模具失效与维护 教学课件 作者陈志刚第五章课件5.5.ppt

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1、5．5热挤压模以热挤压模的穿孔冲头为例。5．5．1热穿孔冲头的工作条件图5-19是热穿孔冲头的结构形状示意图，图5-20为热穿孔冲头工作示意图。1－冲头2－坯料3－底冲4－凹模冲头用3Cr2W8V钢制造，按常规工艺淬火、回火，硬度为50HRC左右。被挤压毛坯材料为30CrMnSi钢，尺寸为ø85mm×62mm，加热至1200℃进行反挤压加工。锻压设备为4000kN立式水压机，工作频率为每分钟5～6次，每次脱模后对冲头喷自来水冷却。5．5．2冲头的工作寿命及失效形式根据现场10个月的统计结果，每个冲头的平均工作寿命

2、为加工199件产品，最高寿命324件，最低寿命117件。其主要失效形式是冲头头部镦粗变形。若垂直冲头轴线切下冲头头部，并沿轴线将其纵向剖开，测量断面不同部位硬度并绘出硬度分布曲线，如图5-21所示。由曲线可知，冲头头部表层明显软化，以圆角部位硬度最低，推测此处受热温度可达700℃以上。5．5．3冲头结构的改进及效果冲头的软化变形失效说明原来外表喷水的冷却方式冷却效果不大。若改为水内冷空心结构，同时采用石墨机油外冷兼润滑，能改善冷却效果。经对冲头实际载荷测算，空心结构的冲头承载能力足够。于是，先后制作出结构尺寸不同

3、的三种空心冲头（见图5-22）进行试验，结果如下。a）第一种空心冲头b）第二种空心冲头c）第三种空心冲头（1）第一种冲头壁厚17.2mm，口部螺纹有空刀槽（见图5-22a），其平均工作寿命为200件，失效形式主要是早期断裂。裂纹起源于螺纹末端空刀槽，然后向外扩展成环状裂纹，裂纹扩展至一定深度导致断裂。采用水内冷后，端面硬度不再下降，但圆角处较厚，热负荷也较大，其硬度仍大幅度降低，如图5-23所示。（2）第二种冲头壁厚17.2mm，口部螺纹无空刀槽（见图5-22b）。冲头平均工作寿命为400件。由于没有空刀槽处的应

4、力集中，不再发生早期断裂，仍以头部圆角软化变形失效。（3）第三种冲头壁厚减薄至13.7mm，且改进螺纹口部结构（见附图5-22c），使其具有卸荷作用，进一步减小应力集中。用这种冲头进行试验，平均工作寿命为630件，最高能加工1217件。失效形式仍以圆角变形为主，少数发生尾部断裂，裂纹起源于尾部外表面拐角处。由于加强了冷却，头部温度明显下降，圆角软化速度减慢，其硬度分布如图5-24所示。5．5．4失效分析结论（1）将实心冲头改为空心内冷结构冲头，并将壁厚减至14mm以下，可获得较好的冷却效果，是防止冲头早期软化变形

5、失效的有效措施。（2）空心冲头口部采用内螺纹连接时，螺纹末端不应留空刀槽，以免造成应力集中，导致断裂失效。（3）冲头尾部外表面拐角处有较大应力集中，易萌生疲劳裂纹，应进一步改进。最后需要指出，当模具的实际工作温度达到700℃以上时，采用马氏体型热模钢制造模具，无法获得高的工作寿命。在这种情况下，改用高锰奥氏体高热强无磁模具钢70Mn15制造模具，经高温固溶处理和700℃时效处理，可具有更高的热强性，从而能进一步提高热作模具的寿命。