提高工程机械轮边支承轴热挤压模具寿命的途径

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1、提高工程机械轮边支承轴锻造模具使用寿命的途径工程机械轮边支承轴在锻造过程中，由于工件与模具接触时间长，交变应力导致模具温度升高、软化和内应力，会发生早期疲劳热裂纹。这也会使模具摩擦系数增大，产生疲劳裂纹、裂纹扩展会合，使模具产生龟裂及沿轴向分布的内沟槽，从而影响到锻件表面质量。模具的提前或意外损坏，不仅造成生产线停产，影响正常的生产效率和供货周期，而且使企业生产成本增加，影响产品的市场竞争力。针对行业内许多企业都存在的模具早期失效和模具寿命偏低的现象，在本文中以工程机械轮边支承轴的锻造模具为例对提高模具使用寿命的途径和

2、方法进行介绍，以供参考借鉴。工程机械轮边支承轴有很多种类，从外形上大致可以分为带法兰盘和不带法兰盘两大类。本文以带法兰盘类零件为例做简单介绍，零件毛坯如图1。影响轮边支承轴锻造模具寿命的因素有很多，主要分设计因素、材料因素、加工因素、热处理因素、使用和维护因素6个大的方面。设计因素在轮边支承轴的模具设计中，设计者往往忽略一些细节，结构不合理，从而影响到模具的使用寿命。因此优化模具结构，改善模具局部或整体的应力分布是提高模具使用寿命的有效途径之一。（1）改进模腔结构。采用组合式结构比整体式更有利于避免局部开裂和整体开裂，

3、这种改进对于热挤压模具更有效。在上图所示的轮边支承轴毛坯的生产中，我们将成型模分成3部分，如图所示：改成这种组合式结构，不仅有利于避免局部开裂和整体开裂，而且简化了模具毛坯的锻造及机械加工。（1）模具工作部分局部结构改进。模腔的局部结构和形状对材料的流动阻力和应力集中有很明显的影响，合理的设计模腔过度圆角R、选择合理的模具工作部位角度能显著的提高模具的使用寿命。图3所示的模具部分原来的结构如图5所示，这部分模具是成型法兰盘的部分，一般都在大吨位的压机上使用，受力比较大。采用图5的结构，在模腔内尖角处应力集中现象严重，在

4、使用过程中模具容易发生断裂。改成图3所示的结构后，增加了一个应力分散槽，显著提高了模具寿命，并且法兰盘边缘圆角也比图5结构的饱满。在图2中标记处，角度从45度改成30度以后，对金属的流动阻力减小，金属流动过程中对此处的摩擦也显著减小，产品小头成型后也较前者饱满。材料因素在锻造工艺向高温、高压及高速发展的情况下，模具的工作条件更趋苛刻。采用新型的模具材料势在必行。在轮边支承轴的生产中，我们的凹模一直都是采用5CrMnMo、35CrMnSi等材料，凸模采用H13材料，这两种材料的正常使用寿命在1000件左右，效果不是很好。

5、从去年开始，我们在一些批量较大的产品上采用了B2模具钢，经现场使用证实，此模具材料材质均匀、高热抗疲劳性、高耐磨性，模具寿命提高了3到5倍。除了新型的模具钢材料外，新研制的钢结硬质合金和高温合金等材料也是不错的选择。选择好模具材料以后，要根据不同的材料制定合理的锻造工艺，凸模锻造时要经过三墩三拔，锻造完以后埋在灰箱内冷却至室温再进行下道工序。加工因素提高模具的制造精度，模具工作部分的几何尺寸，如圆角半径、出模斜度，尺寸大小及精度要求应保证模具各部位的受力合理。为了减少金属流动阻力，降低模腔的磨损率，一定要降低模具的表面

6、粗糙度。往往由于操作者急于求成，单方面的追求产量，私自加大走刀量，造成模具粗糙度过高、磨削裂纹、表面损伤等问题。模具热处理前工序图上的过度圆角，操作者往往忽略或者私自将圆角减小，这样一来在热处理的时候在这些地方容易应力集中，模具在使用过程中往往就会从这些地方断裂。因此，提高操作人员的素质和操作水平也是提高模具寿命的重要途径。热处理因素热处理工艺和设备对轮边支承轴的模具寿命有着极大的影响，是影响模具寿命6大因素中最重要的因素。现在大多数的汽车轴管和轮边支承轴生产厂家，普遍都采用普通箱式炉，炉门密封性低，保温性能差，且炉内

7、温度不均匀，经常出现热处理后硬度不均匀现象，并且变形量大，这些问题影响了模具质量，也给机械加工造成一定难度，模具寿命也受到影响。采用真空热处理可以有效的解决上述问题。真空热处理有以下3个优点：一是无氧化脱碳；二是变形量小，真空加热主要靠热辐射来实现，加热速度慢，升温时表面和芯部温差小，产生热应力小，变形量仅为普通热处理的四分之一。三是具有表面净化、脱脂及除气作用，可以得到洁净光亮的表面。由于轮边支承轴模具工作环境的因素，会在模具表面发生磨损、腐蚀、龟裂等现象，所以模具失效大多数都从模具工作表面开始，表面处理强化可以很好

8、的解决这些问题，可以作为整体热处理的补充。近年来，激光相变硬化技术和低温离子渗硫技术已研究成熟，并在工业领域逐步推广应用。激光相变硬化技术可在模具表面生成组织小的硬化层，硬度高于普通淬火的20%到50%，并获得良好的压应力状态，能够显著提高工件的耐磨性能和抗疲劳能力。低温离子渗硫技术可在表面生成疏松多孔的渗硫层，具有剪切强度低、熔