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冷作模具钢材主要磨损及失效

时间:2021-09-07 15:24人气:编辑:钢铁之家
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  1、冷作模具的过载失效 过载失效指 模具钢材 本身承载能力不足以抵抗工作载荷(包括约10%的随机波动载荷)作用引起的失效,包括模具钢材韧度不足和强度不足两类失效。对模具钢材韧...

冷作模具钢材主要磨损及失效

1、冷作模具的过载失效
过载失效指模具钢材本身承载能力不足以抵抗工作载荷(包括约10%的随机波动载荷)作用引起的失效,包括模具钢材韧度不足和强度不足两类失效。对模具钢材韧度不足出现的脆断失效应予以重视。
⑴模具钢材韧度不足失效。此类失效前无宏观征兆和断裂突发性,是冷作模具失效中最危险的事故,此类失效增出现过人身事故,给生产安全和经济建设造成很大的损失。这种失稳态下的断裂失效在冷挤压和冷镦模具中容易出现,如冲头折断、开裂、甚至发生爆裂,其特征是失效产生前无明显塑性变形,宏观断口无剪切唇,且比较平坦,造成模具不可修复的永久失效。
这种失效与模具钢材韧度不足、承受过高应力有关。对冷挤压模具实际承载能力分析计算可知,冲头失效前承受的工作应变能力是
模具钢材断裂消耗能的上千倍,说明了工作时冲头承受高潜在动能和低的断裂抗力。根据能量守恒原理,冲头断裂势能大部分转变为扩展动能,其扩展的极限速度可达103m/s。当模具结构存在应力集中,如六方冷镦冲头尾部过渡区r≤1mm时,应力集中系数Kt=2;冷挤压冲头台阶处r=3mm时,Kt=1.3;甚至机械加工刀痕、磨削粗痕迹等均可成为薄弱环节,产生失稳断裂。
高碳、高合金的冷作模具钢,使用状态为回火马氏体和二次析出相,含有较多一次剩余碳化物,材料硬度高,基体吸收能量、松弛应力——应变的能力低,一次碳化物的不均匀性分布又严重降低了材料韧度。因此,这类失效断口看不到宏观变形,微观变形的尺寸大致与碳化物间距相当。
⑵强度不足失效。在冷镦、冷挤压冲头中,材料抗压、弯曲抗力不足,易出现镦头下凹、弯曲变形失效。在新产品开发中容易产生此类失效,这与工作载荷过大,模具硬度偏低有关。实际经验表明,黑色金属冷镦冲头硬度小于HRC56、冷挤压冲头硬度小于HRC62时易出现这类失效,同时说明材料强度不足,塑性有余,有韧度潜力可以发挥。
解决此类模具早期失效的经验方法是脆断失效减硬度,变形失效增硬度。

2、冷作模具的磨损失效
磨损失效是指模具工作部位与被加工材料之间的摩擦损耗,使工作部位(刃口、冲头)的形状和尺寸发生变化引起的失效。它又包括正常磨损失效和非正常磨损失效两类。
⑴正常磨损失效。对表面尺寸要求严格的冷冲压、冷挤压模具,在保证材料不断裂的前提高下,模具寿命取决于表面抗磨损能力。通常模具使用寿命较长,表面质量要求高的冲裁模、挤压模易产生引类失效。
⑵非正常磨损失效。在局部高压力作用下,模具工作部位与被加工材料间发生咬合,被加工材料“冷焊”到模具表面(或模具钢材“冷焊”到加工材料表面),引起被加工产品(或模具材料)表面形状和尺寸发生突变,或在被加工产口表面出现严重划痕等导致失效。在拉伸、www.ksjdsgs.com弯曲模具及冷挤压模具中易发生此类失效。

3、冷作模具的疲劳失效(多冲疲劳失效)
冷作模具载荷都是以一定冲击速度、一定能量作用下周期性施加的,这种状态与小能量多冲疲劳试验(以一定能量周期性加载和卸载)相似。由于模具材料多冲疲劳的断裂寿命多在1000~5000次,通常,裂纹疲劳源和裂纹扩散区无明显界限。
模具钢材的疲劳性能和特征与结构钢有很大差异。因为脆性模具钢材疲劳裂纹的萌生期占大部分寿命,多数情况下,裂纹萌生与扩展难于区分。仔细分析疲劳条纹微观形态可以看出,裂纹萌生多在材料表面的薄弱环节,如钢材价格晶界、碳化物和应力集中部位。试验表明,冲击疲劳裂纹萌生约200μm微裂纹时,寿命占总寿命的90%以上,从断口上难观察到结构钢稳态扩展区和疲劳条带,裂纹一旦产生就快速失稳扩展。经过喷丸强化处理的高速钢,由于表面残余压应力的作用,使裂纹源位置转移到次表面约0.2mm处,改善模具钢材材料表面应力状态是提高多冲疲劳抗力的有效途径。多冲疲劳失效常见于重载模具,如冷挤压、冷镦冲头模具中。

 

文章来源:昆山金得胜金属材料有限公司技术中心 http://www.ksjdsgs.com

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