锻造模具的失效与延寿
1.概述
模具在模锻件生产中占有特殊重要位置，只有高质量模具才可能生产出优质模锻件。

模具与锻件的“性价比”是企业技术和管理水平的综合反映，而模具寿命在“性价比”中期关键作用，即模具寿命直接影响锻件质量、成本、生产率及市场竞争力。

1.1模具寿命对锻件生产的影响
1.1.1模具寿命对锻件的质量的影响
众所周知，锻件精度与模具精度相匹配才能生产出合格锻件，并减少不良品率和废品率。

设计合理的预锻件（模具）和终锻件（模具）相对应的截面积、体积必须相匹配，否则锻件将因折叠或充不满而报废，也将加速模具磨损，而模具的磨损又直接影响锻件质量和尺寸的稳定性，从而增加后续加工的成本。

1.1.2模具寿命对锻件成本的影响
模具不仅影响锻件质量，而且影响锻件成本。

一般，模具费用约占锻件成本的10%-20%，日本和德国等发达国家占7%-15%，如德国1994年统计，模具成本占锻件销售额的11%。

模具价格昂贵，特别是大型模具，一整套125MN机械压力机生产线上的六拐8平衡块曲面分模曲轴模具（含辊锻、压扁、预锻、终锻、切边、热校正等工序）的总价约120万元，如果延长模具使用寿命20%，则锻件成本可降低2%-4%，为2.4万元-4.8万元。

企业实践表明，提高模具寿命是降低锻件成本的关键。

1.1.3模具寿命对锻件生产率的影响
生产中由于模具磨损和发生故障而进行模具修理、更换等损失时间约占实际生产时间的10%-15%，所以模具寿命影响生产率。

据国外全年统计，锻件企业24h生产，实际有效时间平均仅为16.5h，因此，模具寿命直接关系到锻件的质量、成本和生产率。

模具寿命长是实现锻件生产机械化和自动化的必备条件。

例如，世界上锻造生产率最高的日本，已有24%的锻造设备实现了机械化和自动化，生产率约185吨/人.年；德国和美国的生产率约80吨/人.年，而中国为（40-50）吨/人.年。

我国锻造生产率低的重要原因就是模具寿命、机械化和自动化程度低。

1.1.4模具寿命对企业竞争力的影响
锻件的交货周期直接影响企业的市场竞争力，而锻件的交货周期直接受模具制造周期及其寿命的影响。

模具寿命长则节约了更换和维修模具的时间，缩短锻件交货周期，可以按时或提前交付锻件。

一方面提升了企业的信誉，另一方面可以拿到要求交货周期短、原来不能承接的订单，从而提升企业的市场竞争力。

1.2锻造模具寿命现状
所谓模具寿命是指一套新模具从安装、生产、直至失效需要翻新前所生产的锻件数量，一般称正常寿命。

模具失效后经多次翻修的寿命之和为总寿命。

提高模具总寿命可节约模具材料（占模具成本的15%-40%），因此提高模具总寿命也是降低锻件成本的重要措施。

1.2.1国内外锻造模具使用寿命对比
对于低合金结构钢热模锻，日本德国等发达国家，按锻件复杂程度和精度，模锻锤模具寿命为0.5万件-0.8万件，但新型程控全液压模锻锤，由于其锻击能量和程序均可设定控制，模具寿命有所提高，0.6万件1万件。

机械压力机模具寿命一般可达到1万件-2.5万件，其中曲轴寿命为0.85万件0-1.8万件，连杆模具寿命为1万件-2.5万件，汽车转向节寿命为0.6万件-1.4万件，齿轮模具寿命为1.5万件-3万件。

个别极复杂、高精度的锻件模具寿命也仅为0.5万件-0.7万件。

螺旋压力机模具寿命比机械压力机稍低。

而国内大多数锻造企业模锻锤模具寿命为0.3万件-0.5万件，摩擦螺旋压力机模具寿命约为0.2万件-0.3万件，一般仅有0.2万件左右，机械压力机模具寿命为0.5万件-0.8万件。

发达国家的冷精密模锻模具寿命约为2万件-6万件，国内约为0.8万件-2.5万件。

相比之下，我国模具寿命仅相当于国外工业先进国家的1/3.
模具寿命是模具材料、设计和制造水平（含模具热处理和表面强化处理）及使用、维护水平的综合反映。

模具寿命的高低在一定程度上反映冶金工业、机械制造工艺与国外还存在一定差距。

1.2.2国外重视模具技术的实例
瑞典依玛特锻造厂用友25MN、40MN和160MN机械压力机，主要供应瑞典Volvo、意大利IVECO、德国MAN和美国GM汽车公司等世界著名汽车制造企业曲轴、前轴、转向节、连杆等锻件。

依玛特锻造厂能够在锻造行业始终保持领先水平一个重要原因就是他在发展锻造生产的同时，很注意发展锻模制造的新技术，讲锻模制造作为锻造生产的保证，真正发挥锻造生产大投资、高产出的优势。

160MN机械压力机年产曲轴20万件，前轴10万件，采用四班三运转每日24h生产，周六、周日不休息，设备负荷达到65%，其中模具寿命高是提高设备符合的决定因素。

2．锻造模具的失效
模具寿命的计算必然涉及到模具报废或失效的问题。

然而模具报废或失效至今尚无一个统一的标准，甚至一个企业内部不同管理人员之间所掌握的尺度也有很大差别，这会给企业造成巨大的资源浪费，直接影响到锻件生产。

2.1模具失效的概念
所谓模具失效是指模具出现了不能通过修复手段恢复其使用功能（不能继续使用）的损伤，即造成了通常所说的锻模的损坏或报废。

由于模具模腔起着成形锻件的功能，直接与炽热的坯料接触、承受脉冲式热负荷作用（热锻模具）、并承受锻压设备施加的高能量冲击载荷和毛坯金属流动冲刷以及润滑剂等环境介质的作用（热锻和冷锻模具），在模具的冶金和加工质量正常及规范操作情况下，锻模的损坏或报废绝大多数都发生在模膛部分，因此锻模的失效主要是在模膛出现了不能通过修理手段恢复其生产合格锻件的功能所致。

这种失效通常称为“正常失效”。

模具的“正常失效”主要是机械负荷和热负荷作用下，长期使用导致缓慢塑性变形、磨损或者疲劳裂纹所致。

当模具未达到现有工业技术水平下公认的寿命时，通常称为模具的“非正常失效”，又称早起失效。

模具的“非正常失效”主要是因为模具材料冶金质量不合格、锻造工艺或模具设计不当以及误操作等造成的。

早起失效主要有模体脆性断、模膛压塌（塑性变形）和局部严重磨损等。

2.2模具失效类型
2.2.1热锻模具的典型失效类型及其分析
按照磨损机理，磨损包括磨粒磨损、粘着磨损、疲劳（热疲劳与机械疲劳）磨损、氧化（腐蚀或化学）磨损。

研究锻模的失效是要找到失效的根本原因，采取预防措施，尽量避免早期和偶然失效，延长正常失效的时间。

热模锻模具失效类型
根据模具的磨蚀形式，典型的锻模正常失效类型有：磨蚀、热疲劳裂纹、机械疲劳裂纹、粘着和塑性变形。

当然，还有脆性断裂损坏，那是由于不正常操作或锻模先天质量不合格造成的，属于非正常破坏，属于早期失效或偶然失效。

1）磨蚀
在模锻加载过程中，模膛表面与热坯料的热传导加剧、金属流动与模膛表面摩擦产生巨大的热效
应，在二者的共同作用下，会引起很高的瞬间温升，产生氧化反应。

①热锻模具模膛表面各部位的摩擦和磨损主要取决于相应部位的受力状态，集合形状和表面粗糙
度等，根据各部位所受的负荷和金属流动特征，模膛表面大致可分为三个区域：压（应）力区（无
滑移区域死区）、剪切（应力）区（滑移区）和过渡区（微滑移区）。

②剪切（应力）区或称滑移区。

坯料相对于模膛表面剧烈流动，模膛承受坯料流动形成的剪切应
力作用，此外也还承受压应力的作用，该区的受力状态相当于镦粗工序的最大变性区。

该区（特
别是模膛表面已因回火而软化的部位）在金属流动的冲刷作用下，将模膛表面拉伤，形成与金属
滑移方向一致的沟槽。

③过渡区或成微滑移区。

一般位于滑移区和死区之间。

其受力状态和磨蚀特征都介于二者之间。

2）
（该内容是摘抄的，还未完全写好，稍后补上共同学习）。