模具12(編輯修改稿)
2025-03-21 09:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的失效過程和失效形式。 （ 3）模具的冷卻 為減輕錘鍛模的熱負(fù)荷，控制其溫升，通常在模具工作的間歇，對(duì)之進(jìn)行冷卻。如每鍛壓完一個(gè)毛坯后，用冷空氣、水、油等介質(zhì)冷卻模具型腔；或在型腔表面涂抹潤(rùn)滑劑，既能減摩，又起到冷卻作用。 錘鍛模在模具工作過程中，型腔不斷受到加熱和冷卻的反復(fù)作用，即承受交變熱負(fù)荷，其結(jié)果將會(huì)引起模具產(chǎn)生熱疲勞現(xiàn)象。 （ 4）型腔表面摩擦 被鍛金屬坯料在模具型腔中熱塑變流動(dòng)，將對(duì)型腔表面產(chǎn)生摩擦作用。摩擦力的大小與正壓力和摩擦表面的狀況有關(guān)。在坯料能進(jìn)行熱塑變流動(dòng)的情況下，正壓力主要取決于熱坯料的塑變強(qiáng)度，模腔表面受熱氧化也將影響摩擦和磨損過程。 2．錘鍛模的基本失效形式 錘鍛模在上述復(fù)雜的工作條件下服役；其失效形式也復(fù)雜多樣。錘鍛模承受機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷較重的部分是型腔， 其基本失效形式有型腔部分的模壁斷裂 ，型腔表面熱疲勞、塑性變形、磨損等。錘鍛模的燕尾部分承受沖擊載荷且有應(yīng)力集中，因而 燕尾開裂也是常見的基本失效形式 。 （ 1）模具型腔部分的斷裂 錘鍛模的尺寸較大，它的斷裂不僅影響生產(chǎn)，而且危及人身安全，因而是最危險(xiǎn)的一種失效形式。按其斷裂的性質(zhì)，它又可分為 早期脆性斷裂 和 機(jī)械疲勞斷裂 。 早期脆性斷裂是在錘擊次數(shù)較少時(shí)發(fā)生的，有的僅鍛打 幾次 就出現(xiàn)斷裂。模具在很大的沖擊載荷作用下，在型腔部分 受拉應(yīng)力較大而又薄弱 的部位可能產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋受力擴(kuò)展至一定尺寸時(shí)，便會(huì)發(fā)生 快速失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致突然斷裂。其斷口的宏觀形貌特征是從斷裂源開始，裂紋呈 人字花紋向外擴(kuò)展 。 機(jī)械疲勞斷裂是在模具經(jīng)受許多次鍛擊后發(fā)生的斷裂。由于錘鍛模所承受的沖擊應(yīng)力較一般機(jī)械零件承受的“靜”載交變應(yīng)力要大得多，故其疲勞斷裂的周次遠(yuǎn)小于一般的高周疲勞，可以認(rèn)為是較大沖擊能量的沖擊疲勞。其疲勞破壞的宏觀和微觀斷口也具有一般疲勞斷口的特征，但宏觀斷口上的裂紋擴(kuò)展區(qū)一般較小。 影響斷裂的因素包括： ◆ 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，存在薄弱部位和引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)； ◆ 模具材料冶金質(zhì)量不高，大模塊又難以鍛透，存在有白點(diǎn)、疏松、非金屬夾雜物、流線分布不合理等缺陷； ◆ 熱處理質(zhì)量不良，存在淬火缺陷、內(nèi)應(yīng)力、回火硬度偏高及產(chǎn)生回火脆性等。 上述因素均可誘發(fā)裂紋萌生，并導(dǎo)致早期脆斷或機(jī)械疲勞斷裂。 （ 2）型腔表面的熱疲勞 所謂“熱疲勞”是零件（如熱作模具）在循環(huán)熱應(yīng)力的反復(fù)作用下所產(chǎn)生的疲勞裂紋或破壞。 由于錘鍛模的截面尺寸較大，沿截面的溫度梯度也大，其型腔表面受急熱、急冷的作用而內(nèi)層的溫度變化較小。這樣，型腔表面在循環(huán)熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生循環(huán)的塑性應(yīng)變，經(jīng)過一定周次，導(dǎo)致表面產(chǎn)生許多細(xì)小的裂紋，即熱疲勞裂紋。 熱疲勞裂紋可以呈條狀、放射狀，有的則連成網(wǎng)狀，所以常稱為 “龜裂” ，如圖 113所示。 圖 113 網(wǎng)狀熱疲勞裂紋金相圖 熱疲勞裂紋屬于細(xì)小淺表裂紋，一般僅 數(shù)毫米 。除了表面質(zhì)量要求高的精鍛模外，普通鍛模出現(xiàn)熱疲勞裂紋后仍能繼續(xù)服役。 但是，在機(jī)械應(yīng)力的繼續(xù)作用下，加上繼續(xù)氧化腐蝕，以及由于坯料的摩擦、擠入所產(chǎn)生的對(duì)裂紋的擴(kuò)張作用，可使裂紋繼續(xù)向縱深擴(kuò)展，并可能成為脆斷和疲勞斷裂的裂紋源。 影響模具熱疲勞的因素主要是 ： ◆ 模具型腔表面的溫度變化幅度（即循環(huán)溫差）； ◆ 模具材料的抗氧化性、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)。 模具型腔表面的 致密氧化物層 可阻緩繼續(xù)氧化過程，但氧化層增厚以致破裂后，便露出基體金屬并產(chǎn)生侵蝕溝，如圖 l14所示。 圖 1 1 4 氧 化 膜 破 裂 侵 蝕 溝 形 成 示 意 圖氧 化 物 層金 屬 基 體 溝底的應(yīng)力集中易使熱疲勞裂紋萌生，溝底氧化物的不斷產(chǎn)生和聚集，使它在循環(huán)熱應(yīng)力作用下起著楔子的作用，大大加速裂紋的擴(kuò)展。 （ 3）型腔表面的磨損 錘鍛模在機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的作用下，其型腔表面的磨損非常復(fù)雜。在多次重復(fù)沖擊作用下，一方面坯料對(duì)型腔表面產(chǎn)生沖擊性的接觸應(yīng)力，另一方面坯料塑變流動(dòng)對(duì)型腔表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。在熱負(fù)荷的作用下，型腔表面層可能發(fā)生軟化，同時(shí)表面的氧化也將加劇。 ★ 在型腔表面與坯料滑動(dòng)摩擦較小的部位，由于較大接觸應(yīng)力的重復(fù)作用，易使型腔表面產(chǎn)生小塊剝落，形成痘狀麻坑 。 ★ 在型腔表面受坯料滑動(dòng)摩擦較大的部位，由于摩擦切應(yīng)力和熱負(fù)荷的作用，則易使型腔表面產(chǎn)生 氧化磨損和熱粘著磨損 。 當(dāng)模具表面形成 薄而致密 的氧化膜時(shí)，可具有潤(rùn)滑和減摩作用，能防止熱粘合現(xiàn)象。但在溫度較高，所形成的氧化膜厚而疏松時(shí)，則由于氧化膜容易破裂、剝落，且氧化物碎片又成為磨粒，將加劇型腔表面的磨損。 對(duì)模具磨損影響較大的因素是 : ★ 模具的溫度 。 ★ 模具材料的化學(xué)成分和硬度 。 ★ 模具型腔的表面狀況 。 ★ 模具的使用條件等。 （ 4）模具型腔的塑性變形 錘鍛模的塑性變形常發(fā)生在模具型腔中受力大且受熱溫升高的部位。溫度升高使模具材料的屈服強(qiáng)度下降，且當(dāng)溫度高于模具的回火溫度時(shí)，則進(jìn)一步使之軟化。當(dāng)軟化部位的屈服點(diǎn)低于該部位所承受的應(yīng)力水平時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。
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