冷挤压模具失效分析与提高模具寿命途径

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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冷挤压模具失效分析与提高模具寿命途径文章编号:1672—0121(2011)03—0071—03冷挤压模具失效分析与提高模具寿命途径徐胜利,苗高蕾(西安航空职业技术学院,陕西西安710089)摘要:本文系统分析了影响挤压模具寿命的各种因素,从设计选材,减少挤压件壁厚,模具表面强化处理等方面,阐述了提高挤压模具寿命的途径.关键词:机械制造;模具寿命;冷挤压

2、;失效分析中图分类号:TG375~.41文献标识码:B1.引言冷挤压是一种先进的压力加工方法,无论在技术上和经济上都有显着特点,该工艺可以大量节约原材料,生产效率高,容易实现自动化,可加工形状复杂的零件.冷挤压件具有强度高,刚性好,重量轻,表面光洁和尺寸精度高等优点.因而,是航空,交通运输,通讯,家电,自行车等行业广泛采用的一种先进工艺技术.冷挤压模具是保证挤压件形状尺寸和精度的重要工装,是保证挤压件表面质量的重要因素之一.模具寿命长短直接影响产品质量和生产效率的提高.因此,提高挤压模具寿命对降

3、低生产成本,提高经济效益有着十分重要意义.2冷挤压模具失效原因冷挤压模具失效概括地说包含两方面:模具本身的损坏和生产出挤压件尺寸的超差.模具本身损坏又分为正常和非正常两种损坏形式,非正常损坏既无规律可寻,又可通过人为方法加以克服.本文主要讨论正常工作条件下的损坏,即冷挤压模具的失效.模具失效的主要形式有磨损,塑性变形,疲劳破坏和断裂.冷挤压模具失效原因:挤压工艺循环过程中,变形金属和模具工作表面之间的相对运动产生剧烈摩擦导致模具表面磨损;模具内部反复引起的高压应力,使模具工作时受到非对称的交变应

4、力作用而发生塑性变形;挤压时金属的剧烈流动产生的热效应和摩擦热使模具工作表面温度升高(可高达400℃收稿日期:2011-02—28作者简介:徐胜利(1963一),男,高工,从事材料成形及模具技术的教学与研究以上),当取出工件加润滑剂时这一工作间隙时间,这极易使模具表面散热降温.所以模具在完成一个工艺循环时,需经受一次热循环引起的交变应力作用,导致疲劳裂纹破坏.特殊的是挤压凸模比较细长,工作循环过程中,由于受侧向力和附加弯曲应力的作用,根部产生很大的交变弯曲应力,也易发生疲劳破坏.因此,弯曲应力对

5、凸模的疲劳破坏不可忽视.3影响冷挤压模具寿命因素分析3.1模具材料对寿命的影响挤压工艺循环中,模具工作环境较差,要保证挤压模具能够长时间可靠工作,所选择的模具材料必须具备高硬度,高强度,高耐磨性和良好的韧性,足够的热稳定性,热硬性,耐热疲劳性.如果模具材料选用不合理,即使价格昂贵的模具钢其效果也难以奏效.例如,挤压铅,铝等软材料零件,选用高速钢(如W18~raV~来制作模具,其寿命并不理想.若选用优质碳素工具钢,可以达到理想效果.反之,挤压硬材料的钢件时,选择Crl2MoV这类高铬工具钢或W18

6、Cr4V这类高速工具钢,热处理后,不仅强度高,硬度高,而且韧性,热硬性和耐磨性也好,完全可满足钢件挤压模具的要求.因此,根据挤压件材料种类和复杂程度,挤压方式,模具结构形就会受到侧向力作用;毛坯两端面不平行或与外圆不垂直,毛坯在凹模内因间隙大而放偏,挤压时凸模会受到侧向力的影响;模架中心与压力机中心不重合,或模具结构不对称,使压力机台面和模板弹性压缩变形不对称,压力机本身刚性和精度差等都是产生侧向力的来源;凸凹模紧固不牢靠,在上述侧向力作用下,模具发生”移动”使凸模中心错开.凸模在这些侧向力作用

7、下,会发生弹性弯曲,在凸模弯矩最大处,弯曲应力最高,有:or弯=一(1)式中:一凸模最大弯矩,产生在凸模根部;——凸模抗弯截面模量.一=otcQZ(2)式中:(_应力集中系数;p——0向力;z——凸模杆部长度.如果or峦远大于凸模的疲劳强度时,在较少的挤压次数后就会引起一条或数条疲劳裂纹,此时,称为高应力疲劳破坏;若弯很小,多次挤压后也会引起疲劳裂纹,此时称为低应力疲劳破坏.因此,or弯的大小直接影响挤压次数Ⅳ,即凸模寿命.设凸模的裂纹长度a,根据断裂力学Paris—E卜dongan公式,有da

8、/dN=C(AK)m(3)式中:da/dⅣ_一亚临界扩张速率(即0<裂纹临界长度珥时);△卜应力强度因子振幅值;c,,r一材料常数,查表或试验确定.△K=y(1T口)(4)式中:y——裂纹荷因子;一交变应力幅值..=1/2(一一)=l/2tr弯(5)将式(4)代入式(3),可得:do/dN=C[Ycr.(叮Tn)(6)因y与a无关,积分后得:N=2/[(m一2)c订(1,)1[1n:--2)f21,2](7):nf-一裂纹初始尺寸.由式(7)可知:1~Not=11,Ⅳ.c器(8)由上式可以