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    常見鍛模失效形式及修復方法
    2017/11/21 10:34:59

    摘要:根據模具失效斷裂的形式,從多方面分析失效斷裂的主要原因,并提出相應的解決和預防措施,如在熱處理工藝、鍛造方法、結構設計、材料選擇等,以改善模具的制造質量,提高模具的使用壽命。


    中國論文網 http://www.xzbu.com/2/view-3646780.htm關鍵詞:模具 失效 預防措施


    鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,同時由于保存了完整的金屬流線,鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件,除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外,多采用鍛件。


    一、鍛模失效原因與預防措施


    1、模鍛中造成鍛模失效的原因主要有:
    (1)磨損。模鍛中,毛坯在模膛內受到擠壓流動,同時與模膛面發生劇烈的摩擦,造成模膛磨損,以致引起模膛尺寸變化與表面質量劣化,尤其是飛邊槽過橋處磨損最為嚴重。因為毛坯金屬變形填滿模膛后流入飛邊槽時,過橋處厚度薄、冷卻快,金屬與過橋壁摩擦特別劇烈。
    預防措施:①控制熱處理工藝規程,提高和保持鍛模淬火硬度;②合理潤滑,建立可靠的潤滑保護膜,隔離互相摩擦的金屬表面;③適當的表面處理如表面淬火、滲碳處理以及噴涂處理,以提高金屬抗磨損的能力;④經常維護,保持鍛模表面清潔。
    (2)裂紋。鍛模在反復受熱和冷卻的工作條件下,材料內部受到交變應力的影響逐步產生網紋裝的細小裂紋,形成熱龜裂,即熱疲勞裂紋。在熱應力與機械應力的反復作用下,在鍛模的應力集中部位,如尖角、溝槽等處,極可能會由微裂紋擴展導致鍛模裂紋、開裂。
    預防措施:①提高模具材料的冶金質量和鍛造質量,因為鋼材中的脆性夾雜物邊緣極易產生微裂紋,降低材料的抗疲勞性能,尤其是硅酸鹽類夾雜物對鍛模的疲勞壽命危害極大;②鍛模型腔設計時應盡量減少和避免應力集中;③對鍛模的工作表面進行強化處理,提高模具的耐疲勞壽命。
    (3)焊合。 模鍛過程中,由于模膛表面的損壞而出現非氧化非潤滑表面,這種表面極易和毛坯在相對滑動時發生局部焊合(俗稱粘模現象),使一個表面材料轉移到另一個表面所引起的磨損,稱為粘著磨損。造成焊合的原因是由于摩擦表面粗糙不平,兩摩擦表面實際上只有少量的微觀點接觸,在法向載荷的作用下,接觸點的壓力很大,使金屬表面膜破裂,發生焊合。當兩表面做相對滑動時,粘合點便發生剪切及材料的轉移現象,形成磨屑。
    預防措施:①模具材料選擇應考慮與毛坯材料互溶性差異大。因同種材料的互溶性好,而互溶性越好,粘著磨損的傾向越大。②提高模具表面硬度。因材料硬度提高時,粘著磨損的傾向減小。
    (4)斷裂。鍛模斷裂失效的原因是多方面的,可分以下類型:①過載斷裂。當鍛模工作零件外加載荷超過其危險截面所能承受的極限應力時,將發生過載斷裂。②疲勞斷裂。鍛模經過一定次數的循環載荷或交變應力作用后引發的疲勞斷裂,其形成分為三個階段:疲勞裂紋的萌生、裂紋的擴展、斷裂或者瞬斷。③脆性斷裂。因鍛模鋼材存有夾雜物缺陷,或工藝處理不當都可能使其材質變脆從而引發脆性斷裂。
    預防措施:①設計方面。選材應綜合考慮鍛模的應用條件、載荷性質、技術要求等因素,結構設計應盡量避免應力集中。②工藝方面。表面強化處理可大大提高模具的疲勞壽命,表面適當的涂層課防止有害介質侵入而造成的脆性斷裂。③安裝使用方面。正確安裝,防止產生附加應力和振動;保護設備運行環境,防止模具各部分溫差過大;防止設備過載嚴格遵循設備操作規程。
    (4)變形。模鍛時由于外加載荷過大或局部升溫過高,使鍛模產生塑性變形而造成局部壓塌現象以及因鍛模工作零件材料的熱硬性不足,或者因回火溫度過高而造成硬度下降,也會引起鍛模局部發生塑性變形。

    預防措施:①合理選材,要求鍛模材料的強韌性高、抗熱變形性高;②嚴格控制熱處理工藝規程,滿足技術要求;③限制最大外加載荷。


    二、修復方法


    模具修復在模具使用過程中占據十分重要的地位。鍛模使用中發生故障和失效原因是多方面的,現針對鍛模的不同失效現象采取不同的修復方法。
    1.日常修復
    (1)鍛模局部斷裂。可采用焊補方法進行修復。例如:對于長度較長的鍛模(如曲軸鍛模),由于預熱不夠或砧座不平等原因,造成鍛模中間部分的斷裂,可在模具兩側加裝緊固夾板,并焊合成一體,提高其強度。有的鍛模在小圓角處出現裂紋,可采用側面加設緊固班并施以焊補進行修復。
    (2)鍛模模膛局部較嚴重缺陷(如塌陷、變形等)可采用堆焊進行修復。堆焊前應將需焊補部位清潔干凈,以保證補焊質量。若有裂紋,應將該處清潔后加工成“V”型坡口(深度視裂紋而定)。焊后再用手提砂輪打磨復原。若堆焊部位是尖角應先加工成圓角,垂直面應先加工成斜面,以提高堆焊質量,堆焊后修磨復原。

    (3)局部少量損傷。鍛模使用中若發現有局部少量損傷時。應及時進行維修,以防止因“小傷變大病”而造成嚴重損壞,甚至早期報廢。例如:模膛表面出現毛刺、微裂紋、輕微磨損、圓角處隆起、局部塌陷等情況,可使用風動砂輪、鑿子扁銼等工具及時修理。或者采用電刷鍍技術,對模具表面進行修復及強化處理,如模具模膛表面局部劃傷、拉毛、蝕斑磨損等現象。修復后模具表面耐磨性、硬度、表面粗糙度值等均能夠達到規定的性能指標。電刷鍍工藝過程為:表面預加工→除油除銹→電凈處理→活化處理→鍍底層→鍍工作層→鍍后檢查修整。


    2、鍛模翻新
    鍛模使用一段時間后,模膛邊緣或突起部分出現明顯的塌陷,或出現較多較深的熱疲勞裂紋,或因嚴重磨損而引起的模膛變化,超出公差范圍,造成模鍛件表面質量或形狀尺寸不合格時,應停止使用,并針對不同情況采用不同方法翻新。
    (1)堆焊后加工翻新。有些鍛模分模面切去一層金屬后,因模膛出現較大磨損,可采用氣體保護焊(氬弧焊)進行堆焊。氬弧焊具有氬氣保護性好、堆焊層質量高、熱量集中、熱影響區小、成形良好和適應性強等優點。氬弧焊在鍛模修復中應遵循以下要求:①焊條材料應當與所焊材料相同或相近,硬度值相同或接近,使修復后的模具硬度和組織均勻一致。②焊前需將鍛模退火,損壞部分徹底清除掉,裂紋部分必須去除足夠的深度(大于裂紋深度),塌陷及龜裂部位必須鏟除厚度5mm以上的疲勞層。③堆焊時,電流強度應控制得很小,這樣有助于防止模具局部硬化及產生粗大組織。
    (2)切除分模面表層重新加工。對于一些形狀較簡單、型腔較淺的鍛模,可將鍛模的上下模拆下,先進行退火處理,然后從分模面切削去除表面金屬,并按加工新模具的要求進行機械加工(或電加工),將模膛加深至尺寸要求,再進行熱處理,經檢驗合格后方可繼續使用。特別注意鍛模翻新后,上下模的總高度不得小于鍛錘允許的最小高度Нmin模膛最深處至燕尾肩部平面的最小壁厚不得小于鍛錘所允許的最小壁厚Bmin例如:10KN模鍛錘,最小高度Нmin=320mm,最小壁厚Bmin=40mm。翻新的鍛模必須留出高50mm的最小檢驗面。
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