁过程中，凸模都要切入并退出板料，前后经历两次摩擦，而凹模和板料的分离部分仅发生一次摩擦。而且，凹模的淬火硬度通常高于凸模，这一切使得凸模的磨损要比凹模更快。

此外，凸模退出板料时，需要有一定的卸料力将板料从凸模上卸下，卸料力与作用在凸模上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损，这也是致使凸模崩刃的原因之一。

对于厚板冲裁模，由于凸、凹模受到的作用力增大，在过大应力的作用下，不仅会产生磨损，而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当冲裁凸模较细长时，还会引起弯曲变形或折断，如图 11.1.2所示。

a) 崩刃 b) 弯曲 c) 折断

图 11.1.2 凸模断裂和塑性变形

二. 拉深模的工作条件及失效形式

1. 拉深模的工作条件

拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态如图11-5 所示。拉深时凸模下压板料毛坯，拉深力通过凸模底部和凸模圆角部位传导给毛坯，板料毛坯的外缘部分通过凹模端面与压边圈之间被拉入凸模与凹模之间的间隙。在拉深力P 动、压边力P 压以及毛坯与模具工作部件相对运动产生的动摩擦力的作用下，凸模圆角半径处受到压力P 1 和摩擦力F 1 ；凹模圆角半径处受到压力P 2 及摩擦力F 2 ；凹模端面部位半受到