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熱作模具鋼可分為四類:錘鍛模、壓力機鍛模、揉捏模、壓鑄模,它們的工作條件不同頗大。影響熱作模具作業條件的因素主要有:鍛壓設備的構造及特性、毛坯資料的性質、模具的光滑及冷卻方法、模具的結構及制造工藝質量等。

1.錘鍛模的工作條件

各種噸位的鍛錘發生巨大的沖擊吸收功使毛坯成形。隨著鍛錘噸位的添加,模具接受的沖擊載荷也愈大。此外,模具在工作過程中,還受到很大的壓力。因為模具型腔的形狀不同,各部位將處于雜亂的應力狀態,包含拉應力、壓應力、彎曲應力等。在錘鍛時,因為工件塑性變形而引起活動,然后導致工件與模具間發生沖突。熱塑性變形時,沖突力與壓力之間不存在此例聯系,資料所能接受的大沖突力決定于資料的屈服強度。沖突對模具壽數有重要的影響,常常使模具發生磨損,使模具型腔尺度超差而報廢。這種磨損還因模具在工作過程中被氯化而加重。

因為模具型腔與熱毛坯金屬觸摸,毛坯金屬的熱量及在變形過程中與型腔外表沖突生成熱量等傳給了模具型腔。而毛坯的加熱溫度越高,持續工作的時刻越長,則模具型腔受熱程度越高。在鍛壓過程中,模具型腔中凸臺或凸起的部位受熱溫度較高,型腔外表溫度可達500~600℃,有的部分甚至到達750℃。如果模具資料的導熱功能不好,將加快型腔的溫升。

模具受熱后,由型腔外表到模具心部的溫度散布是不均勻的,外表的溫度高于心部,因為模具中溫度散布不均勻,會導致呈現內應力,使模具發生變形或開裂。距型腔外表約2~4mm處溫度較高,再向內溫度逐步下降。模具溫升高后,必將對模具資料的安排及功能有重要的影響,一般應使模具的工作溫度低于回火溫度。模具型腔的溫度如未超過模具的回火溫度,模具在作業過程中,安排與功能就不會發生明顯的改變。如果模具型腔的溫度超過模具鋼的相變點,在模具冷卻時將發生相變,這種相變除了會引起模具功能改變外,還會帶來較大的內應力。

為了操控模具在工作過程中的溫度不高于模具的回火溫度,每鍛壓一個或幾個毛坯后,就更有冷空氣、水,油等介質進行冷卻。為了削減模具與毛坯之間的沖突,每鍛壓一個毛坯后,在模具外表涂改光滑劑,這些滑潤劑也可起到冷卻的效果。因此,模具型腔外表薄層是急冷、急熱循環交潛的條件下工作的,引起了熱應力及熱疲憊。在鑄造鋼鐵資料時,因為加工溫度高,相應地使模具的作業溫度升高,常常使模具發生熱軟化、熱磨損、熱疲憊等損傷。鑄造高溫合金及高合金鋼時,因為它們具有較高的高溫強度,使模具的載荷增大,常常使模具斷裂而報廢。

鍛壓凹模的模壁隨很大的切向拉應力,特別是凹模型腔外表呈現熱疲憊裂紋后,本來光滑的凹模成為含有很多外表裂紋的凹模,這將嚴峻地危害凹模的斷裂抗力。采用各種形狀的安排式凹模,凹模壽數可望得到大幅度提高。

鍛壓沖頭的工作部分和支承部分的尺度不同較大,尺度過渡區往往是應力集中嚴峻之處,簡單在此呈現疲憊裂紋,形成沖頭前期脆斷,影響沖頭壽數。因此,在結構設計時,應盡量如大圓角半徑或采取圓錐過渡,工作部分應具有高硬度,支承部分應堅持中等硬度或較低的硬度(高溫回火處理)。這樣,可削減前期脆斷的風險。

2.熱揉捏模的工作條件

依據被加工毛坯的性質,可將熱揉捏模劃分為機器零件揉捏模和型材揉捏模兩大類。依據被揉捏金屬的活動方向和沖頭運動的方向可分為:揉捏時金屬的活動方向與沖頭的運功方向相一起的正揉捏;揉捏時金屬的活動方向與沖頭的運動方向相反的揉捏;揉捏時金屬一起向兩個方向活動的復合揉捏;揉捏時金屬活動方向與沖頭的運動方向成90℃角的徑向揉捏。

因為熱揉捏模具和被揉捏金屬的觸摸時刻較長,因此熱揉捏模具的工作溫度高于錘鍛模。反擠或復合揉捏時因為模具與工件的沖突加重,模具的溫升大于正揉捏,如果存在氧化皮等硬顆粒,這種沖突將加重。被揉捏金屬的加熱溫度越高,熱揉捏模具的作業溫度也就越高,揉捏銅合金、鈦合金和結構鋼時模具的溫度可達600~800℃,揉捏不銹鋼或耐熱鋼時,模具的溫度更高。熱揉捏沖頭作業和脫模時將受巨大的壓力及拉力,還要接受因為位置偏差發生的彎矩,凹模相同也接受較大的壓力和拉力,以及強烈的沖突和熱循環應力,殘留的刀痕或較粗的磨痕往往成為熱疲憊裂紋的萌生源,使熱疲憊過程加快。


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