冷作模具的常见失效形式及热处理质量检验
冷冲压模具失效形式以及对策研究
冷冲压模具失效形式以及对策研究作者:潘祖军李艳来源:《农业开发与装备》 2014年第7期潘祖军1,李艳2(1.江苏清拖农业装备有限公司,江苏淮安 223005;2.淮安市明森机械制造有限公司,江苏淮安 223005)摘要:分析了模具由于过载、磨损、疲劳、断裂等失效的机理,从模具材料、机加工、热处理等方面分析模具失效的原因,并提出预防失效的措施。
关键词:模具失效机理;模具加工;模具材料;磨损;对策研究0 引言在拖拉机制造的生产实践中,在覆盖件的板材冲压时,模具失效严重影响冲压产品质量,特别是大批量冲压生产中,对产品质量影响就更大。
研究与分析冷冲压模具的冷冲压模具失效形式以及对策很有必要。
1 冲压模具失效形式在冲压模具企业中,模具在生产过程或者服役过程中逐渐出现了某些缺陷。
冲压模具的失效形式为:断裂、开裂、磨损、塑性变形、表面腐蚀六种。
模具的失效按照发生时间出现的时间长短可分为两类:正常失效和早期失效。
对于早期失效的模具,必须查找其产生的原因,努力采取补救的措施。
据调查,在各种失效形式中热处理约占52.2%,原材料约占17.8%、使用是否恰当约占10.%、机加工约占8.9%,锻造约占7.8%,设计约占3.3%。
2 冲压模具的工作条件对失效形式的影响冷冲压冲裁模的工作条件对失效形式的影响。
1)冷冲压的冲裁模的工作条件:冲裁模具主要作用是对各种金属板料的冲切。
金属板料的冲裁过程中受力情况分为三个阶段:弹性变形、塑性变形和剪裂。
2)冲裁模的主要失效形式:在冲裁时,模具刃口所受作用力的差异与板料的种类、板料的厚薄等因素有关。
按照板料厚度对模具冲裁负荷大小的影响,按板料的厚薄分为:厚板(t>1.5mm)和薄板(t≤1.5mm)。
对于薄板,因为模具受到的冲击载荷较小,模具的主要失效形式是因摩擦而产生的刃口磨损。
厚板(t>1.5mm)则模具刃口磨损严重。
磨损过程按照磨损的剧烈程度又可分为期初磨损,缓慢磨损和剧烈磨损三个阶段。
浅谈作模具钢失效分析
通 常 选 用 的冷 作 模 具 钢 要 求 有 足 够 的 强 度 ( 括 抗 拉 , 压 包 抗 和 抗 弯 强度 ) ,足 够 的韧 度 ,足 够 的硬 度 和抗 磨 能 力 ( 别 是 表 特 面 )足 够 的 抗 疲 劳 能 力 ( 别 是 多 冲疲 劳性 能)对 于大 载 荷 的 冷 , 特 ; 挤 压 和 冷镦 锻 体 成 型模 具 , 剧 烈 变形 产 生 热 量 ( 3 0C , 求 因 约 0  ̄)要
8 %一 0 0 9 %。冷 镦 模 具 以裂 断 或 非 正 常 磨 损 ( 部 脱 落 ) 主 , 挤 局 为 冷
( 正 常 磨 损 失 效 1 )
对 要 求 表 面 尺 寸 严 格 的冷 冲 压 , 挤 压 模 具 , 保 证 材 料 不 冷 在
断 前 提 下 , 具 寿命 取 决 于 表 面 抗 磨 损 能 力 。 具 工 作 部 位 与 被 模 模 加 工 材 料 之 间 的 均 匀 摩 擦 损 耗 , 工 作 部 位 ( 口 、 头) 状 使 刃 冲 形 和 尺 寸 发 生 变 化 引 起 的 失效 。 常 模 具 使 用 寿 命 较 长 , 表 面 质 通 如 量要求高的冲载模 、 压模易产生此类失效 。 挤
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常用模具热处理质量检验技术
常用模具热处理质量检验技术模具热处理质量检验应按国家标准、行业标准或企业内控标准规定的程序,对工艺文件或技术标准中规定的项目进行严格的检查,并监督工艺纪律的执行情况,防止和减少废品与返工件的产生。
对批量生产的模具,必须在首件或首批检验合格后才可继续生产。
检验的项目和检验的方法,应按图样、工艺卡片和技术标准的规定执行。
对于没有明确规定的,可按相应的国家标准或客户要求进行检测。
模具热处理后的检验主要有四个方面:外观、变形、硬度、金相。
1)热作模具热处理质量检验如下:①外观检验。
模具任何部位不得有肉眼可见的裂纹,关键部位应用5~10倍的放大镜细看。
模具表面不应有明显的磕碰伤痕。
②变形检验。
用刀口形直尺或平尺观测模面的平面度,并用塞尺测量,一般规定变形量应小于留磨量的1/3~1/2。
③硬度检验。
首先将待测部位磨光或抛光,一般用洛氏硬度计检测3~4点。
根据情况,也可用维氏硬度计、肖氏硬度计、里氏硬度计检查。
如果硬度值超高,应多检测几点,尽可能准确。
根据硬度值,做出是否要提高回火温度的决定。
如果硬度偏低,应在原位置继续打磨,继续检测。
如果硬度还低,再用手提小砂轮做钢号火花鉴别,一定找出致使硬度达不到工艺要求的真正原因。
④金相检验。
热作模具的金相检验,可按JB/T 8420—2008《热作模具钢显微组织评级》执行。
2.通常热作模具钢马氏体合格级别为2~4级。
另外,有些热作模具钢还要进行蒸汽处理、氧氮共渗、TiN涂层、渗硼、氮碳共渗等表面强化处理,则应按相关技术标准验收,重点检测渗层厚度、表面硬度和金相组织三大项。
2)冷作模具热处理质量检验如下:①外观检验。
模具表面不允许有磕碰、划伤、烧毁及严重的氧化脱碳、腐蚀麻点及锈蚀现象,肉眼观察不得有裂纹,表面必须光洁,孔眼特别是不通孔内不得堵泥和盐渍,拴绑的钢丝等附着物必须解除。
②变形检验。
模具热处理后变形量不得超过留磨量的1/3~1/2。
③硬度检查。
模具热处理后应全部进行硬度检查。
模具失效形式及表面热处理(精华)
冷作模具:冲裁模的失效形式有:不均匀磨损、凸模整体折断和凸凹模局部掉块。
拉伸模失效形式有磨粒磨损和黏着磨损。
冷镦模失效形式有模口胀大、棱角堆塌、腔壁胀裂。
冷挤模失效形式有塑性变形、磨损失效、凸模折断失效、疲劳断裂失效、纵向开裂失效。
热作模具:锤锻模失效形式有磨损失效、断裂失效、热疲劳开裂失效及塑性变形失效。
压力机锻模失效形式有脆性断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效以及模具型腔的表面腐蚀失效。
热挤压模失效形式有早起断裂失效、冷热疲劳失效、塑性变形失效、磨损失效、模具型腔表面的氧化失效和磨损沟痕等。
热冲裁模失效形式有热磨损失效、崩刀失效、卷刀失效和断裂失效。
压铸模的失效形式主要有热疲劳失效、热熔蚀失效、冲蚀和气蚀磨损、粘模失效。
塑料模具失效形式有磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效、断裂失效、疲劳失效及热疲劳失效。
冷作模具的表面热处理:1.冲裁模的工作部位的表面处理工艺有氮碳共渗,TD法渗钒渗铌,CVD法沉积TiN或TiC,镀硬铬,化学镀镍磷合金,电火花熔渗等。
2.冷挤模常采用氮化渗碳,沉积氮化物或碳化物等表面强化技术。
3.拉伸模采用渗氮,氮碳共渗,渗硼,渗钒,镀硬铬,气相沉积TiC以及盐浴涂覆碳化物、碳化物于模具表面,通过渗硫提高模具抗咬合的能力。
4.冷镦模需要对模具进行使之整体强韧化的热处理,再对之进行表面强化处理,其常见的表面处理方法有氮碳共渗,气相沉积,TiN 等超硬化合物层,硼-硫复合渗等。
热作模具的表面处理:1.锤锻模对模具型腔表面进行渗氮、渗硼、氮碳硼三元共渗等表面强化处理。
2.压力机锻模及热挤压模常用的表面处理有渗氮、硫碳氮三元共渗、硼氮共渗。
3.热冲裁,模在模具刃口处用电焊条堆焊或用等离子喷焊一层高耐磨、高热强的钴基合金。
4.渗氮和氮碳共渗能提高模具的耐磨性、抗熔蚀性,及防止铝合金的粘模现象;渗铬、渗铝可提高模具的抗氧化性,尤其对高温工作的压铸模有利;磷化、镀铬也可提高抗氧化性,降低摩擦系数,防止粘模。
冷作模具失效分析及优化对策
冷作模具失效分析及优化对策摘要:冷作模具失效是冷作模具常见质量问题,不仅会影响冷作模具使用性能的良好性,而且还会缩短模具使用寿命,同时也会增大生产加工成本,不利于零件加工的高质量、高效率、低成本完成,所以,就需要采取有效优化对策,避免出现冷作模具失效现象,确保其应用价值和作用的充分发挥。
文章对几种常见的冷作模具失效类型及具体进行了详细分析,提出了几条预防冷作模具失效的合理化对策,具有一定的借鉴和参考价值。
关键词:冷作模具;失效类型;失效原因;优化对策冷冲压模、冷挤压模和冷镦模,是应用最为广泛的冷作模具,任何一种冷作模具的工作条件都比较恶劣,模具受力情况复杂,在多种应力的长期作用下,冷作模具内部的组织结构便会发生变化,出现多种组织损伤,进而造成冷作做模具失效,影响零件生产的顺利进行。
为了减少冷作模具失效现象,改良其结构性能,延长其使用寿命,就需要从模具设计及加工等环节入手,做好冷作模具失效预防措施。
1.冷作模具失效类型及原因1.1断裂失效及原因断裂失效主要是冷作模具在使用过程中,因其表面出现裂纹或者破损所造成的一种失效现象,常见于冷挤压模和冷镦模中,分别表现为脆断和开裂脆断或掉块,凸凹膜破裂、刃口崩刃、冲头折断都属于断裂失效中比较典型的情况。
冷作模具断裂失效与制作材质有着直接的关系,当材质强度和韧度达不到标准时,便会出现断裂失效现象。
对于冷挤压模和冷镦模来讲,在对金属零件塑形过程中,其表面温度会因为挤压受力而迅速升高,容易产生疲劳裂纹,引发断裂失效现象[1]。
1.2磨损失效及原因冷作模具在运行过程中,工作部件与被加工材料处于不断摩擦状态,长时间下去便会造成磨损失效。
冷作模具常见磨损形式主要有均匀磨损、不均匀磨损、局部脱落等,在冲压模中出现几率较高,而冷挤压模和冷镦模中的磨损失效,主要出现在模具型腔位置。
冷作模具磨损是一种必然现象,如果模具工作部件与被加工材料之间的摩擦状态比较稳定,则属于正常磨损,这种磨损与模具材料的抗磨损性能有关;如果模具在局部高压高温状态下,与被加工材料摩擦,便会出现非正常摩擦,两者之间活发生咬合现象,在加工零件表面留下划痕等缺陷。
Cr12MoV钢模具失效分析及新工艺
Cr12MoV型钢模具失效分析及模具新工艺唐俊摘要:简述 Cr12MoV型钢的材料特性, 对Cr12MoV型钢制若干常见冷作模具的失效案例进行分析和讨论, 探讨在当前生产环境下 Cr12MoV型钢制冷作模具常见失效形式的一些主要应对方法与提高模具寿命的新技术。
关键词: Cr12型钢; 冷作模具; 失效; 锻造; 热处理;表面处理;新技术1引言在过去的近20年,尤其是近几年,我国模具工业发展非常迅速。
模具需求一直以每年18%左右的速度快速增长,国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,也为其发展提供了强大的动力。
Cr12MoV 钢钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一,属于高耐磨微变形冷作模具钢。
该钢具有淬透性好、硬度高且耐磨、热处理变形小、高抗弯强度等优点, 仅次于高速钢,常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具, 如冷冲压、冷镦、冷挤压模等,其消耗量在冷作模具钢中居首位。
该钢钢虽然强度、硬度高,耐磨性好,但其韧度较差,对加工工艺和热处理工艺要求高,处理工艺不当很容易造成模具过早失效。
例如:某模具加工厂生产制造的冷冲模具,材料为Cr12MoV冷作模具钢,生产工艺为:冶炼→锻造→球化退火→粗加工→热处理→精加工成型。
热处理为(980±10)℃油冷+(510±20)℃空冷。
模具投入生产后,仅生产2000件即发生断裂崩落,出现过早失效,为了找出模具过早失效原因,本文对该模具进行失效分析,并进行锻造、热处理工艺的分析与改进。
2 模具的失效分析2.1 模具的化学成分及冶金质量分析通过提取模具材料样品, 对其化学成分进行分析, 所得结果如表 1 所示( 括号内为 Cr12MoV 钢的化学成分范围)。
化学成分(%)元素 C Si Mn Cr Mo V S P 质量分数 1.62 0.32 0.31 12.1 0.54 0.22 0.015 0.017成分范围(1.5~1.7) (<0.4) (<0.35) (11.5~12.5) (0.4~0.6) (0.15~0.3)(<0.03) (<0.03) 表1 Crl2MoV 钢冷冲裁模具的化学成分( 质量分数)由表1中的数据可以看出, 失效冷冲裁模具的化学成分在Cr12MoV 钢的化学成分范围内, 不会对模具的金相显微组织和力学性能造成较大的影响; 另一方面, 杂质元素硫和磷的质量分数未超标, 不至于导致模具的开裂与失效. 由此判断, 该模具的过早失效不是由材料的化学成分引起的。
模具失效及解决方法实例
模具失效及解决方法实例一、引言模具是工业生产中必不可少的工具,它能够成型出各种形状和尺寸的产品。
然而,模具在使用过程中会受到各种因素的影响,导致失效。
模具失效不仅会影响生产效率,增加生产成本,还会影响产品的质量。
因此,了解模具失效的原因和解决方法非常重要。
本文将介绍模具失效的类型、原因以及一些常见的解决方法实例。
二、模具失效类型1. 磨损:模具在使用过程中,其工作表面会与材料不断接触,导致工作表面磨损。
2. 腐蚀:模具受到化学或电化学作用,导致腐蚀损坏。
3. 塑性变形:材料在模具内塑性变形,导致模具变形。
4. 热疲劳:模具在工作过程中频繁冷热交替,导致热疲劳损坏。
5. 裂纹扩展:由于制造、使用过程中产生的裂纹在交变应力作用下扩展导致破坏。
三、模具失效原因1. 操作不当:如超负荷生产、材料硬度过高、材料中有杂质等都会导致模具过早磨损或腐蚀。
2. 维护不当:润滑不足、冷却系统不良等都会导致模具过热或腐蚀。
3. 材料问题:模具材料的选择不当,如硬度、耐腐蚀性、耐磨性等都会影响模具的使用寿命。
4. 制造问题:制造过程中的缺陷,如铸造缺陷、热处理不当等都会导致模具产生裂纹或塑性变形。
四、解决方法实例1. 磨损修复:对于磨损的模具,可以采用堆焊、喷涂等方法进行修复。
例如,对于磨损的凸轮表面,可以采用堆焊的方式进行修复,选择耐磨性好、焊前流动性好的合金堆焊焊条。
在修复过程中,需要注意控制热输入,避免热影响扩大。
同时,对于一些磨损严重的模具,还可以采用喷涂的方法进行修复,选择耐磨性好、耐腐蚀的涂层材料,如金属陶瓷、镍基涂层等。
2. 腐蚀防护:对于腐蚀的模具,可以采用镀层、表面处理等方法进行防护。
例如,对于受腐蚀的模具钢表面,可以采用镀铬或镀锌等防腐方法进行防护。
此外,还可以采用表面处理的方法提高模具表面的抗腐蚀性能,如采用氧化处理、磷化处理等。
3. 温度控制:对于塑性变形的模具,可以通过调整生产工艺、选择合适的材料等方法来降低模具工作时的温度。
冷挤压模具损坏分析要谨慎
冷挤压模具损坏分析要谨慎冷挤压模具损坏分析要谨慎冷挤压模具损坏分析一定要谨慎模具是实现少、无切削加工的重要工艺装备,在现代生产中日益得到广泛的应用。
在冷挤压加工时,常常遇到一些妨碍正常投产的重要问题,就是模具受到损坏,主要表现有如下三种失效类型:(1)断裂失效,如,塑性断裂失效、疲劳断裂失效、变断裂失效、低应力脆断失效、介质加速断裂失效等。
(2)过量变形失效,主要包括过量的弹性和塑性变形失效。
(3)型腔表面损伤失效,如,磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳(点蚀或剥落)失效等。
当凸、凹零件产生上述这种缺陷时,那就不能制造出合格的挤压件,严重影响工厂的生产计划,为此,工程技术人员应要及时解决造成这些缺陷的关键问题。
生产实践指出,每副模具的承载能力、工作使用寿命、制造精度及产品合格率,在很大程度上取决于模具钢的化学成分、模具零件的加工质量及热处理工艺等。
为了生产出高质量、高经济效益的产品挤压件,必须从模具结构设计、选用模具材料、机械加工、热处理、生产成本等方面全面进行考虑,才能达到应有的技术经济效果。
1.模具早期失败的统计数据任何一种失败原因,都需要了解及分析模具损坏的根本因素,应从生产实践中收集第一手资料,即社会调查。
以模具外表和内部检验结果为依据,找出其中影响模具失效的决定性因素,就可以查明模具失效的特征和损坏的根本原因。
当然,模具失效往往是由几个因素综合作用的结果,在进行具体分析时,必须充分考虑各个因素之间的相互影响和有机联系。
模具早期失效是由原材料质量不好、模具使用条件不好、模具加工方法不好、模具毛坯锻造工艺不好、模具热处理工艺不佳及模具结构设计不合理等原因造成的。
因此,为了防止模具早期失效,延长模具使用寿命,应从上述几方面采取有效的、相应的预防措施。
2.冷挤压模具的工作条件冷挤压模具工作条件极其恶劣。
冷挤凸模的受力情况随挤压方法的不同而异。
正挤压凸模主要承受压应力的作用,而反挤压凸模或复合挤压凸模,在挤压工作行程时,承受着很大的压应力作用,在回程时则承受较小的拉应力,这个拉、压应力是交变产生的。
冷冲模失效形式及分析
分析:由表2可以看出,模具零件硬度的分布存在不均匀的情况,是由于模具零件尺寸大导致在进行热处理时受热不均匀而造成的。
如图2式样金相组织图显示,模具零件的材料偏析非常严重,是由于在锻造过程中锻造不充分导致的。
裂纹的断口处无宏观塑性变形、呈颗粒状,判断是脆性断裂。
图2 式样金相组织措施:充分锻造后金相检查碳化物尺寸小于3级。
在粗加工[1]和精加工之间增加高温调质处理。
2 提高冷冲模具寿命的措施2.1 合理选材当采用碳素合金钢由于塑性不足导致脆性断裂时,应当选择韧性更佳的材料如微变空淬钢6CrMnNiMoVSi(GD)笔者采用金相显微分析和硬度测试的手段对模具的失效9Mn2V钢、低合金CrWMn钢、7CrSiMnMoV(CH)钢。
当磨损失原因进行了研究,提出了提升模具寿命的有效措施。
研究表效为主要失效形式时,应采用碳含量和铬含量高的合金钢(如明,通过对热处理工艺和加工工艺的优化,选材更加合理,Cr12、Cr12MoV),高碳中铬合金钢Cr8MoWV3Si钢、能够使模具的使用寿命得到较大的提高。
9Cr6W3Mo2V2(GM)钢、7Cr7Mo2V2Si(LD)钢等。
2.2 热处理工艺改进冷冲模具未达到设计寿命就失效是导致工业生产效率无法首先要改善预先热处理工艺,使碳化物细化固溶,改善碳提升的关键因素,一般导致模具失效的因素有产生崩刃、碎化物形态和分布、增加工件塑性。
其次是确定合理的淬火条裂、折断等早期破坏,或模具严重变形无法继续使用,如何提件,缩短高温停留时间,放入冷却剂后旋转翻转力求冷却均高模具的使用寿命已经成为模具业界高度关注的热点问题。
匀,从而避免模具失效。
1 冷冲模失效的种类和原因2.3 合理锻造根据模具的失效原因,可将常见的失效形式分为断裂失高铬合金钢常碳化物偏析严重,采用十字镦拔法锻造,锻效、磨损失效、变形失效、疲劳失效等四种失效形式(见表后碳化物级别不大于3级。
严格控制锻造温度,防止锻造裂纹产1)。
冷挤压模具失效分析与提高模具寿命途径
冷挤压模具失效分析与提高模具寿命途径一、引言1.1 主题意义1.2 研究背景1.3 研究目的二、冷挤压模具失效原因2.1 金属疲劳失效2.2 粘结磨损失效2.3 温度腐蚀失效2.4 应力集中失效三、模具寿命测试与评估3.1 超声波检测3.2 电化学腐蚀测试3.3 显微镜观察四、提高模具寿命途径4.1 选用高强度材料4.2 优化模具结构设计4.3 加强模具养护管理4.4 关注生产工艺参数五、结论与展望5.1 实验结论5.2 前景展望一、引言1.1 主题意义随着冷挤压技术的不断发展,冷挤压模具的寿命成为制约生产效率和产品质量的重要因素。
冷挤压模具的常见失效形式包括金属疲劳、粘结磨损、温度腐蚀、应力集中等。
对于这些失效形式,必须采取相应的措施,提高模具的使用寿命。
1.2 研究背景冷挤压技术是一种常用的金属加工方法,广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。
而冷挤压模具则是实现该技术的重要工具,模具的性能和使用寿命直接影响到产品质量和生产效率。
目前,国内外的研究表明,冷挤压模具的失效主要包括金属疲劳、粘结磨损、温度腐蚀和应力集中等多种形式,这些失效的原因各异,研究其原因和有效的提高模具使用寿命的方法,对于冷挤压技术的发展至关重要。
1.3 研究目的本文主要研究冷挤压模具失效的原因和提高模具使用寿命的方法。
针对模具在使用过程中出现的金属疲劳、粘结磨损、温度腐蚀和应力集中等失效形式,对模具寿命测试与评估方法进行介绍,并提出选用高强度材料、优化设计、加强管理和关注生产工艺参数等措施,以提高模具使用寿命,降低生产成本,提高产品质量。
二、冷挤压模具失效原因2.1 金属疲劳失效金属疲劳是指金属材料在反复交替加/减载作用下发生的断裂失效现象。
在冷挤压加工中,金属疲劳导致的模具断裂常常会出现,严重影响生产效率和生产成本。
金属疲劳的原因主要包括金属内部缺陷、表面缺陷、材料及工艺性缺陷等。
这些缺陷使得模具在长时间的使用过程中失去原有的韧性和强度,从而导致疲劳断裂。
模具的失效形式
模具的失效形式模具性能的优劣,最直接的判断依据是其使用寿命的高低。
同时,模具的性能优劣,也必然反应在模具的失效形式和失效特点上。
为了分析各类模具对模具堆焊材料的性能要求,合理选择堆焊材料,应进行各类模具的失效分析,找出其失效规律。
1. 热作模具的失效形式热作模具的失效形式主要有断裂(包括整体开裂,局部断裂及机械疲劳裂纹等)、变形、热疲劳龟裂、热磨损、热熔损等5种。
一般热作模具以断裂失效时模具寿命较低,被视为模具的早期失效形式。
这种失效形式在技术上被视为不能允许的非正常失效形式,这主要是模具钢种选择不当或热处理工艺不合理造成的。
具有较长模具寿命的磨损失效、变形失效及热疲劳失效一般可视为模具的正常失效。
随着模具技术的不断发展,各类热作模具的失效形式不断由非正常失效形式向正常失效形式转化。
而模具堆焊技术人员的任务就是在研究各类模具的失效规律的基础上研究性能优良的堆焊材料,匹配相应的堆焊工艺,在减小模具的早期失效提高使用寿命的情况下,尽量提高模具堆焊效率。
模具的失效形式反映出材料的不同性能。
对于热作模具,则突出显示出模具对材料在高温条件下的性能要求。
断裂失效:出现的根本原因有二点:(1)模具的承载应力在整体范围或局部位置超过材料的高温断裂强度;(2)模具承受的瞬时冲击载荷超过材料的高温韧度指标。
堆塌失效:堆塌失效的原因是:(1)材料的低于模具的承载应力水平,塑变累积所致。
(2)材料的热稳定性不能适应长时间工作的高温条件。
热疲劳失效:热疲劳失效主要由材料的高温屈服强度决定,也与材料的高温冲击韧性和热稳定性有关。
即材料越难变形,韧性越高热疲劳抗力越好。
热磨损失效:对于大多数热作模具钢,提高材料的高温屈服强度、热稳定性及抗氧化能力均可提高热磨损抗力。
但是,不同材料的热磨损抗力更多地与材料的组织结构,尤其是材料内部碳化物的类型有关。
热熔损失效:热熔损失效与不同温度及应力下模具材料与铸液的化学亲和力有直接关系。
2. 冷作模具的失效形状冷作模具常见的失效形式有:刃口崩裂、刃口啃掉、刃口开裂;模具整体开裂,局部断裂;刃口磨损、塌陷;拉延筋面坎子与粘附;模口R的磨损;拐角处出现凹槽;托卸料板的变形与开裂等。
热处理质量控制
热处理质量控制热处理是金属材料的一种重要加工工艺,它能够改变材料的内部结构,进而改变材料的力学性能、物理性能和化学性能。
在热处理过程中,质量控制是非常重要的一环,它能够确保热处理后的材料符合预期的性能要求。
本文将探讨热处理质量控制的问题。
热处理的主要对象是金属材料,因此,材料的质量控制是热处理质量控制的基础。
对于金属材料,其化学成分、微观结构、表面质量等都会影响其热处理效果。
因此,在热处理前,需要对材料进行质量检验,确保其符合热处理的要求。
热处理的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段,每个阶段都会影响热处理的效果。
因此,需要对工艺过程进行严格的控制。
加热温度是热处理过程中最重要的参数之一。
如果加热温度过低,材料的内部结构变化不足,无法达到预期的热处理效果;如果加热温度过高,材料的内部结构可能会发生变化,导致材料性能下降。
因此,需要严格控制加热温度。
保温时间是指材料在达到加热温度后保持该温度的时间。
如果保温时间不足,材料的内部结构变化不足,无法达到预期的热处理效果;如果保温时间过长,材料的内部结构可能会发生变化,导致材料性能下降。
因此,需要严格控制保温时间。
冷却速度是指材料从加热温度冷却到室温的速度。
如果冷却速度过快,可能会导致材料内部产生应力,影响其力学性能;如果冷却速度过慢,可能会导致材料内部结构发生变化,影响其性能。
因此,需要严格控制冷却速度。
热处理设备是实现热处理工艺的重要工具,设备的性能和状态直接影响到热处理的效果。
因此,需要对设备进行定期的维护和保养,确保设备的正常运行。
环境因素也会影响热处理的效果,例如温度、湿度和空气流动速度等。
因此,需要对环境进行控制,以避免其对热处理效果的影响。
为了保证热处理质量,需要对热处理后的材料进行检测和记录。
检测内容包括材料的化学成分、微观结构、力学性能等。
记录内容包括热处理的工艺参数、设备运行状态和环境因素等。
通过对检测结果和记录的分析,可以找出热处理过程中存在的问题和不足之处,为改进热处理工艺提供依据。
冷作模具钢材主要磨损及失效
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。
冷挤压模具的失效分析
内容摘要自从我国加入WTO之后,模具产品已提升到技术装备总体水平至关重要的一个环节,其中,尤其是冷挤压模具,它是实现少、无切削加工的重要工艺装备,在现代生产加工中日益得到广泛的应用。
但在冷挤压加工时,常常遇到一些妨碍正常投产的重要问题,就是模具受到损坏,最终导致模具失效。
本文结合工厂实际的生产状况,对冷挤模具应用,冷挤模具的失效形式,以及对所产生的各种失效形式进行分析,而后找出解决的办法,提高生产效益,减少成本,使冷挤压得到广泛的应用。
关键词:冷挤压加工冷挤模具失效目录引言 (1)一、挤压的实质及方法分类 (2)(一)冷挤压加工的实质 (2)(二)冷挤压的方法分类 (2)二、冷挤压的特点 (2)(一)冷挤压的优点 (3)(二)冷挤压的缺点 (4)三、冷挤压的实现形式 (5)(一)冷挤压模具的构造及特点 (5)(二)对冷挤压模具的基本要求 (6)四、冷挤压模具的失效性 (6)(一)模具失效出现的过程 (6)(二)模具失效的形式 (7)五、冷挤模具的工作条件 (14)六、模具损坏的各种具体因素 (14)(一)模具材料的影响 (14)(二)模具结构的影响 (15)(三)模具制造工艺的影响 (16)七、模具工作条件和使用维护的影响 (17)(一)被加工材料的影响 (17)(二)润滑条件的影响 (18)参考文献 (19)致谢 (20)冷挤压模具的失效性分析冷挤压加工的发展在初期是极其缓慢的,长期以来一直局限于铅和锡等几种较软的金属材料。
18世纪末,法国人首先成功地冷挤压出铅棒。
直到19世纪20世纪初,才开始应用于锌,锡,纯铜,无氧铜及黄铜等,如冷挤压生产锡制牙膏管,英国于1886年开始运用于冷挤压加工,某一工厂先从加工软金属开始,后来逐步实现冷挤压比较坚硬的有色金属,如锌,铝,铜极其合金。
1903年美国运用冷挤压制成薄壁黄铜管,随后,又采用预制成杯形坯料,然后再用正挤压的方法,成功地制成深孔杯形件,第一次世界大战期间,美国军火商采用这种挤压方法大批量生产黄铜弹壳,第一次世界大战后,德国用冷挤压方法可成批生产纯铝和纯锌电容器外壳等各种有色金属器件。
冷作模具的工作条件与失效形式 (1)
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5.几种典型冷作模具的工作条件与失效形式。
成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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模具
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冷作模具
热作模具
塑料模具
其他模具
成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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模具钢
模具材 料
其它材 料
︼
冷作模 具钢 热作模 具钢 塑料模 具钢 铸铁
有色金 属 及其合 金
硬质合 金
非金属 材料
成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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冷作模具
冷冲裁模 冷挤压模
拉深模
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冷镦模
冷弯曲模
成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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1、按工作条件模具可分为哪几类? 指在冷态下完成对金属或非金属材料塑性变形加工的 工具,包括:冷冲裁模具、冷拉深模具、弯曲模具、冷镦 模具、冷挤压模具、拉丝模具等,完成的工序有冲孔、落 料、挤压、冷镦、拉深、滚丝、拉丝、弯曲、成形等。
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1.分析图1-2所示的调整垫片的冷冲裁模具工作 条件与失效形式。
2.分析图1-4所示的冰箱门外壳的冷拉伸模具工 作条件与失效形式。
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成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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1.模具失效的定义及常见的失效形式。
2.产生模具失效的原因及预防措施。
3.模具寿命及其影响因素。
4.冷作模具的失效形式。
成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。
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2、什么叫模具失效?它可以分成几类?
模具因损伤积累至一定程度导致模具损坏而无法继续服役的现象 正常失效是指经过大量的生产使用,因摩擦而自然磨损或缓 慢地产生塑性变形及疲劳裂纹,达到正常使用寿命之后的失效属 于正常的现象。
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材料韧性不够引起的失效) 这是一种失稳态下的 断裂失效(常见的有冲头模具折断*开裂(甚至会产生 爆裂(这种失效的特征是失效前无明显塑变征兆(断裂 很突然(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)
产生这种失效与模具承受过高工作应力和材料韧 性差有关) 通过对冷挤压模具的实际承载能力分析计 算可知( 冲头材料失效前承受工作应变能力是断裂耗 能的上千倍( 说明了工作冲头材料高潜动能和低断裂 能力) 一但冲头失稳(按能量守恒原理$! 总+! 断,! 动%(几 乎全部转变为扩展动能(迅速爆裂(其断裂扩展的极限
冷作模具承受的载荷都是以一定冲击速度* 一定 冲击力周期性施加于加工材料的( 这种情况与小能量 多冲疲劳实验相似(以一定能量周期性加载和卸载) 疲 劳失效的模具与结构钢疲劳失效有很大差异( 这是因
!!"!
!!模具材料及热处理技术!
为脆性材料疲劳裂纹的产生周期占总寿命的绝大部 分$很多情况下产生与扩展无明显界限$似乎不存在稳 态扩展阶段% 疲劳失效实际上是应力应变下微裂纹的 产生过程$当产生约 "%&’’ 尺寸微裂纹$即可能发生瞬 间断裂% 实际应用中疲劳产生源有很多$其断口形状与 脆断极相似%
正火&退火零件的硬度用布氏试验机检查% 淬火工 件用洛氏硬度法检查% 表面硬化工件常用维氏硬度检 验法检查% 大型零件硬度测试$可用锤击式布氏&肖氏 或里氏硬度测试法检查%
通常硬度检查的要求是) 冲裁类冷冲模具在离刃 口 ,’’ 以内硬度必须达到设计要求$ 不得有软点*冷 镦&冷挤&拉伸及压变类模具$主要受力工作面硬度必 须达到设计要求*凸凹模零件淬火后应 &"")进行硬度 检查*毛坯退火后碳素工具钢 &-".!"/01$低合金工具 钢 !"/.!#&01$中高合金工具钢 !&/.!,,01*碳素工具 钢尾部固定部分应控制在 *".#"023$ 其余部分淬硬 必须达到设计要求*火焰表面淬火的大型模具$工作面 硬度不低于规定上限$一般不允许有回火带及低硬区% *%# 金相组织检查
对冷作模具的常见失效形式进行详细的分析(并 对其热处理质量进行分析(找到冷作模具的失效原因( 改进冷作模具的热处理( 对提高冷作模具的机械性能 和使用寿命及提高加工零件的质量有很重要的意义)
! 冷作模具的常见的失效形式 !*& 过载失效
过载失效指材料本身承载能力不足以抵抗工作载 荷作用而引起的失效) 若材料韧性不足(易产生脆断* 开裂失效+若强度不够(则易产生变形*镦粗失效)
表 ! 模具毛坯退火组织要求
钢号
珠光体等级 网状碳化物等级 带状碳化物等级
碳素工具钢
#-$
!,
*
低合金工具钢
!-#
!!
!#
高合金工具钢
1-,
!!
!,
冷作模具使用寿命和生产效率的有效途径& 例如)冷作 模具的磨损抗力是随材料硬度提高而增加的& 但硬度 提高又会降低材料韧性’所以’只考虑材料硬度增加会 出现未磨损先断裂的失效& 因此’理想的材料性能应该 是外硬里韧’ 可以采用表面硬化手段使冷作模具的表 面有很好的耐磨性& 如采用激光相变硬化处理冷挤压 凸模刃部’可使其硬度提高 !-,23/4抗磨损能力提高 ,"5-#65’冷作模具寿命提高 ’7. 倍&
磨损失效指工作部件与被加工材料之间相对运动 产生的损耗( 包括均匀磨损* 不均匀磨损和局部脱落 等) 不均匀磨损是外来污物*碳化物及磨损中形成的硬 质点引起的磨粒磨损(而局部脱落是一种疲劳磨损(在 剪切力的作用下(局部疲劳而产生微裂纹(最终扩展至 脱落)
对于工件表面尺寸和质量要求严格的冷冲压*冷 挤压模具( 在保证模具材料具有足够承载能力不致断 裂的前提下( 提高模具的使用寿命就取决于模具表面 的抗磨损能力) !*% 疲劳失效
!!"!
类&芯杆类工件用顶尖或 + 型铁支承两端$使用百分表 测量其振摆量$细小杆件可用塞尺在平板上测量弯曲量% *%! 外观检查
外观检查是对冷作模具处理后用肉眼或放大镜观 察其表面形貌和缺陷$重要工件检查裂纹可用磁力&渗 透&超声探伤等方法% 一般要求是)模具不得有各种裂 纹*模具表面应无烧熔&氧化等缺陷*模具表面不得有 磕碰&划伤&烧毁及严重的麻点&腐蚀及锈蚀现象*热处 理后必须清洗干净$孔&槽不得有各种盐溃&油腻等附 着物% *%* 硬度检查
该书以模具制造工艺为主线’按照*先进(特色( 专业(适用+四条要求系统推荐工装设备’做到文字叙 述(参数表格和典型图片相结合’方便读者根据产品 工艺的具体需求有的放矢地选择工装设备&
该书用专门篇幅扼要系统地介绍了现代模具制 造的信息流技术(加工$能量流%技术和物流技术’以 帮助读者了解现代模具制造的特点&其中模具制造的 加工$能量流%技术一章’重点介绍了模具成形表面加 工技术和型面加工工艺组合&这是模具制造工艺技术
金相组织检查能观察到材料内部的微观形貌图 象$掌握热处理后材料所得到的组织% 当工艺规定必须 进行金相检验时$ 当对某批或某工件的内在组织提出 怀疑时& 当变更工艺后由试产转入正式生产前或当冷 作模具加工的零件精度和质量要求极高时$ 应对冷作 模具热处理后进行金相组织检查%
模具毛坯退火后其金相组织要求见表 !% 碳 素 工 具 钢 退 火 后 的 珠 元 体 组 织 按 41&!(-5// 第 一 级 别 图 ’!(评 定 *网 状 碳 化 物 按 41&!(-5// 第 二 级别图’!(评定%
参考文献
1 模具实用技术丛书编会7 模具与使用寿命89:7 机械工业出版 社’!"""7
! 中国机械工程学会热处理分会7 热处理工程师手册89:7 北京; 机 械 工 业 出 版 社 ’’(((7
, 李泉华7 热处理实用技术89:7 北京)机械工业出版社’!6667 # 王广生等7 金属热处理缺陷分析及例89:7 北京)机械工业出
高速工具钢和 /01! 钢 退 火 后 应 检 查 共 晶 碳 化 物 不均匀度&
淬火马氏体等级要求碳素工具钢!, 级’高碳合金 钢!! 级’中合金工具钢!# 级&
# 结束语
冷作模具的失效在很多情况下是由于热处理选择 不当或热处理产生缺陷引起的’ 正确地选择热处理方 式( 控制好热处理工艺并防止产生热处理缺陷是提高
& 前言
冷作模具包括冷冲模*冷镦模*冷挤模*拉伸模*拉 丝模*滚丝模*冷剪切模等) 冷作模具钢繁多(根据不同 的用途和工况条件(冷作模具钢可用碳素工具钢*高碳 低合金钢*高耐磨冷作模具钢*高强韧性冷作模具钢和 特殊性能冷作模具钢等)
冷作模具主要用于属或非金属材料的冷态变 形) 冷作模具在工作中承受拉伸*弯曲*压缩*冲击*疲 劳等不同应力的作用(而用于金属冷挤*冷镦*冷拉伸 的模具(还要承受 %"")左右的交变温度作用)
"模具制造#!""# 年第 $ 期
""""""""""""""""""""""""""""""""$
""""""""""""""""""""""""""""""""$
!!模具材料及热处理技术!
! ! ! ! 合 金 工 具 钢 退 火 后 的 珠 光 体 组 织 按 %&’!()*++ 第二级别图$,%评定& 轴承钢退火后珠光体为 !-. 级’ 网状碳化物为!, 级&
!&".*"" 模 具 各 种 孔 中 心 距 变 形 率 ’)(
5"%!" 8"%&"
9"%", 5"%&, 9"%"$ 5"%&, 8"%"$
’’’(
高合金 工具钢 6"%"! 9"%"! 5"%"# 9"%"* 5"%"$ 9"%"# 5"%"8"%"#
对于模孔&槽的尺寸使用千分尺&卡尺&内径千分 表等检查$ 小型精密模具用工具显微镜或投影仪进行 检查% 薄板类工件用塞尺在平板上检查其翘曲量% 长杆
的精华部分’对模具制造行业的从业人员确实具有参 考价值和启迪作用&
"模具制造工艺装备信息年鉴$!"",-!""#%#内容 包括概况介绍(现代模具制造技术(模具制造常用金 切机床(模具制造常用特种加工设备和模具制造所需 其它工艺装备五个部分约 (" 万字’ 共收录 #." 余家 企业的产品近 !,"" 种’ 并附有工艺装备部分生产厂 商简介(宣传资料及部分产品图片介绍& 本书适合模 具制造企业的设计( 生产和设备维修管理人员使用’ 并可供设备销售服务机构(相关工业设计院所和高校 师生参考&