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模具钢锻造对热挤压模具失效有哪些影响及解决方法是什么?
来源: | 作者:东启特钢 | 发布时间: 2022-08-05 | 21 次浏览 | 分享到:
模具钢锻造对热挤压模具失效有哪些影响及解决方法是什么?

  模具钢锻造对热挤压模具失效有哪些影响及解决方法是什么?

  

  冲压厂常用的各种冲压锅模、冲压锅冲头(材质为3Cr2W8V、H13)、成型模、压制模、闭合模(材质为5CrMnMo)都是典型的热挤压模具。这种模具在工作中同时承受机械载荷和热载荷,其失效形式和影响因素复杂。它们的工作条件和失效模式与锤锻模相似,如早期断裂、疲劳断裂、热疲劳、空穴塌陷和磨损。但热挤压模具在工作过程中,坯料的变形速率远大于锤锻,模具长时间工作在高温区,压力大,摩擦剧烈。因此,塑性变形、磨损和疲劳断裂是热挤压模具最常见的失效模式。

  

模具钢


  模具毛坯锻造是模具加工中重要的热成形工艺。不仅仅局限于获得理想的几何形状,消除冶金缺陷(如锻造焊接中的内部疏松、非氧化气孔、晶粒细化、组织致密),更重要的是通过合理的锻造操作可以大大提高钢材的力学性能。它是改善模具材料原始状态,提高模具材料性能,从而延长模具寿命的重要手段。因此,了解和掌握模具钢锻造易产生的缺陷,正确锻造模具毛坯,对防止模具失效具有重要意义。多年来,在热挤压模具毛坯的锻造中,我对锻造过程中容易产生的缺陷和模具毛坯的锻造有了一些认识和经验。

  

  1.模具毛坯的锻造缺陷

  

  毛坯的锻造质量和缺陷与模具钢的材质、锻造加热、锻造方法和锻后冷却有关。不仅有锻造的常见缺陷,还有碳化物形状和分布不均匀、流线方向和分布不均匀等。由不正确的锻造工艺造成。

  

  一、锻造的一般缺陷

  

  锻件常见的表面缺陷有裂纹、氧化皮、凹坑、折叠等。常见的内部缺陷有过热、过烧、疏松、组织偏析、流线分布不良等。特别是热作模具钢塑性低、变形抗力大、导热性差、锻造温度范围窄、组织缺陷多、内应力大等特点,容易造成锻造缺陷。这些缺陷要么会造成模具断裂的裂纹源,要么会影响模具的热处理,最终影响模具的使用寿命。

  

  如果锻件表面缺陷的深度在加工余量范围内,经过加工和去除后,不会对模具质量产生明显影响。但存在表面裂纹深、过烧等不可修复的缺陷,锻件只能报废。锻件内部的一些缺陷,如碳化物偏析严重、流线分布不合理等,需要通过进一步锻造来改善。

  

  (2)碳化物的形态和分布不均匀

  

  合理的锻造工艺,如大锻比反复镦拔,正确控制停锻温度和锻后冷却温度,可以细化钢中碳化物,改善碳化物分布的均匀性,降低偏析程度。而大、中截面高合金钢模具碳化物偏析严重,锻造难度大。锻造后,碳化物的形态和分布均匀性可能仍然较差,这将影响模具的内部质量。因此,应根据模具的具体情况,提高锻造比,以改善重要模具的碳化物不均匀性水平,如冲头、凸模等。

  

  (3)流线的方向和分布不合理

  

  在钢的锻造过程中,内部非金属夹杂物随着金属的塑性流动而扩展,在其宏观组织中形成明显的流线型。流线会造成模锻坯料的各向异性,即沿流线方向的力学性能明显高于横向。对于重型模具,如果其承受的最大拉应力方向与流线方向垂直,则容易导致早期劈裂失效。就热挤压重载模具而言,流线方向和分布的合理性比碳化物更不均匀,会使模具更不均匀。和流线带状碳化物一样,也会造成淬火变形的不均匀性。如3Cr2W8V、H13、5CrMnMo等热作模具钢制成的模具,经淬火回火后,其延伸率较小或有向流线和带状碳化物方向缩短的趋势,这对模具的变形控制非常不利。

  

  因此,合理的流线方向和分布也应通过锻造来实现,应根据模腔的受力情况,使流线方向与最大拉应力方向一致,并沿模腔表面连续分布,不被切断;对于精密模具,应通过锻造使流线均匀分布而不定向,使热处理变形均匀,易于控制。

  

  二、避免模具毛坯锻造缺陷的对策

  

  为了避免锻造缺陷,保证锻造毛坯的质量,模具毛坯的锻造工艺应注意以下几个方面

  

  (1)原材料的质量检验和准备

  

  不合格的原材料难以保证锻造质量,将直接导致锻件的废品。因此,必须要求钢表面无裂纹和褶皱,内部无气孔、疏松和裂纹,并评定碳化物和非金属夹杂物的分布。备料应使长径比L/D ≤ 2.5 ~ 3。在锯切和热切割过程中,截面应该是平的,以避免新的表面损伤。

  

  (2)锻锤吨位的选择

  

  锻锤吨位的选择应与模具毛坯的重量和模具材料的变形相适应。锻锤吨位太小,锻造不深,核心结构得不到改善。吨位太大的话,容易被撞得太狠,导致锤裂。锻造热挤压模具毛坯时,锻锤的吨位要大一些。

  

  (3)锻造温度范围和锻造后的冷却。

  

  应根据模具材料的成分合理选择坯料的锻造温度范围和锻造后的冷却方式。初锻温度应使坯料具有高塑性和低塑性变形抗力,但温度不能过高,以免过烧和过热。终锻温度不宜过低,因为不会引起锻造裂纹或过大的内应力,但终锻温度过高会引起晶粒长大等缺陷。

  

  原则上,锻后模具的冷却既要防止冷却过慢,又要防止冷却过快造成内应力过大甚至开裂。因此,锻造后应及时将锻件埋入热沙或灰坑中,以减缓冷却。

  

  (4)模具毛坯的锻造方法

  

  1.基本锻造方法

  

  为了提高模坯中碳化物的均匀性和流线分布的合理性,应采用轴向镦粗、横向镦粗和多向镦粗。

  

  轴向镦粗拔长是指沿钢材轴向反复镦粗拔长桥墩。这种方法是在镦粗和拉拔后,显微组织最细的钢材表面仍在圆周面上,适用于工作部件沿圆周分布的重型模具。但芯部金属流动较少,微观组织改善效果较差。

  

  横向镦粗是指将钢材沿圆周方向镦粗拉伸,然后转向90度方向,沿垂直于流线的方向镦粗拉伸若干次的过程。这种锻造方法是钢的原始表层在模具的端面上,改善型芯结构的效果好,适用于工作部分在端面上的模具,如压凸模。

  

  多头锻造结合了轴向锻造和横向锻造的优点,是在三维空间内反复翻转钢材方向的锻造。这种方法是获得高质量模具毛坯的最佳途径,因为它易于对钢铁材料进行彻底锻造,均匀变形,细化碳化物,改善显微组织。这也是冲头、合模等锻模最常用的方法。

  

  2.热挤压模具的锻造特点

  

  热挤压模具承受很大的机械载荷。这类模具的锻造目的之一是热处理后获得高强度和韧性。因此,应使用能量充足的锻锤,使模坯的基本组织致密,碳化物颗粒细小均匀。同时应合理分布流线,使钢材表层布置在工作位置,流线方向垂直于易断面,流线沿型腔(体)表面连续分布。

  

  用于工作部分在圆周面上的模具,如各种冲压杯、闭合模、成型模等。,锻造时应细化表面一定深度处的组织和碳化物,使流线沿锻造毛坯的轴向或径向分布,以提高工作零件的强度,减少淬火时外圆和内孔的变形。

  

  对于工作部分在端面上的冲压冲头等各种模具,通过改变端面锻造或反复镦粗、水平拉拔,使钢的表层变为模具的端部。同时,流线沿型腔轮廓呈环状分布,以提高模具的强度和韧性。

  

  综上所述,制定合理的锻造工艺,采用正确的锻造方法,是保证模具毛坯质量,提高模具使用寿命,降低生产成本的重要环节。


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