紧固件模具失效的原因及预防措施

模具在生产应用过程中,经常发生各种不同情况的失效,浪费大量的人力、物力,影响了生产进度。以下主要讲述模具的几种基本失效形式及失效的原因以及预防措施。模具失效

冷热模具在服役中失效的基本形式可分为:塑性变形;磨损;疲劳;断裂。

1.塑性变形。

塑性变形即承受负荷大于屈服强度而产生的变形。如凹模出现型腔塌陷、型孔扩大、棱角倒塌陷以及凸模出现镦粗、纵向弯曲等。尤其热作模具,其工作表面与高温材料接触,使型腔表面温度往往超过热作模具钢的回火温度,型槽内壁由于软化而被压塌或压堆。低淬透性的钢种用作冷镦模时,模具在淬火加热后,对内孔进行喷水冷却产生一个硬化层。模具在使用时,如冷镦力过大,硬化层下面的基底抗压屈服强度不高,模具孔腔便被压塌。模具钢的屈服强度一般随碳(c)的含量从某些合金元素的增多而升高,在硬度相同的情况下,不同化学成分的钢具有的抗压强度不同,当钢硬度为63HRC时,下列4种钢的抗屈服强度由高到低依次顺序为:W18Cr4V>Cr12>Cr6WV>5CrNiW。

2.磨损失效

磨损失效是指刃门钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟痕、剥落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金属)。另外,凸模在工作中,由于润滑剂燃烧后转化为高压气体,对凸模表面进行剧烈冲刷,形成气蚀。

冷冲时,如果负荷不大,磨损类型主要为氧化,磨损也可为某种程度的咬合磨损,当刃口部分变钝或冲压负荷较大时,咬合磨损的情况会变得严重,而使磨损加快,模具钢的耐磨性不仅取决于其硬度,还决定于碳化物的性质、大小、分布和数量,在模具钢中,目前高速钢和高铬钢的耐磨性较高。但在钢中存在有严重的碳化物偏析或大颗粒的碳化物情况下,这些碳化物易剥落,而引起磨粒磨损,使磨损加快。较轻冷作模具钢(薄板冲裁、拉伸、弯曲等)的冲击,载荷不大,主要为静磨损。在静磨损条件下,模具钢的含碳量多,耐磨性就大。在冲击磨损条件下(如冷镦、冷挤、热锻等),模具钢中过多的碳化物无助于提高耐磨性,反而因冲击磨粒磨损,而降低耐磨性。

模具断裂过程有两种:一次性断裂和疲劳断裂。一次性断裂为模具有时在冲压时突然断裂,裂纹一旦萌生,后即失稳、扩展。它的主要原因为严重超载或模具材料严重脆化(如过热、回火不足、严重应力集十及严重的冶金缺陷等)。

模具失效原因及预防措施

1.结构设计不合理引起失效。

尖锐转角(此处应力集中高于平均应力十倍以上)和过大的截面变化造成应力集中,常常成为许多模具早期失效的根源。并且在热处理淬火过程中,尖锐转角引起残余拉应力,缩短模具寿命。

预防措施:凸模各部的过渡应平缓圆滑,任何役小的刀痕都会引起强烈的应力集中,其直径与长度应符合—定要求。

2.模具材料质量差引起的失效。

模具材料内部缺陷,如疏松、缩孔、夹杂成份偏析、碳化物分布不均、原表面缺陷(如氧化、脱碳、折叠、疤痕等)影响钢材性能。

①夹杂物过多引起失效。

钢中存在夹杂物足模具内部产生裂纹的根源,尤其是脆性氧化物和硅酸盐等,在热压力加工中不发生塑性变形,只会引起脆性的破裂而形成微裂纹。在以后的热处理和使用中访裂纹进一步扩展,而引起模具的开裂。此外,在磨削中,由于大颗粒夹杂物剥落造成表面孔洞。

②表面脱碳引起失效。

模具钢在热压力加工和退火时,常常由于加热温度过高,保温时间过长,而造成钢材表面脱碳,严重脱碳的钢材在机械加工后,有时仍残留有脱碳层,这样在淬火时,由于内外层组织的不同(表面脱碳层为铁索体,内部为珠光体)造成组织转变不一致,而产生裂纹。

③碳化物分布不匀,引起失效。

Crl2、Cr112MoV等模具钢含碳量和合金元素较高,形成了许多共晶碳化物,这些碳化物在锻造比较小时,易呈现带状和网状偏析,导致淬火时常出现沿带状碳化物分布的裂纹,模具在使用中裂纹进一步扩展,而造成模具开裂失效。