热作模具可分为四类:锤锻模、压力机锻模、挤压模、压铸模,它们的工作条件差别颇大。影响热作模具工作条件的因素主要有:锻压设备的构造及特性、毛坯材料的性质、模具的润滑及冷却方式、模具的结构及制造工艺质量等。
1.锤锻模的工作条件
各种吨位的锻锤产生巨大的冲击吸收功使毛坯成形。随着锻锤吨位的增加,模具承受的冲击载荷也愈大。此外,模具在工作过程中,还受到很大的压力。由于模具型腔的形状不同,各部位将处于复杂的应力状态,包括拉应力、压应力、弯曲应力等。在锤锻时,由于工件塑性变形而引起流动,从而导致工件与模具间产生摩擦。热塑性变形时,摩擦力与压力之间不存在此例关系,材料所能承受的最大摩擦力决定于材料的屈服强度。摩擦对模具寿命有重要的影响,常常使模具产生磨损,使模具型腔尺寸超差而报废。这种磨损还因模具在工作过程中被氯化而加剧。
由于模具型腔与热毛坯金属接触,毛坯金属的热量及在变形过程中与型腔表面摩擦生成热量等传给了模具型腔。而毛坯的加热温度越高,持续工作的时间越长,则模具型腔受热程度越高。在锻压过程中,模具型腔中凸台或凸起的部位受热温度较高,型腔表面温度可达500~600℃,有的局部甚至达到750℃。如果模具材料的导热性能不好,将加速型腔的温升。
模具受热后,由型腔表面到模具心部的温度分布是不均匀的,表面的温度高于心部,由于模具中温度分布不均匀,会导致出现内应力,使模具产生变形或开裂。距型腔表面约2~4mm处温度较高,再向内温度逐渐降低。模具温升高后,必将对模具材料的组织及性能有重要的影响,一般应使模具的工作温度低于回火温度。模具型腔的温度如未超过模具的回火温度,模具在工作过程中,组织与性能就不会发生明显的变化。如果模具型腔的温度超过模具钢的相变点,在模具冷却时将发生相变,这种相变除了会引起模具性能变化外,还会带来较大的内应力。
为了控制模具在工作过程中的温度不高于模具的回火温度,每锻压一个或几个毛坯后,就更有冷空气、水,油等介质进行冷却。为了减少模具与毛坯之间的摩擦,每锻压一个毛坯后,在模具表面涂抹润滑剂,这些滑润剂也可起到冷却的作用。因此,模具型腔表面薄层是急冷、急热循环交潜的条件下工作的,引起了热应力及热疲劳。在锻造钢铁材料时,由于加工温度高,相应地使模具的工作温度升高,常常使模具发生热软化、热磨损、热疲劳等损伤。锻造高温合金及高合金钢时,由于它们具有较高的高温强度,使模具的载荷增大,常常使模具断裂而报废。
锻压凹模的模壁随很大的切向拉应力,特别是凹模型腔表面出现热疲劳裂纹后,原来光滑的凹模成为含有大量表面裂纹的凹模,这将严重地损害凹模的断裂抗力。采用各种形状的组织式凹模,凹模寿命可望得到大幅度提高。
锻压冲头的工作部分和支承部分的尺寸差别较大,尺寸过渡区往往是应力集中最严重之处,容易在此出现疲劳裂纹,造成冲头早期脆断,影响冲头寿命。因此,在结构设计时,应尽量如大圆角半径或采取圆锥过渡,工作部分应具有高硬度,支承部分应保持中等硬度或较低的硬度(高温回火处理)。这样,可减少早期脆断的危险。
2.热挤压模的工作条件
根据被加工毛坯的性质,可将热挤压模划分为机器零件挤压模和型材挤压模两大类。根据被挤压金属的流动方向和冲头运动的方向可分为:挤压时金属的流动方向与冲头的运功方向相同时的正挤压;挤压时金属的流动方向与冲头的运动方向相反的挤压;挤压时金属同时向两个方向流动的复合挤压;挤压时金属流动方向与冲头的运动方向成90℃角的径向挤压。
由于热挤压模具和被挤压金属的接触时间较长,因而热挤压模具的工作温度高于锤锻模。反挤或复合挤压时由于模具与工件的摩擦加剧,模具的温升大于正挤压,如果存在氧化皮等硬颗粒,这种摩擦将加剧。被挤压金属的加热温度越高,热挤压模具的工作温度也就越高,挤压铜合金、钛合金和结构钢时模具的温度可达600~800℃,挤压不锈钢或耐热钢时,模具的温度更高。热挤压冲头工作和脱模时将受巨大的压力及拉力,还要承受由于位置偏差产生的弯矩,凹模同样也承受较大的压力和拉力,以及强烈的摩擦和热循环应力,残留的刀痕或较粗的磨痕往往成为热疲劳裂纹的萌生源,使热疲劳过程加速。
进一步详情请致电,以获得更多有关模具选材、模具热处理工艺及相关的应用信息。


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