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影响热作模具寿命的因素分析与优化

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:当模具钢的断裂韧度较低时,易引起模具的早期脆断。因此,目前生产中锤锻模早期脆断绝大多数是因模块热处理后硬度偏高所致。模具热处理后的内应力大小,也是不可忽视的因素。模具淬火后仅进行一次回火,无疑会增加模具脆断的可能性。总之,导致锤锻模产生脆断的因素是多方面的,必须充分分析各种因素的影响。生产实践表明,热处理质量对模具出现早期脆断的影响是巨大的。这种机械疲劳断裂多产生于燕尾与模具零件的过渡处。

影响热作模具寿命的因素分析与优化

模具型腔断裂主要分为模具早期脆性断裂机械疲劳断裂。

1.早期脆性断裂

早期脆性断裂是模具在锻压次数较少时发生的,这种断裂也和其他断裂一样,首先形成裂纹源,当裂纹的尺寸达到失稳扩展的尺寸时,便迅速扩展,导致模具脆性断裂。其宏观断口特征是:从断裂源开始并呈人字花纹向外扩展。引起断裂的原因主要有以下几个方面:

(1)模具的结构强度 由于设计结构不合理,某些部位强度较低。锤锻模的型腔如有厚薄不均,带有尖角结构等,尤其在燕尾处,这些部位因加工表面粗糙度高和尺寸因素,易产生较大的应力集中,是产生早期脆断的裂纹源。

(2)模具材料的冶金质量 由于锤锻模尺寸较大,尤其是在用钢锭直接加工成模块时,在模块中易存在铸造缺陷,如钢中存在有缩孔、白点、疏松及非金属夹杂物等。这些缺陷往往就是裂纹源。当模具钢的断裂韧度较低时,易引起模具的早期脆断。另外,模块经锻造后,其流线分布方向是否合理,也会对产生脆断发生影响。

(3)热处理质量 模具热处理质量的好坏,取决于模具表面有无氧化、脱碳、金相组织、硬度、内应力等。

在上述各因素中,热处理后硬度对模具的早期脆断影响很大。生产实践表明:如模具硬度偏高,将降低钢的断裂韧度及冲击韧度,易产生早期脆断。当模具硬度提高后,又会使模具的冷热疲劳抗力降低,这就使模具型腔表面过早地产生热疲劳裂纹。热疲劳裂纹产生后,当钢的断裂韧度较低时,即使热疲劳裂纹的尺寸很小,也可能达到临界尺寸而迅速扩展,导致模具断裂。因此,目前生产中锤锻模早期脆断绝大多数是因模块热处理后硬度偏高所致。(www.xing528.com)

模具热处理后的内应力大小,也是不可忽视的因素。模具淬火后仅进行一次回火,无疑会增加模具脆断的可能性。至于淬火过热、模具型腔表面氧化与脱碳均会对模具的早期脆断有一定的促进作用。

(4)模具材料选择的合理性 锤锻模在巨大的冲击载荷作用下工作,锤锻设备吨位越高,冲击载荷越大。外形尺寸大的锤锻模应选择冲击韧度和断裂韧度高的钢材。目前常用的材料有5CrMnMo及5CrNiMo。但对于某些要求高的锤锻模,常用的模具材料已经无法满足其工作要求。目前一些锻压厂开始转用HR815,该钢比5CrNiMo钢的冲击韧度高,适用于制作在700℃左右工作条件下使用压力机成形模,锤锻模镶块等。

(5)热应力作用 锤锻模在工作前需预热到一定温度。如果模具预热不充分,使模具表面与心部之间产生较大的温差,将导致较大的热应力。

总之,导致锤锻模产生脆断的因素是多方面的,必须充分分析各种因素的影响。生产实践表明,热处理质量对模具出现早期脆断的影响是巨大的。

2.机械疲劳断裂

机械疲劳断裂是模具的锻模断裂的另一种类型。这种断裂是在锻压次数较多时出现的。机械疲劳裂纹一般是由型腔表面产生,再逐渐向内扩展。锻模的机械疲劳断裂,是在应力循环次数较少的情况下发生的。这种机械疲劳断裂多产生于燕尾与模具零件的过渡处。由于锤锻模的尺寸很大,对它进行解剖分析是比较困难。一般认为导致模具机械疲劳断裂是由于模具钢的强度不足所致。

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