模具失效分析对提高模具质量的作用

　　模具是生产出合格制件的关键因素，模具质量的好坏，直接影响的各类产品的质量、成本，一副模具从开始设计到交付使用要经过设计、原材料选用、坯料制作、机械加工、热处理、检验等诸多环节，每个环节出现问题都会给模具的质量造成不利影响，轻者降低使用寿命，重者使模具报废无法使用。

　　模具质量主要包括以下几个方面：

　　1、制件质量：生产出合格的制件，制件尺寸、粗糙度、内在质量等符合图纸的设计要求；

　　2、使用寿命：在确保制件质量的前提下，模具所能完成的生产的制件数量；

　　3、模具的使用维护：操作是否方便、维修是否容易等；

　　模具质量的好坏，直接影响到用户的使用，质量好的模具能确保用户生产的制件的产品质量，保证用户如期保质保量完成制件的生产。质量差的模具不能确保制件质量，模具过早失效，不但影响制件的质量，提高产品生产成本，还会影响制件的按期交货，对用户造成损失。对于模具制造企业而言，生产出不能确保用户要求质量的模具，企业就会丧失客户，直接影响到企业的生存。

　　模具失效分析目的在于针对失效模具表象及内在因素，对模具从设计到使用诸多环节，进行多学科交叉分析，找出失效的原因，判明经济责任，制定解决的措施，防止类似的失效再次发生，不断提高模具的质量。

　　模具失效分析与模具设计和制造之间的关系，可以看出失效分析在模具生产制作中的作用是非常重要的，其涉及到生产过程的生产信息和影响因素。把失效分析的结果向模具设计、制造、使用、维护等部门进行信息反馈，进而提出改进措施用于模具的设计、制造、使用过程，是防止同类失效产生具有最有效的途径。

　　现以较典型的失效形式—断裂为例简要说明模具失效分析的方法和步骤:

　　1、 现场调查和模具断裂件的处理

　　首先应对事故现场进行保护；分析人员尽早进入现场察看模具断裂失效的部位与形式；询问生产设备的使用状况、操作情况和模具失效过程并统计模具的实际使用寿命。在调查过程中，应注意收集齐全所有的断裂碎块，以便确定主断口和进行断口分析。

　　在收集断裂碎块时，应注意保护断口的洁净和新鲜。对于洁净的断口，应立即放人干燥器内进行保护；对有油泥污染的断口，应依次用汽油、丙酮(或三氯甲烷、苯等)、无水乙醇清洗断口，并用热风吹干后放入干燥器内；对于附有腐蚀产物的断口，可暂不清除腐蚀产物而直接放入干燥器内。

　　2、模具材料、制造工艺和工作情况调查

　　通过翻阅有关技术资料和检测报告、检查同批原材料、询问生产人员等方式，核实制造中的各个环节是否符合有关标准规定和设计、工艺的技术要求。调查的内容一般为：材质状况、锻造质量、切削加工和磨削加工质量、电火花成形加工和线切割加工质量、热处理和表面处理质量、装配质量等。

　　采用化学成分分析、力学性能测定、金相组织分析、无损探伤等方法，复查模具材料的化学成分和冶金质量。

　　对模具服役历史的调查，主要是查阅模具运行记录、调整及维修记录，询问操作者有关模具的使用条件和使用状况，是否按规程操作及有无异常现象等。

　　3、模具的工作条件和断裂状况分析

　　模具的工作条件主要包括模具的受力状况和工作环境状况。受力状况包括载荷性质如静载荷、冲击载荷或循环载荷等；载荷类型，如拉、压载荷、扭转载荷、弯曲载荷等；应力分布、应力集中状况、最大应力的大小及部位以及断裂部位的应力状态和应力大小等。工作环境包括工作温度的高低和变化幅度及产生热应力的大小；环境介质的种类、含量和是否具有腐蚀性；成型制件材料的组织类型、组织的稳定性、组织应力的大小与分布等。

　　模具的断裂状况主要包括断裂处的塑性变形程度，断口的取向、位置、表面状况，以及断口和模具结构的关系等。

　　根据模具的这些工作条件和工作环境，再结合对断口状况及特征的宏观分析，可初步判定断裂的性质和类型。

　　要获得正确的判断，必须找出主断口的位置。当模具断裂为多个碎块时，应将所有碎块按照模具原来的形状拼合起来，并察看其密合程度，密合最差、断裂缝隙最大的地方就是最早断裂的主断口。根据主断口的形式通过肉眼观察或用量具测量断口处的塑性变形量，可初步确定是韧性断裂还是脆性断裂。

　　再根据主断口的取向，可以分析出引起模具断裂的载荷类型和实际应力状态。如脆性断口总是与最大正应力作用的方向垂直，齐平的韧性断口总是与最大切应力作用的方向平行等。而当断裂起源于模具外形结构的缺口或应力集中处时，则说明缺口效应和应力集中对断裂的影响作用很大。

　　另外，根据断口氧化色的不同，可大致分析出模具工作温度的高低；根据断口有无腐蚀产物，可确定模具的工作介质有无腐蚀性。

　　4、断口分析

　　断口分析就是对断口的宏观形貌和微观形貌进行分析。分析的结果能为进一步确定断裂的性质、类型和原因提供重要依据。

　　断口的宏观分析是用肉眼、放大镜或低倍立体显微镜分析断口的形貌。它用来判定：断裂的性质，即快速断裂、疲劳断裂或应力腐蚀断裂；断裂的类型，如快速断裂是韧断还是脆断，裂源的位置和断裂的走向如何；疲劳断裂时的应力大小、应力集中程度和疲劳寿命。

　　断口的微观分析是用高倍扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析断口的微观形貌。它是宏观断口分析的深化和必要补充。它用于分析微观断裂的性质，即微观韧断或微观脆断，微观断裂的机理，显微组织对断裂的影响等。此外，它还可用于估算疲劳裂纹宏观扩展速率和疲劳寿命。

　　对于应力腐蚀断裂，其断口往往附着有腐蚀产物。为避免腐蚀产物对断口分析的干扰，应先对断口上的腐蚀产物进行成分和相结构分析，然后用化学或电化学方法清除之，之后再进行断口分析。

　　当模具中存在材料缺陷和加工缺陷时，往往在缺陷处产生裂纹并扩展。故应分析裂源和断裂路径与各类缺陷的关系，以确定缺陷对断裂的影响。常见的缺陷有非金属夹杂物、碳化物偏聚、表面微裂纹、过热、过烧、回火不充分等。可选取断裂碎块，在裂源和断裂扩展区处，分别以垂直于断口的截面制备金相试样，用光学或电子显微镜观察断口处的缺陷和显微组织。

　　5、断裂原因的判定

　　断裂失效分析的目标是要找出断裂的原因。而要得出正确的结论，就要对上述各项分析的结果、数据和信息进行综合的推理分析，并借助各学科的知识和经验进行系统的研究。    首先，根据模具断裂状况的分析和断口分析的结果，综合判定模具断裂的性质和类型，并由此列出所有可能的断裂原因。可能的断裂原因一般包括设计不合理，选材不当，材质不良，各种加工和热处理缺陷，操作使用不当和安装、维护不良等方面。

　　然后，再根据模具的工作条件、制造工艺及服役历史、质量检验结论和现场使用状况等，进行逻辑推理、综合分析、相互印证，在可能的断裂原因中，逐一排除被证明不可能的原因，最终判定引起断裂失效的主要原因。必要时，还可以进行失效重现性试验或模拟试验，以证明所判定的断裂原因正确与否。

　　6、提出防护措施

　　根据判定的断裂原因，有针对性地提出防护措施，以避免或减少这种断裂失效现象重复发生。同一模具可能有几种损伤形式出现，而最终先导致模具失效的形式可能是其中的一种，防止了这种形式的失效以后，另一种失效形式可能成为为主要失效原因，需要采取另外的措施去解决。

　　模具失效分析是模具制造企业提高模具产品质量的重要手段，随着模具制造技术的不断创新、新材料的广泛采用、加工工艺的不断改进，使用与维护条件的差异等等都影响到模具失效的原因，模具失效分析必将与时俱进，通过对已失效模具的分析，找出原因和解决的方法，分清模具失效原因是正常耗损失效、产品缺陷失效、误用失效，还是其它原因造成模具失效，指导模具设计、制造、使用者在模具设计、制造、使用中要优化设计、精心制造、正确使用，模具质量就会上一个新的台阶。

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