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热作模具钢可分为四类:锤锻模、压力机锻模、揉捏模、压铸模,它们的工作条件不同颇大。影响热作模具作业条件的因素主要有:锻压设备的构造及特性、毛坯资料的性质、模具的光滑及冷却方法、模具的结构及制造工艺质量等。

1.锤锻模的工作条件

各种吨位的锻锤发生巨大的冲击吸收功使毛坯成形。随着锻锤吨位的添加,模具接受的冲击载荷也愈大。此外,模具在工作过程中,还受到很大的压力。因为模具型腔的形状不同,各部位将处于杂乱的应力状态,包含拉应力、压应力、弯曲应力等。在锤锻时,因为工件塑性变形而引起活动,然后导致工件与模具间发生冲突。热塑性变形时,冲突力与压力之间不存在此例联系,资料所能接受的大冲突力决定于资料的屈服强度。冲突对模具寿数有重要的影响,常常使模具发生磨损,使模具型腔尺度超差而报废。这种磨损还因模具在工作过程中被氯化而加重。

因为模具型腔与热毛坯金属触摸,毛坯金属的热量及在变形过程中与型腔外表冲突生成热量等传给了模具型腔。而毛坯的加热温度越高,持续工作的时刻越长,则模具型腔受热程度越高。在锻压过程中,模具型腔中凸台或凸起的部位受热温度较高,型腔外表温度可达500~600℃,有的部分甚至到达750℃。如果模具资料的导热功能不好,将加快型腔的温升。

模具受热后,由型腔外表到模具心部的温度散布是不均匀的,外表的温度高于心部,因为模具中温度散布不均匀,会导致呈现内应力,使模具发生变形或开裂。距型腔外表约2~4mm处温度较高,再向内温度逐步下降。模具温升高后,必将对模具资料的安排及功能有重要的影响,一般应使模具的工作温度低于回火温度。模具型腔的温度如未超过模具的回火温度,模具在作业过程中,安排与功能就不会发生明显的改变。如果模具型腔的温度超过模具钢的相变点,在模具冷却时将发生相变,这种相变除了会引起模具功能改变外,还会带来较大的内应力。

为了操控模具在工作过程中的温度不高于模具的回火温度,每锻压一个或几个毛坯后,就更有冷空气、水,油等介质进行冷却。为了削减模具与毛坯之间的冲突,每锻压一个毛坯后,在模具外表涂改光滑剂,这些滑润剂也可起到冷却的效果。因此,模具型腔外表薄层是急冷、急热循环交潜的条件下工作的,引起了热应力及热疲惫。在铸造钢铁资料时,因为加工温度高,相应地使模具的作业温度升高,常常使模具发生热软化、热磨损、热疲惫等损伤。铸造高温合金及高合金钢时,因为它们具有较高的高温强度,使模具的载荷增大,常常使模具断裂而报废。

锻压凹模的模壁随很大的切向拉应力,特别是凹模型腔外表呈现热疲惫裂纹后,本来光滑的凹模成为含有很多外表裂纹的凹模,这将严峻地危害凹模的断裂抗力。采用各种形状的安排式凹模,凹模寿数可望得到大幅度提高。

锻压冲头的工作部分和支承部分的尺度不同较大,尺度过渡区往往是应力集中严峻之处,简单在此呈现疲惫裂纹,形成冲头前期脆断,影响冲头寿数。因此,在结构设计时,应尽量如大圆角半径或采取圆锥过渡,工作部分应具有高硬度,支承部分应坚持中等硬度或较低的硬度(高温回火处理)。这样,可削减前期脆断的风险。

2.热揉捏模的工作条件

依据被加工毛坯的性质,可将热揉捏模划分为机器零件揉捏模和型材揉捏模两大类。依据被揉捏金属的活动方向和冲头运动的方向可分为:揉捏时金属的活动方向与冲头的运功方向相一起的正揉捏;揉捏时金属的活动方向与冲头的运动方向相反的揉捏;揉捏时金属一起向两个方向活动的复合揉捏;揉捏时金属活动方向与冲头的运动方向成90℃角的径向揉捏。

因为热揉捏模具和被揉捏金属的触摸时刻较长,因此热揉捏模具的工作温度高于锤锻模。反挤或复合揉捏时因为模具与工件的冲突加重,模具的温升大于正揉捏,如果存在氧化皮等硬颗粒,这种冲突将加重。被揉捏金属的加热温度越高,热揉捏模具的作业温度也就越高,揉捏铜合金、钛合金和结构钢时模具的温度可达600~800℃,揉捏不锈钢或耐热钢时,模具的温度更高。热揉捏冲头作业和脱模时将受巨大的压力及拉力,还要接受因为位置偏差发生的弯矩,凹模相同也接受较大的压力和拉力,以及强烈的冲突和热循环应力,残留的刀痕或较粗的磨痕往往成为热疲惫裂纹的萌生源,使热疲惫过程加快。


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