冷挤压模工作条件及失效形式.docVIP

三. 冷挤压模的工作条件及失效形式 　　1.冷挤压模的工作条件 　　冷挤压模具工作时，将大截面的坯料挤压为小截面的工件，坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性流动，由于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力高达1960MPa以上，使模具承受强大的挤压反作用力和摩擦力。摩擦功和变形功转化成热能，使模具表面升温达300℃左右(局部可达300℃以上)。此外，每一次挤压过程都是在很短的瞬间完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又下降，就是说模具还承受着冷热交变温度和多次冲击负载的作用。如此严酷的工作条件，使得冷挤压模具的使用寿命比其它模具要低。 　　2.冷挤压模的主要失效形式 　　冷挤压模具的凸、凹模由于受力状况有所不同，所以失效形式有所差异，一般凸模易于折断，凹模易于胀裂。冷挤压凸模的失效形式主要有折断、磨损、镦粗、疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的失效形式主要有胀裂和磨损。 　　冷挤压模具的磨损主要是磨粒磨损和粘附磨损，磨损主要发生在凸模的工作端部和凹模内壁。模具表面温度的升高可能会使模具材料的表层软化，从而加速磨损失效的过程。 　　冷挤压时，凸模可能在弯曲应力或应力集中的作用下折断，或因脱模时的拉应力拉断。凸模肩部由于承受很高的压应力和摩擦力，易产生麻点和磨损，成为导致凸模折断的疲劳源。若凸模选材或热处理不当，在压应力和弯曲应力的作用下，将产生纵向弯曲或镦粗，镦粗一般发生在距工作端部1/3~1/2凸模工作长度处。一旦发现凸模镦粗，应立即重磨。如果凸模因抗压强度不够发生镦粗，在工作部位表面会产生拉应力，引起表面纵裂。若继续挤压，裂纹将扩展并连接起来，造成掉块(凹模表面成片剥落)。 　　若凹模抗拉强度不够，挤压时在切向拉应力的作用下，会产生胀裂(纵向开裂)，凹模型腔变化的部位会发生横向开裂。如果采用预应力组合凹模，长期工作中内层凹模型腔内壁会因拉、压交变循环的切向应力作用导致疲劳开裂。 　　任何模具，其失效形式并非一成不变。模具在服役过程中，在不同的部位，会承受不同形式的作用力，可能导致出现多种损伤形式并存的现象。 　　由于模具材料的性能、模具的结构、制造工艺、压力加工设备的特性和加工操作方法的不同，各种损伤形式的发展速度有很大的差异，多种损伤形式的相互促进会加速模具的失效。因此，同样的模具可能会导致完全不同的失效形式和服役寿命。 　　对模具进行失效分析，不仅要查明其失效形式、失效原因及影响因素，还应当了解其它可能导致损伤的原因及影响因素，掌握全面的情况。在克服某一种失效形式时，还要防止其它损伤的发展，以确保和延长模具的服役期限。 　　11.1.2影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施 　　一. 影响冲压模具寿命的因素 　　模具因磨损或其它形式失效，不可修复而报废之前所加工的产品件数，称为模具的使用寿命。为了提高冲压模具的寿命，必须对已失效的模具进行分析，了解和掌握失效的原因和影响模具寿命的主要因素。 　　1.模具材料的影响 　　(1)模具材料性能的影响 各种模具材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、塑性变形抗力、断裂抗力、冷热疲劳抗力等性能均有所不同，材料的性能必须满足模具的具体使用要求，否则将导致模具的早期失效。如模具工作在循环载荷下时，使用疲劳抗力差的材料将会萌生疲劳裂纹，裂纹的不断扩展将引起模具的断裂失效。 　　(2)模具钢材冶金质量的影响 若钢中含有强度低、塑性差的非金属夹杂物，则容易形成裂纹源，引起模具早期断裂失效。当钢中的碳化物过多，形成网状、大块状或带状偏析时，将严重降低钢的冲击韧度及断裂抗力，引起模具的早期断裂、崩块及开裂等。钢材中存在中心疏松和白点，会降低模具的抗压强度，使模具淬火开裂及工作表面凹陷。 　　2. 模具结构的影响 　　(1) 模具几何形状的影响 模具的几何形状对成形过程中坯料的流动和成形力产生很大的影响，从而影响模具的寿命。如图11-8所示为三种形状的反挤压凸模其中a、b两种结构的凸模比c结构的凸模降低挤压力20%，但a、b两种结构的凸模端面倾斜角不能过大，否则虽然降低了挤压力，但凸模容易因挤偏受到弯曲应力而折断。 a)整体式 b)组合式 图11.1.4 挤压凸模结构形式 　　(2) 模具间隙的影响 模具的凸凹模工作间隙不仅影响工件的质量，还影响模具的寿命。例如拉深模的间隙过小将增加摩擦阻力，易擦伤工件表面，并增大了模具的磨损。冲裁模的间隙过小会加剧凸凹模的磨损，降低模具的使用寿命。 　　(3) 结构形式的影响 模具的结构形式不合理将导致应力集中而断裂失效。如图11-9a所示为正挤压空心工件的整体凸模，挤压时极易在心轴根部产生应力集中而折断。改为图11-9b所示组合式，消除了应力集中，可以防止模具的早期断裂失效。 　　3. 模具制造工艺的影响 　　(1) 锻造工艺的影响 如果锻