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    緊固件行業(yè)冷作模具主要完成金屬或非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序，制作成各種螺栓、螺釘、螺母、墊片、銷、鉚釘?shù)�。由于加載形式和被加工材料力學(xué)性能不同，各種模具的工作條件差別很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作條件最為惡劣的是鐓鍛模、擠壓模，其次是厚板小孔沖裁模。

    冷作模具的失效

　　鐓鍛模、擠壓模主要用于螺栓、螺母、異型件的制造。它用于金屬體積成形。成形模具所受的載荷輕重根據(jù)工作形狀、尺寸、變形量以及變形材料的力學(xué)性能的不同而不同。

　　在生產(chǎn)中由于變形金屬在模具型腔中劇烈流動產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，致使模具表面溫度瞬時達(dá)到 400 ℃，要求這類模具型腔能承受較大壓力、張力和摩擦力，不開裂，不變形，不磨損。

　　對于沖裁模，它要求刃口在板料沖裁（錐墊、帶齒墊片等）過程中保持鋒利與完整，不崩刃、不變形、耐磨損，沖頭尤其具有高的強(qiáng)韌性和耐磨性。

　　在生產(chǎn)中常見模具失效形式有以下幾類：

    (1) 斷裂失效 模具在使用中突然出現(xiàn)大裂紋或發(fā)生破損而失效。如沖裁模崩刃，冷擠壓模和冷鐓模的沖頭斷裂，凹模破裂。在冷鐓模、冷擠壓模工作時，由于成形力大，在金屬變形過程中模具表面的瞬時溫度很高，造成溫度循環(huán)，也加速疲勞裂紋產(chǎn)生。

    (2) 變形失效 如凸模鐓粗、彎曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔脹大等。

    (3) 磨損失效 如厚板沖裁模刃口、冷鐓冷擠模型腔尺寸超差。

    材料選擇及熱處理

　　選擇模具材料首先要了解模具鋼的材質(zhì)成分、性能，模具的使用條件以及模具失效形式，針對性地選材。

    1 沖裁模

　　沖裁模刃口承受的剪切力大，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，易磨損。凸模易產(chǎn)生崩刃、折斷等。對于批量較大的厚板沖裁�？蛇x用 W18Cr4V 鋼 W6Mo5Cr4V2 鋼制作凸模，用 Cr12MoV 鋼制作凹模，這類鋼耐磨性抗壓強(qiáng)度較好，基本能滿足使用要求，但韌性較低、碳化物分布不均勻，使模具易斷裂及崩刃，模具壽命也不理想。目前，緊固件企業(yè)多數(shù)使用了基體鋼（ LD 、 65Nb 等），低合金高強(qiáng)度鋼（ GD ），降碳高速鋼（ 6W6Mo5Cr4V ），火焰淬火鋼（ 7CrSiMnMoN ）等。

　　基體鋼由于有較高的強(qiáng)韌性，克服了 Cr12MoV 鋼脆斷傾向，使沖裁模壽命顯著提高。

    表1 新舊模具材料壽命對照表
   

    

    2 冷鐓模

    冷鐓模工作時，凸模必須承受強(qiáng)烈的沖擊力，其最大壓應(yīng)力可達(dá)到 2500N/mm2， 一般低合金工具鋼是不能承受的，必須采用高強(qiáng)韌性合金工具鋼和硬質(zhì)合金制造。

    對于冷鐓六角螺栓，六角螺母冷作模具，應(yīng)采用高強(qiáng)韌、高耐磨性模具鋼 65Nb ， LD ， GM ， LM ， 6W6Mo5Cr4V 鋼。這類鋼強(qiáng)韌很高，耐磨性稍次。如在冷鐓模表面實(shí)施強(qiáng)化處理，如 PVD 物理氣相氮化鈦涂層，氣體氮碳共滲、液體氮碳共滲、硼――碳復(fù)合滲等，就可明顯提高冷作模具耐磨性。

    硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的復(fù)合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷鐓模具，其使用壽命可提高數(shù)倍和數(shù)百倍。如六角螺栓冷鐓模芯、縮徑模套壽命可達(dá) 20 萬～ 50 萬件，但其較脆，韌性較差，且不能進(jìn)行車、銑，只宜磨削加工。
常用牌號 YG20 、 YG15 。

    表2 硬質(zhì)合金的化學(xué)成分 
   

    鋼結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相、鋼作粘結(jié)相形成的復(fù)合材料，鋼結(jié)硬質(zhì)合金有良好的耐磨性，其強(qiáng)度和韌性高于硬質(zhì)合金，并可進(jìn)行機(jī)械加工和熱處理，在冷作模具中得到廣泛應(yīng)用，主要以碳化鎢鋼結(jié)硬質(zhì)合金為主（簡稱 DT 合金），其性能見表3 。

    表3 鋼結(jié)硬質(zhì)合金性能比較
   

    鋼結(jié)硬質(zhì)合金制作各種冷作模具，主要以鑲套為主。采用 DT 合金制造 M6 、 M8 半圓頭螺釘冷鐓模，模具壽命比 9CrSi 鋼 8 萬件產(chǎn)量提高 30 倍，壽命可達(dá) 250 萬件。而制造 M20 六角螺母冷鐓模比 Cr12MoV 鋼 0.4 萬件產(chǎn)量提高 55 倍，壽命達(dá) 22 萬件，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

    3 冷擠壓模

    各類緊固件的擠壓成型是在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)下完成的。凸模既受強(qiáng)大的壓應(yīng)力，又受各種不均衡側(cè)向力，在回程時瞬間易引起斷裂。受力復(fù)雜的凸模，特別是在凸模尺寸變化應(yīng)力集中處，易產(chǎn)生脆性斷裂。而凹模有脹裂的可能以及由于金屬材料劇烈流動而引起模腔嚴(yán)重磨損。

    首先，應(yīng)重視選材和熱處理工藝，如 6W6Mo5Cr4V2 、 LD 、 65Nb 、 LM2 、 GD 、 7CrSiMnMoV 等鋼可大大提高強(qiáng)韌性，其次，耐磨性可通過表面處理來達(dá)到。

    例如，冷擠壓發(fā)動機(jī)異型件，如鎖芯、接頭凹凸模常用高速鋼制作，抗壓強(qiáng)度和耐磨性都很好，缺點(diǎn)是韌性差，易脆斷，降低淬火溫度可提高該鋼的斷裂抗力。 6W6Mo5Cr4V 鋼比原用 W18Cr4V 、 Cr12MoV 鋼制作凹模原壽命 1 萬多件提高到 40000 件達(dá) 4 倍，淬火溫度 1080 ～ 1120 ℃， 560 ℃回火三次，就是一個例子。