热加工工艺对锻模寿命的影响

热加工工艺对锻模寿命的影响

杨绍勇

湖州盛特隆金属制品有限公司

摘要：分析研究了从冶炼、锻造及热处理等锻模热加工的各种工序对锻模使用寿命的影响，并制定了预防锻模早期失效和提高锻模使用寿命的措施。

关键词：热加工；锻模；寿命；影响

在模具设计和制造过程中，模具的使用寿命与热处理不当、选材不合适、模具结构不合理、机械加工工艺不合理、模具滑润不好、设计水平差等诸多因素有关。值得注意的是，在引起模具失效的各种因素中。热处理不当远高于其他几个方面。冲裁模具寿命一直是冲压行业研究的重点领域，影响模具寿命的因素很多，包括模具材料、热处理、模具结构、模具制造、产品材料性能、材料厚度、模具间隙等。本文通过对一般冲压模具寿命影响因素研究，探索中厚板冲裁时材料性能、模具结构、模具间隙、冲压力等对模具寿命的影响，对中厚板冲裁时提高模具寿命具有十分重要意义。

1. 模具寿命的界定

锻模是实现模锻工艺的工装，是进行模锻生产的关键因素之一。模具属于耗损件。模具的失效是指在规定的寿命期内其丧失使用功能的现象；模具的使用寿命则是指自投入使用直至正常耗损失效期内．所生产零件的数量。模具提前失效．不仅会造成生产停顿．而且会使成本增加．影响产品的市场竞争力，降低企业的经济效益。

2 压铸模具的特点

压铸模具是非常复杂的模具系统，模具材料热疲劳的因素很多，必须重视模具材料的选用。我国常用的铝合金压铸模具钢有H13、3Cr2w8v、Y10等。压铸模具是在高压下使熔融金属成形的工具，其特点是受冲击力较大，工作时间长、工作温度高、交变应力强等，要求模具钢能有好的高温强度和冷热疲劳性能。

3 常见的压铸模具失效形式分析

3.1 热疲劳失效

在反复加热与冷却的工作过程中，模具表面温度与心部温度不一，产生温度梯度，从而使金属组织间产生了交变热应力，最终一导致热疲劳裂纹的萌生与扩展。其宏观特征是模具表面往往产生网状裂纹，即热疲劳裂纹，有时也会产生辐射状裂纹。热疲劳裂纹一旦出现，由于应力集中效应，裂纹初始即以较快的速度扩展，但裂纹附近的拉伸热应力也同时得到弛豫，因此随后裂纹扩展较为缓慢。热疲劳裂纹属于表面裂纹，一般并不深。

热疲劳失效是压铸模最主要的失效形式。热疲劳裂纹大量出现后，工件表面质量下降。又由于铝液渗入热疲劳裂纹中，工件脱模时被迫变形、拉伤甚至撕裂，模具从而失效。

3.2 碎裂失效

在压射力的作用下．模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光．或是成型型的清角处均会最先出现细微裂纹。当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快．这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位．也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。

3.3 冲蚀

冲蚀是模具钢与铝合金熔体相互作用产生的侵蚀、腐蚀、冲刷、粘结等现象。由于在压铸过程中，金属液高温高速进入型腔，可能会冲破脱模剂的保护层和模具表面的氧化层，直接与模具相接触，通过一系列的物理化学反应，导致模具表面产生点蚀，在反复的压射循环中，点蚀现象加剧，出现粘铝缺陷。在实际生产过程中，明显发现高侵蚀磨损发生在靠近浇口位置，适当调整进浇位置和角度可以有效减轻冲蚀现象。

3.4变形失效

模具型腔或其它部位在使用中产生变形，使得工件表面质量下降或影响压铸正常进行的现象称为变形失效。变形失效又可分为损伤性变形失效和非损伤性变形失效。最常见的损伤性变形失效是模具工作时因粘有工件留下的毛刺、微粒等，在模具表面造成压痕、塌陷，或者由于设计不当，型腔局部温度过高而软化等。非损伤性变形多发生在长效模具上，且尤以发生于模架者为多。可见，模架的组织稳定处理、中间去应力回火等均应受到充分重视。

4提高压铸模具寿命的措施

4.1 合理的模具设计

压铸件产品已知，合理的模具设计是延长模具寿命重要前提，在模具设计时要考虑以下几点:

（1）模具壁厚要合理的壁厚，保证模具镶嵌件和套板有足够的强度和热平衡性。

（2）内浇口位置尽可能避开产品的公差小的尺寸部位热量易集中在内浇口处，且压铸过程液态铝合金充型速度较高，一般为30-100m/s，镶件在内浇口处易开裂、变形和冲蚀。

（3）冷却水道与镶件型腔有足够的距离目前大多数模具采用水冷却，目的是保持模具有良好的热平衡性，避免局部受热不均。

4.2模具材料

模具材料对模具寿命的影响要综合考虑模具的工作条件、模具结构和模具零件的加工条件等。模具工作时由于承受着大的交变载荷且与被冲材料产生剧烈的挤压和摩擦，因而要求材料既要有足够的强度、刚度和硬度，又要具有足够的韧性和耐磨性；材料内部组织要求致密、碳化物颗粒细小且分布均匀；淬透性好，热处理变形小且具有良好的机械加工性能和经济性能。

4.3模具结构

冲裁模具结构对模具寿命的影响较大，合理的模具结构有利于提高模具寿命。模具结构的合理性应在满足模具正常使用的情况下，有利于冲压力的降低和模具强度、刚度的提高。对于一些易产生应力集中的或细长的悬臂部位宜采用镶件，便于这些部位磨损或损坏后零件的更换。在模具受力零件的过渡连接处应采用圆弧过渡，以避免产生应力集中而导致模具开裂。在小孔冲裁时，为避免凸模压弯或折断，一般应将凸模做成阶梯式，尽量减小工作部分的长度，或对凸模增加护套，以提高它的强度和刚度。在多孔冲裁中，小凸模应比大凸模短，这样可以避免冲裁时材料对其挤压而导致其折断。在中厚板冲裁时由于卸料力大，凸模尽可能采用阶梯式结构与固定板配合或直接采用螺钉与销钉联接固定的方式，避免卸料力将其拔出。

4.4冲压力

冲压力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。其中对模具寿命影响大的是冲裁力和卸料力。冲裁力使模具承受压应力，当冲裁力过大时，将导致凸模受压失稳或变形。而冲裁力与冲压材料的力学性能、材料厚度、材料内部的组织结构及热处理状态有关，材料的抗剪强度越大、厚度越大、组织越不均匀，冲裁力就越大。目前，中厚板大多数采用热轧而成，相对于薄板冷轧来说，其抗剪强度要大，组织的均匀性要差，因而其冲裁力要大，故中厚板冲裁时，凸模容易在冲裁力的作用下产生变形或折断，凹模则容易崩刃。冲裁卸料力主要是对凸模形成拉应力，当凸模承受的拉应力达到其抗拉强度时，会造成凸模被拉断。在一般板料冲裁时，卸料力对模具寿命的影响不是很大，但对于小孔和中厚板冲裁时，往往出现凸模被拉断现象。

结语：

热加工工艺对锻模使用寿命的影响是至关重要的，充分发挥热加工工艺潜力并在各道工序中选择合理的工艺方案和工艺参数，对充分挖掘模具材料的优势，提高铝合金热模锻模具使用寿命具有极其重要的作用。必须对锻模热加工制造全过程的质量进行严格控制，才能获得理想的效果。

参考文献

[1]刘晓飞，关连峰.模具寿命及其影响因素.金属加工，2010，（2）.

[2]杨凌平，张天毅.模具寿命及其影响因素.模具制造，2002，（11）.

[3]陈芬桃.模具失效分析与故障处理.北京：电子工业出版社，2012.

[4]陈黎明，李淑宝.冲压工艺与模具设计.北京：电子工业出版社，2012.

[5]刘月英，李仲清，王文深.模具制造工艺编制.北京：北京邮电大学出版社，2016.