敘述了冷擠壓工藝的重要性，介紹了冷擠壓凸模的工作狀態(tài)，闡述了冷擠壓凸模破壞形式及其形成原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。
【關(guān)鍵詞】冷擠壓；凸模；破壞形式；預(yù)防措施
1 引言
隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展及對外經(jīng)濟(jì)的日益擴(kuò)大，尤其是中國加入WTO后，深入研究及發(fā)展少切屑新工藝的趨勢已非常重要。因?yàn)槔鋽D壓工藝給套筒類產(chǎn)品帶來了很多優(yōu)點(diǎn)，即提高力學(xué)性能、減少機(jī)械加工工時，提高材料利用率及生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本等。但從冷擠壓套筒零件的生產(chǎn)情況來看，因冷擠壓凸模不僅承受軸向沖擊力的作用，同時又不可避免地承受徑向力的作用（這里所指徑向力是指作用于凸模側(cè)壁各力的總稱），由于各種原因引起，如坯料端面的不平行度、坯料在凹模中的位置有偏移、左右導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的間隙不一樣造成模架竄動、上模板上平面與下模板下平面之間的平行度超差等。冷擠壓凸模的破壞形式及預(yù)防措施介紹如下：
凸模是冷擠壓模具中最重要的部分。凸模必須能承受很高的抗壓負(fù)荷，而且又要有足夠的沖擊韌度，以防因任何一個微小的彎曲而引起側(cè)向壓力使凸模突然斷裂。同時凸模還要具有良好的耐磨性，以防發(fā)熱時可能發(fā)生的軟化，避免可能產(chǎn)生的刮痕和咬傷，并防止可能出現(xiàn)的永久變形。
冷擠壓凸模的破壞主要是由于工作應(yīng)力過大，偏心載荷和應(yīng)力集中引起短期疲勞而破壞。
從目前的各種零件冷擠壓生產(chǎn)情況來看，凸模最主要的破壞形式是：永久變形、折斷、斷裂、裂紋和破損。
2 凸模永久變形破壞及其預(yù)防措施
凸模在擠壓過程中，發(fā)生鐓粗、變形和彎曲等永久變形，稱為塑性變形。引起凸模變形的主要原因是：
(1)擠壓力過大，超過凸模材料的屈服強(qiáng)度。
(2)凸模的強(qiáng)度和硬度偏低。
(3)毛坯材料的硬度過高。
(4)坯料體積過大，多余材料無法排除。
(5)凸模材料選擇不當(dāng)。
為了防止凸模彎曲和變形，應(yīng)采用熱硬性較好、抗壓強(qiáng)度較高的高速工具鋼制造凸模，淬火回火后硬度在61HRC以上。提高坯料精度，使坯料兩端面平行，并將坯料硬度控制在110HB以上。此外，還應(yīng)提高模具的導(dǎo)向精度和安裝精度，以保證擠壓時凸凹模同軸。
3 凸模折斷、斷裂、裂紋破壞及其預(yù)防措施
斷裂是直接影響凸模壽命和危害最大的一種破損形式。凸模的斷裂常常從一個極微小的切痕或劃痕開始，逐漸擴(kuò)大形成環(huán)狀裂紋，嚴(yán)重時出現(xiàn)開裂和突然折斷。引起裂紋的主要原因是由于反復(fù)交變應(yīng)力作用和周期性溫度變化的結(jié)果。在擠壓過程中，短時間產(chǎn)生大量的熱量，使模具溫度升高，每擠一次就是一個熱冷循環(huán)。在這種熱冷交替的作用下，模具表面的應(yīng)力符號也交替變化，因而導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生�？梢姡谑菍�(dǎo)致凸模開裂的主要原因之一。還有，承受偏心載荷時常常在圓角與直線部分交接位置（即截面或形狀變化的部位）發(fā)生裂紋、甚至斷裂。尤其是這些過渡部位處的圓角很小或相接不圓滑時，開裂更為嚴(yán)重，這是因?yàn)檫@些部位是應(yīng)力集中區(qū)，是產(chǎn)生裂紋的發(fā)源地。因此，將這部分設(shè)計成帶有適當(dāng)?shù)膱A角，仔細(xì)加工并進(jìn)行拋光，使其圓滑相接，避免應(yīng)力集中，是防止裂紋的有效辦法。
凸模的斷裂，按其破壞性質(zhì)和斷裂部位的形態(tài)，分為橫向裂紋、縱向裂紋和徑向裂紋3種類型。橫向裂紋又有2種情況，折斷大多數(shù)發(fā)生在過渡處，有時也在擠壓件的口部作用部位和凸模與固定板連接的部位發(fā)生折斷。折斷主要是由于偏心負(fù)荷造成的彎曲應(yīng)力引起的，受應(yīng)力集中的影響較小。在反擠壓杯形件時，若凸模的圓角R處過分限制反擠，則該處將發(fā)生橫向裂紋。當(dāng)反擠壓杯形零件的口部偏斜較大，即一面高一面低，在退料時由于側(cè)向力引起的彎曲力矩，常使凸模折斷。
另一種拉斷，多半是在潤滑條件變壞的情況下，發(fā)生在截面變化的部位，拉斷的主要特征是其斷口平整。改善潤滑條件，減小摩擦，是防止凸模被拉斷的有效措施。
縱向裂紋的幾種常見形式，縱裂是發(fā)生在工作環(huán)帶的圓周上。這是疲勞性質(zhì)的裂紋，是由周期性、熱冷的交變應(yīng)力作用引起的，還與坯料潤滑好壞，凸模硬度大小有關(guān)。為了減少這種微小的縱向裂紋的發(fā)生，首先要選用韌度較好的高速鋼材，采用軟氮化處理，以增加表面的耐磨性、耐疲勞性。其次，應(yīng)選用合適粒度的砂輪，嚴(yán)格控制磨削時的進(jìn)刀量。在磨削后加以拋光。同時改善潤滑質(zhì)量、減小摩擦，提高凸模的表面硬度，保證在61HRC以上。
由工作端面開始沿縱向向上發(fā)展的縱向裂紋和中心開裂，多數(shù)是由于材料缺陷引起的，如碳化物分布不均勻，材料偏析過大等。因?yàn)樘蓟锓植疾痪鶆驎黾愉摰拇嘈�，降低鋼的�?qiáng)度。生產(chǎn)中，一般將材料的偏析控制在三級以下，對于小直徑棒料，這基本上是可以達(dá)到的，對于大直徑棒料，必須通過嚴(yán)格的鍛造工藝，才能消除過大的碳化物偏析。兩種縱向裂紋，是由于連接部位的圓角過小或相接不圓滑引起的。因此，將連接部位設(shè)計成圓角，仔細(xì)加工拋光，使其圓滑過渡且無應(yīng)力集中，是防止角部開裂的有效措施。
在凸模工作和尾部端面上沿徑向所發(fā)生的裂紋，在凸模工作圓角處所發(fā)生的裂紋，是位于表層的輕微裂紋。這種裂紋常常從一個極微小的磨痕、劃痕或金屬粘連拉傷開始，由極細(xì)的條紋逐漸擴(kuò)展成微裂紋。因此，降低圓角部位的表面粗糙度和提高其硬度，采用優(yōu)質(zhì)潤滑劑以防金屬粘連，便可避免這種裂紋的發(fā)生。凸模工作端面上的網(wǎng)狀裂紋，是一種由于擠壓時的熱效應(yīng)而引起的熱疲勞造成的。有時，當(dāng)磨加工的磨削量過大，進(jìn)給太快時，由于表面過熱所引起的龜裂，在擠壓時也會發(fā)展成為網(wǎng)狀裂紋，因此，在磨削成形端面時，應(yīng)選用粗粒度的砂輪，接近成品時，每次磨削量要小，同時應(yīng)檢查回火處理以及軟氮化和鍍鉻等表面處理情況。在凸模尾部端面上，有時類似網(wǎng)狀裂紋的端部開裂。這種表面為網(wǎng)狀，向縱向發(fā)展的開裂現(xiàn)象，是由于端面不平，材質(zhì)不均勻，或由于凸模墊塊不平、中心壓塌變形，而使端面接觸不良引起的。所以，凸模的尾部端面應(yīng)平坦，且與工作端面平行，并采取足夠厚度和強(qiáng)度的凸模墊塊，以增加其剛性，防止變形。
(源自：)
4 凸模磨損破壞及其預(yù)防措施
在冷擠壓成形過程中，由于坯料沿著模具表面既滑動又流動，因此，模具工作表面必然會發(fā)生磨損。根據(jù)摩擦表面發(fā)生的現(xiàn)象，冷擠壓凸模的磨損有磨料磨損、氧化磨損、機(jī)械咬合磨損和疲勞磨損4種。
凸模磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于本身表面硬度低、潤滑不良、變形抗力大所引起。
預(yù)防措施應(yīng)根據(jù)其破壞的原因，采用相應(yīng)的方法，如碳化物偏析小、組織均勻的優(yōu)質(zhì)材料、高強(qiáng)度、高硬度鋼種或硬質(zhì)合金，多次回火熱處理工藝、優(yōu)良潤滑劑等。
表1 凸模損壞原因及預(yù)防措施
損壞形式
主要特征
橫向裂紋
折斷
(1)斷口傾斜。
(2)斷口處有明顯撕裂條紋。
(3)斷裂發(fā)生于過渡部位
(4)突然產(chǎn)生
形 成 原 因
(1)坯料端面不平，擠壓時產(chǎn)生的側(cè)向力，使凸模彎曲而折斷。
(2)坯料與模腔的間隙大，擠壓時不均勻的金屬流動，使凸模承受不均衡的偏心載荷而折斷。
(3)凸模安裝偏心、傾斜，與凹模不同軸。
(4) 凸模過渡處圓角半徑過小或相接不圓滑，由于應(yīng)力集中，使凸模折斷。
(5) 凸模過渡處存在刀痕磨痕、劃傷和淬火裂紋。
(6) 凸模細(xì)長，工作部分的長徑比過大。
(7)模具材料選擇不當(dāng)，熱處理硬度偏高，回火不足使脆性增大。
(8)設(shè)備精度差，剛性低。
預(yù) 防 措 施
(1)采取校形工序，提高坯料精度。
(2)將坯料與模腔間隙控制在0.1mm以內(nèi)。
(3)提高安裝精度，采取有效的導(dǎo)向方法。
(4)加大圓角半徑，仔細(xì)加工并拋光至Ra0.4μm以下。
(5)精加工并拋光，去除加工痕跡和劃痕。
(6)盡量縮短凸模長度，尤其是工作部分有效長度與其直徑之比，應(yīng)控制在4以下。
(7)選擇強(qiáng)韌性極好的高速鋼制作凸模，采取低溫淬火充分回火，增加凸模的韌性。
(8)采用精度高、剛性好、大噸位的專用擠壓機(jī)。
拉斷
(1)斷口平坦。
(2)斷口似灰鐵狀且具有光澤。
(3)斷口位于截面過渡部位。
形 成 原 因
(1)在圓角和直線的相接部位，存在粗糙的刀痕，尖銳的線狀劃傷，由于反復(fù)作用產(chǎn)生疲勞裂紋，并擴(kuò)展成環(huán)狀裂紋，最后拉斷。
(2) 凸模承受的壓力過大。
(3) 凸模材料的抗壓強(qiáng)度不足。
(4)潤滑不良，摩擦力過大，卸料時將凸模拉斷。
預(yù) 防 措 施
(1)仔細(xì)加工，去除刀痕、切痕和劃傷。
(2)選擇優(yōu)質(zhì)材料，提高凸模的抗壓強(qiáng)度和承載能力。
(3)選用優(yōu)良潤滑劑，以降低摩擦。
縱向裂紋 縱向裂紋
(1)在工作環(huán)帶的圓柱表面上。
(2)處于表層。
(3)輕微、細(xì)小。
形 成 原 因
(1)凸模工作帶表面不光潔、粗糙且有劃痕。
(2)凸模表面硬度不夠。
(3)凸模過熱，表面發(fā)生軟化。
(4)潤滑不良表面摩擦大，金屬粘連凸模并拉傷其表面。
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預(yù) 防 措 施
(1)磨加工時，采用合適粒度的砂輪，并控制進(jìn)給量，以防止加工過熱產(chǎn)生的微裂紋。
(2)精加工并拋光至Ra0.4μm以下。
(3)選用熱硬性較好的高速鋼制作凸模，保證淬火后硬度在61HRC以上。
(4)選用優(yōu)良潤滑劑。
縱向開裂
(1)沿軸方向。
(2)或處于中心部位。
(3)明顯開裂。
形 成 原 因
(1)材料嚴(yán)重偏析。
(2)碳化物分布不均。
(3)殘余奧氏體過多。
預(yù) 防 措 施
(1)采用組織均勻的優(yōu)質(zhì)材料。
(2)采用鍛造加工，將碳化物偏析控制在三級以下。
(3)采用冰冷處理，使殘余奧氏體穩(wěn)定。
徑向裂紋
微裂紋
(1)工作端面。
(2)圓角半徑處。
形 成 原 因
(1)熱疲勞引起模具表面軟化。
(2)磨削留量大，進(jìn)給速度快，由于表面過熱引起的微裂紋。
(3)熱處理時，表面脫碳。
(4)金屬粘連拉傷凸模表面、線狀劃傷擴(kuò)展成裂紋。
預(yù) 防 措 施
(1)采用軟氮化處理。
(2)選用粗粒度砂輪、接近成品尺寸時，磨削進(jìn)給量相應(yīng)減小。
(3)控制熱處理溫度。
(4)降低凸模表面的粗糙度，提高硬度，并精細(xì)加工，拋光至Ra0.4μm以下。
中心開裂
(1)尾部端面上。
(2)由中心徑向放射狀。
形 成 原 因
(1)材料組織不均勻，碳化物嚴(yán)重偏析。
(2) 凸模尾部端面不平，受力不均勻。
(3) 凸模墊塊薄，且支承面積小。
(4) 凸模墊塊壓塌變形，使凸模尾端的中心部位懸空。
預(yù) 防 措 施
(1)采取鍛造工藝，將碳化物偏析控制在三級以下。
(2)凸模尾部要平，不允許留頂尖孔。
(3)增加墊塊厚度，加大其支承面積。
(4)墊塊應(yīng)定期檢查，遇有變形時應(yīng)重磨或更換。
5 結(jié)束語
上述技術(shù)措施，應(yīng)綜合應(yīng)用，既要提高模具壽命，降低模具成本，又要使其產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。應(yīng)以不斷探索、不斷更新、不斷提高、不斷總結(jié)的精神來完成現(xiàn)代模具生產(chǎn)。 |
