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          熱加工模具鋼的工作條件
          來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-05-21 | 51 次瀏覽 | 分享到:
          熱加工模具鋼的工作條件
            熱加工模具鋼的工作條件


            熱作模具可分為四大類:錘鍛模、壓力鍛模、擠壓模和壓鑄模,它們的工作條件大不相同。影響熱作模具鋼工作條件的主要因素有:鍛造設備的結構和特點、毛坯材料的性能、模具鋼的潤滑和冷卻方式、模具的結構和制造工藝的質量等。

          模具鋼
            1.錘鍛模的工作條件


            各種噸位的鍛錘產生巨大的沖擊吸收功形成毛坯。隨著鍛錘噸位的增加,對模具的沖擊載荷也更大。此外,在工作過程中,模具也承受著很大的壓力。由于模具型腔的形狀不同,每個零件都會處于復雜的應力狀態,包括拉應力、壓應力、彎曲應力等。在錘鍛過程中,流動是由工件的塑性變形引起的,導致工件與模具之間的摩擦。熱塑性變形過程中摩擦力和壓力沒有這樣的關系,一種材料能承受的最大摩擦力取決于其屈服強度。摩擦對模具壽命有重要影響,經常造成模具磨損,使模具型腔尺寸超差。這種磨損也因工作過程中模具氯化而加劇。


            因為模具型腔與熱的毛坯金屬接觸,所以毛坯金屬的熱量和變形過程中與型腔表面摩擦產生的熱量被傳遞到模具型腔。坯料的加熱溫度越高,連續工作時間越長,模腔的加熱程度越高。在鍛造過程中,模腔內凸臺或凸起的加熱溫度較高,模腔表面溫度可達500~600℃,部分零件甚至可達750℃。如果模具材料導熱性能不好,模具型腔的溫升會加快。


            模具加熱后,從型腔表面到模具型芯的溫度分布不均勻,表面溫度高于型芯。由于模具內溫度分布不均勻,會出現內應力,導致模具變形或開裂。溫度在離型腔表面2~4 mm左右較高,然后向內逐漸降低。模具溫度升高后,會對模具材料的組織和性能產生重要影響。一般模具的工作溫度要低于回火溫度。如果型腔的溫度不超過模具的回火溫度,模具的結構和性能在工作過程中不會發生明顯變化。如果模腔溫度超過模具鋼的相變點,模具冷卻時會發生相變,不僅會引起模具性能的變化,還會帶來很大的內應力。


            為了控制模具在工作過程中的溫度不高于模具的回火溫度,在鍛造一個或幾個毛坯后,使用更多的冷空氣、水、油等介質進行冷卻。為了減少模具和毛坯之間的摩擦,鍛造毛坯后,在模具表面涂上潤滑劑,也可以起到冷卻作用。因此,模腔表面的薄層在快速冷卻和快速熱循環的條件下工作,引起熱應力和熱疲勞。鍛造鋼鐵材料時,由于加工溫度較高,模具的工作溫度相應升高,往往會導致模具發生熱軟化、熱磨損、熱疲勞等損傷。鍛造高溫合金和高合金鋼時,由于其高溫強度高,模具載荷增加,模具經常斷裂報廢。


            鍛模的模壁上有很大的切向拉應力,特別是在型腔表面出現熱疲勞裂紋后,原來光滑的模具變成了有大量表面裂紋的模具,會嚴重破壞模具的抗斷裂能力。使用各種形狀的有組織的模具,模具的壽命可以大大提高。


            鍛壓沖頭的工作部分和支撐部分尺寸相差較大,尺寸過渡區往往是應力集中最嚴重的地方,在這里容易產生疲勞裂紋,造成沖頭早期脆性斷裂,影響其壽命。因此,在結構設計中,應盡量使圓角半徑大或采用錐形過渡,工作部分應具有高硬度,支撐部分應保持中等硬度或較低硬度(高溫回火處理)。這樣可以降低早期脆性斷裂的風險。


            2.熱擠壓模具的工作條件


            根據加工坯料的性質,熱擠壓模具可分為兩類:機械零件擠壓模具和型材擠壓模具。根據被擠壓金屬的流動方向和沖頭的運動方向,可分為:金屬的流動方向與沖頭的工作方向相同時的正向擠壓;擠壓時,金屬的流動方向與沖頭的運動方向相反;金屬同時向兩個方向流動的復合擠壓;擠壓時,金屬流動方向與沖頭運動方向在徑向擠壓時形成90°角。


            熱擠壓模具與被擠壓金屬接觸時間長,熱擠壓模具的工作溫度高于錘鍛模具。反向擠壓或復合擠壓時,由于模具與工件之間的摩擦加劇,模具的溫升大于正向擠壓。如果有水垢等硬顆粒,摩擦會加劇。擠壓金屬的加熱溫度越高,熱擠壓模具的工作溫度越高。擠壓銅合金、鈦合金、結構鋼時模具溫度可達600~800℃,擠壓不銹鋼或耐熱鋼時模具溫度較高。熱擠壓凸模在工作脫模時,會受到很大的壓力和拉力,還會受到位置偏差產生的彎矩。模具還承受很大的壓力和張力,以及強烈的摩擦和熱循環應力。殘留的刀痕或粗磨痕往往成為熱疲勞裂紋的萌生源,加速了熱疲勞過程。
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