一、工(gong)模具工(gong)作表面的磨損(sun)
由于不銹鋼(gang)管熱擠壓時,參與金屬變形的模具工作表面承受高溫坯料的強烈摩擦,并作用有極大的單位壓力,致使模具表面造成磨損。磨損的特點如下:
1. 模(mo)具的(de)邊緣部(bu)(bu)分要比(bi)其他部(bu)(bu)分受到(dao)更強烈的(de)加熱和磨損,在高(gao)的(de)擠壓(ya)(ya)力的(de)作用(yong)下,引(yin)起迅速(su)磨損,或將棱(leng)緣部(bu)(bu)分壓(ya)(ya)塌,并改變其尺寸。
2. 模(mo)具表(biao)面在強烈的(de)機械負荷和(he)高溫熱效應的(de)共同作用下(xia),導致(zhi)模(mo)具表(biao)面層(ceng)金(jin)屬(shu)的(de)變(bian)形,并引起氧(yang)化(hua)。在氧(yang)化(hua)磨損(sun)的(de)情(qing)況下(xia),鋼(gang)的(de)耐磨性(xing)取(qu)決于磨損(sun)時金(jin)屬(shu)的(de)塑性(xing)變(bian)形能力、氧(yang)化(hua)速度以及(ji)氧(yang)化(hua)鐵皮(氧(yang)化(hua)膜)的(de)性(xing)質。
3. 在(zai)熱磨(mo)損的(de)(de)情(qing)況下,模具部分金屬(shu)(shu)軟化,與被擠壓金屬(shu)(shu)接(jie)觸咬合(he)揉(rou)皺或熔化,導致模具表面的(de)(de)破壞。在(zai)此(ci)類磨(mo)損形式下,金屬(shu)(shu)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)性主要(yao)取決于摩(mo)擦溫(wen)度、材料的(de)(de)耐(nai)熱性以(yi)及金屬(shu)(shu)對接(jie)觸咬合(he)的(de)(de)敏(min)感性。
二、工(gong)模具工(gong)作(zuo)表面的裂紋
不銹鋼(gang)管擠(ji)壓工模具表面的(de)網狀(zhuang)裂紋(wen)(也(ye)稱熱(re)裂紋(wen)),是由于周期性變化的(de)加熱(re)和冷卻,在金屬中產生熱(re)應力(li)和結構應力(li)所致。這種裂紋(wen)的(de)產生原因(yin)如(ru)下(xia):
1. 工模(mo)具(ju)與(yu)加熱的坯料接觸,將模(mo)具(ju)表(biao)面(mian)(mian)加熱到高溫,隨后又快速冷卻,導(dao)致在模(mo)具(ju)材料內(nei)產生周期性交替膨脹和壓縮的正/負(fu)熱應力,久而(er)久之引起金(jin)屬的熱疲勞,從而(er)在模(mo)具(ju)表(biao)面(mian)(mian)產生網狀裂紋。
2. 當模具表面的(de)金(jin)屬被加熱到臨界點(dian)以上時,在(zai)金(jin)屬中(zhong)產(chan)生結構應(ying)力--組織應(ying)力,同(tong)時導致(zhi)網狀裂(lie)紋的(de)產(chan)生。
3. 模具(ju)材料由于(yu)相變而產生體(ti)積變化,導致內部產生結(jie)構(gou)應(ying)力,在(zai)結(jie)構(gou)應(ying)力和(he)熱應(ying)力的共(gong)同作(zuo)用下,形(xing)成了表(biao)(biao)面的網狀(zhuang)熱裂紋(wen)。模具(ju)表(biao)(biao)面網狀(zhuang)熱裂紋(wen)逐漸(jian)擴(kuo)大,并(bing)在(zai)擠壓時又不斷地被金屬(shu)所充填,導致了擠壓模具(ju)的破(po)壞(huai)。
4. 必(bi)須(xu)指(zhi)出,鎢鋼、鉻(ge)一碳鋼和鉬合(he)金鋼形(xing)成(cheng)熱裂紋的傾向(xiang)性比較小(xiao),這(zhe)是由于這(zhe)類鋼具有較高的耐熱性,良好的疲勞強度和最小(xiao)的塑性變形(xing),從而(er)提(ti)高了擠壓模具的使用(yong)壽命。
三、工模具的脆性(xing)破壞(huai)
在(zai)多數情況(kuang)下,不銹鋼管(guan)擠壓(ya)工模具(ju)的(de)(de)脆性破壞(huai)與存(cun)在(zai)尖銳(rui)的(de)(de)過渡斷面有關。其(qi)原因(yin)是:
1. 在快速交替的(de)加熱與冷卻的(de)情況下,尖銳的(de)過(guo)渡斷(duan)面將成(cheng)為(wei)應力(li)集(ji)中的(de)“策源地(di)”。局部(bu)應力(li)集(ji)中連同沖擊性的(de)外加負(fu)荷的(de)數(shu)值,往(wang)往(wang)要超過(guo)工模具材料的(de)強度極限,從而(er)導致工模具的(de)脆性破壞。
2. 擠(ji)壓工模具的(de)脆性破壞(huai),尤其是大斷面(mian)的(de)工模具的(de)脆性破壞(huai),往往是由于工模具用水冷卻的(de)結果。
四(si)、擠壓工(gong)模具的塑(su)性(xing)破壞-擠壓筒和套筒的彈一塑(su)性(xing)變形(xing)
在強化(hua)工(gong)作的(de)條件下內(nei)(nei)套筒(tong)的(de)內(nei)(nei)表面金(jin)屬被壓入(ru)模座的(de)閉鎖區。擠壓時(shi),內(nei)(nei)套筒(tong)逐漸被擠出(外圓被鐓(dui)粗)。換擠壓筒(tong)時(shi),可(ke)以發現擠壓筒(tong)內(nei)(nei)部配合擴大。因此,為確定熱(re)裝的(de)公盈(ying)量,采用內(nei)(nei)徑規測量中套或擠壓筒(tong)內(nei)(nei)孔。擠壓筒(tong)一套筒(tong)的(de)殘余變形會(hui)導致其塑性破壞。
設計擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)(tong)時,通過(guo)分析擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)簡的(de)工況(kuang)條件,可(ke)以確(que)定擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)(tong)內(nei)(nei)套(tao)筒(tong)(tong)中(zhong)的(de)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)力(li)值。在這個內(nei)(nei)壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)作用下,擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)(tong)可(ke)能發生彈一塑性變形。
擠(ji)壓筒(tong)一(yi)套(tao)筒(tong)系統可(ke)能有三(san)種變(bian)形(xing)狀(zhuang)態:彈(dan)性變(bian)形(xing)狀(zhuang)態,彈(dan)一(yi)塑(su)性變(bian)形(xing)狀(zhuang)態和塑(su)性變(bian)形(xing)狀(zhuang)態。可(ke)以通過(guo)計算塑(su)性半徑值判別其屬(shu)于何種變(bian)形(xing)狀(zhuang)態。
在擠壓筒和(he)套筒的(de)(de)半徑(jing)尺寸已定的(de)(de)情況下,可以(yi)根據擠壓筒和(he)套筒的(de)(de)材料,按(an)照M.R.Horme公(gong)式(shi)確定其各個(ge)區域的(de)(de)內應力。求出塑(su)性半徑(jing)值取決于套筒熱裝入(ru)擠壓筒時的(de)(de)實際公(gong)盈值。
上述擠壓(ya)簡(jian)一套(tao)筒(tong)系統的(de)計算結果,給出了應力(li)沿擠壓(ya)簡(jian)斷面分布(bu)的(de)完整概念。在設(she)計擠壓(ya)筒(tong)時,應進行這項(xiang)工作。