|
1、冷作模具的過(guò)載失效
過(guò)載失效指模具鋼材本身承載能力不足以抵抗工作載荷(包括約10%的隨機(jī)波動(dòng)載荷)作用引起的失效，包括模具鋼材韌度不足和強(qiáng)度不足兩類失效。對(duì)模具鋼材韌度不足出現(xiàn)的脆斷失效應(yīng)予以重視。
⑴模具鋼材韌度不足失效。此類失效前無(wú)宏觀征兆和斷裂突發(fā)性，是冷作模具失效中最危險(xiǎn)的事故，此類失效增出現(xiàn)過(guò)人身事故，給生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成很大的損失。這種失穩(wěn)態(tài)下的斷裂失效在冷擠壓和冷鐓模具中容易出現(xiàn)，如沖頭折斷、開(kāi)裂、甚至發(fā)生爆裂，其特征是失效產(chǎn)生前無(wú)明顯塑性變形，宏觀斷口無(wú)剪切唇，且比較平坦，造成模具不可修復(fù)的永久失效。
這種失效與模具鋼材韌度不足、承受過(guò)高應(yīng)力有關(guān)。對(duì)冷擠壓模具實(shí)際承載能力分析計(jì)算可知，沖頭失效前承受的工作應(yīng)變能力是模具鋼材斷裂消耗能的上千倍，說(shuō)明了工作時(shí)沖頭承受高潛在動(dòng)能和低的斷裂抗力。根據(jù)能量守恒原理，沖頭斷裂勢(shì)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)展動(dòng)能，其擴(kuò)展的極限速度可達(dá)103m/s。當(dāng)模具結(jié)構(gòu)存在應(yīng)力集中，如六方冷鐓沖頭尾部過(guò)渡區(qū)r≤1mm時(shí)，應(yīng)力集中系數(shù)Kt=2；冷擠壓沖頭臺(tái)階處r=3mm時(shí)，Kt=1.3；甚至機(jī)械加工刀痕、磨削粗痕跡等均可成為薄弱環(huán)節(jié)，產(chǎn)生失穩(wěn)斷裂。
高碳、高合金的冷作模具鋼，使用狀態(tài)為回火馬氏體和二次析出相，含有較多一次剩余碳化物，材料硬度高，基體吸收能量、松弛應(yīng)力——應(yīng)變的能力低，一次碳化物的不均勻性分布又嚴(yán)重降低了材料韌度。因此，這類失效斷口看不到宏觀變形，微觀變形的尺寸大致與碳化物間距相當(dāng)。
⑵強(qiáng)度不足失效。在冷鐓、冷擠壓沖頭中，材料抗壓、彎曲抗力不足，易出現(xiàn)鐓頭下凹、彎曲變形失效。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中容易產(chǎn)生此類失效，這與工作載荷過(guò)大，模具硬度偏低有關(guān)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，黑色金屬冷鐓沖頭硬度小于HRC56、冷擠壓沖頭硬度小于HRC62時(shí)易出現(xiàn)這類失效，同時(shí)說(shuō)明材料強(qiáng)度不足，塑性有余，有韌度潛力可以發(fā)揮。
解決此類模具早期失效的經(jīng)驗(yàn)方法是脆斷失效減硬度，變形失效增硬度。
2、冷作模具的磨損失效
磨損失效是指模具工作部位與被加工材料之間的摩擦損耗，使工作部位(刃口、沖頭)的形狀和尺寸發(fā)生變化引起的失效。它又包括正常磨損失效和非正常磨損失效兩類。
⑴正常磨損失效。對(duì)表面尺寸要求嚴(yán)格的冷沖壓、冷擠壓模具，在保證材料不斷裂的前提高下，模具壽命取決于表面抗磨損能力。通常模具使用壽命較長(zhǎng)，表面質(zhì)量要求高的沖裁模、擠壓模易產(chǎn)生引類失效。
⑵非正常磨損失效。在局部高壓力作用下，模具工作部位與被加工材料間發(fā)生咬合，被加工材料“冷焊”到模具表面(或模具鋼材“冷焊”到加工材料表面)，引起被加工產(chǎn)品(或模具材料)表面形狀和尺寸發(fā)生突變，或在被加工產(chǎn)口表面出現(xiàn)嚴(yán)重劃痕等導(dǎo)致失效。在拉伸、www.521ebook.com彎曲模具及冷擠壓模具中易發(fā)生此類失效。
3、冷作模具的疲勞失效(多沖疲勞失效)
冷作模具載荷都是以一定沖擊速度、一定能量作用下周期性施加的，這種狀態(tài)與小能量多沖疲勞試驗(yàn)(以一定能量周期性加載和卸載)相似。由于模具材料多沖疲勞的斷裂壽命多在1000~5000次，通常，裂紋疲勞源和裂紋擴(kuò)散區(qū)無(wú)明顯界限。
模具鋼材的疲勞性能和特征與結(jié)構(gòu)鋼有很大差異。因?yàn)榇嘈阅＞咪摬钠诹鸭y的萌生期占大部分壽命，多數(shù)情況下，裂紋萌生與擴(kuò)展難于區(qū)分。仔細(xì)分析疲勞條紋微觀形態(tài)可以看出，裂紋萌生多在材料表面的薄弱環(huán)節(jié)，如晶界、碳化物和應(yīng)力集中部位。試驗(yàn)表明，沖擊疲勞裂紋萌生約200μm微裂紋時(shí)，壽命占總壽命的90%以上，從斷口上難觀察到結(jié)構(gòu)鋼穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展區(qū)和疲勞條帶，裂紋一旦產(chǎn)生就快速失穩(wěn)擴(kuò)展。經(jīng)過(guò)噴丸強(qiáng)化處理的高速鋼，由于表面殘余壓應(yīng)力的作用，使裂紋源位置轉(zhuǎn)移到次表面約0.2mm處，改善模具鋼材材料表面應(yīng)力狀態(tài)是提高多沖疲勞抗力的有效途徑。多沖疲勞失效常見(jiàn)于重載模具，如冷擠壓、冷鐓沖頭模具中。
文章來(lái)源：昆山金得勝金屬材料有限公司技術(shù)中心 http://www.521ebook.com
|