冷作模具主要包括沖裁模、冷擠壓模、冷拉深模、冷鐓模、拉絲模等。冷作模具的工作條件是在常溫下，主要完成金屬及非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序。冷作模具在工作時，由于被加工材料的變形抗力較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和摩擦力等，其刃口或工作表面產生劇烈的摩擦與磨損，其常見的失效形式有磨損、斷裂、塑性變形、咬合及多沖疲勞等失效。

冷作模具工作部分與被加工材料之間的摩擦而引起的物質損耗，能使工作部位（刃口、沖頭）形狀和尺寸發生變化而引起失效，如沖裁模的刃口變鈍，冷鐓模的工作表面出現溝槽等。

磨損失效包括正常磨損失效與非正常磨損失效。對于沖模、冷擠壓模，在保證不斷裂的條件下，工作部分磨損到無法修復的程度屬于正常磨損；非正常磨損則是在局部高壓力作用下，模具工作表面與被加工材料間發生咬合，引起坯料表面形狀與尺寸發生突變，或產品表面出現嚴重劃痕等導致失效，如冷拉深模、彎曲模及冷擠壓模中容易出現此類缺陷。

按其斷裂過程的特征，可分為脆性斷裂和疲勞斷裂兩種形式。脆性斷裂主要是由于模具存在冶金缺陷、工藝缺陷，或因操作不當發生超載造成的；疲勞斷裂主要是由于循環應力所致，其常見于各種重載模具，如冷鐓模、冷擠壓模。

冷作模具在使用過程中發生塑性變形，失去原有的幾何形狀，通常發生在硬度偏低或淬硬層太薄的模具，具體表現為凸模鐓粗、彎曲，凹模型腔下沉塌陷、棱角塌陷、模孔脹大等。

當被加工材料與模具工作部位接觸時，在高壓力摩擦下，潤滑油膜破裂，發生咬合。此時，被加工件金屬“冷焊”到模具型腔表面，導致被加工產品表面出現劃傷。咬合失效常見于彎曲、拉深、冷鐓、冷擠壓等工序。

冷作模具承受的載荷大都是以一定沖擊速度和能量反復作用，其工作狀態與小能量多沖疲勞試驗相似。由于模具材料硬度高，多沖疲勞壽命多在1000~5000次，而且裂紋萌生期占壽命絕大部分，疲勞源和裂紋擴展區不明顯。重載模具，如冷擠壓模、冷鐓沖頭等易發生此類失效。

實例

Cr12MoV鋼沖模線切割開裂問題分析。

（1）原因分析

沖模用于加工一汽“大眾”A4與“捷達”5V踏板機構總成等產品。沖模在線切割加工時，經常發生模具開裂（見圖2）問題。經過分析，模具線切割開裂原因主要是：內部存在淬火殘余內應力、材料韌性低。當模具體積較大時，模具經熱處理后會產生內應力（表面為拉應力，內部為壓應力），當兩種內應力相互抵消而保持內應力平衡狀態時，不易使模具開裂；而模具在線切割加工時，拉應力增大，將破壞其內應力平衡，加上高碳鋼模具材料韌性低，則易使模具開裂。統計發現，此種情況多發生在模具厚度超過50mm時。

圖2  Cr12MoV鋼沖模線切割開裂示意

（2）對策

1）選用合理的淬火冷卻方式。在滿足技術要求的前提下，盡量緩慢冷卻，如采取風冷、空冷（如Cr12MoV、DC53鋼等）、分級和等溫淬火的冷卻方式，不要直接用油冷卻，從而降低淬火殘余內應力。

2）提高回火溫度。為了消除殘余內應力，提高材料韌性，在模具材料具有很好的耐回火性前提下，回火溫度控制在360℃以上，宜采用500℃回火。對于Cr12MoV、DC53等具有二次硬化的材料，若回火溫度太低，在模具線切割加工前進行磨削加工時，也容易產生磨削裂紋。對此，可將傳統沖模硬度要求58~62HRC降低為55~58HRC，尤其對大型復雜模具，依據工作載荷大小選取，載荷大的取下限。通過采取以上措施，經磁測應力測試，模具的殘余內應力基本消除。

3）改變加工工藝過程。在模具淬火前預先鉆通孔，并用帶鋸或銑刀將孔連接起來（見圖3a），即可避免模具在線切割加工時產生畸變和開裂；或者在淬火前預先留出30~50mm厚的刃口（見圖3b），在熱處理時可減少部分應力，則在線切割加工時能夠避免模具開裂。

a）預先鉆孔                        b）預先留出刃口

圖3  改變加工工藝過程示意

4）選用合適模具材料。優選模具鋼材，如采用電渣重熔Cr12MoV鋼，或者日本大同公司的DC53、奧地利百祿的K340鋼等。

5）采用真空熱處理工藝。Cr12MoV鋼模具經1020℃ × 1.5min/mm真空加熱后，氣冷至70℃左右，及時進行回火，回火溫度360~400℃，保溫2h，回火2次，出爐風冷至室溫。對于大中型模具（截面尺寸50mm以上）必須回火2~3次。