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塑料模具生产过程中失效的原因及预防措施
模具在生产应用过程中,经常发生各种不同情况的失效,浪费大量的人力、物力,影响了生产进度。以下主要讲述模具的几种基本失效形式及失效的原因以及预防措施。
2 模具失效
冷热模具在服役中失效的基本形式可分为:塑性变形;磨损;疲劳;断裂。
(1)塑性变形。
塑性变形即承受负荷大于屈服强度而产生的变形。如凹模出现型腔塌陷、型孔扩大、棱角倒塌陷以及凸模出现镦粗、纵向弯曲等。尤其热作模具,其工作表面与高温材料接触,使型腔表面温度往往超过热作模具钢的回火温度,型槽内壁由于软化而被压塌或压堆。低淬透性的钢种用作冷镦模时,模具在淬火加热后,对内孔进行喷水冷却产生一个硬化层。模具在使用时,如冷镦力过大,硬化层下面的基底抗压屈服强度不高,模具孔腔便被压塌。模具钢的屈服强度一般随碳(c)的含量从某些合金元素的增多而升高,在硬度相同的情况下,不同化学成分的钢具有的抗压强度不同,当钢硬度为63HRC时,下列4种钢的抗屈服强度由高到低依次顺序为:W18Cr4V>Cr12>Cr6WV>5CrNiW。
(2)磨损失效。
磨损失效是指刃门钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟痕、剥落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金属)。另外,凸模在工作中,由于润
滑剂燃烧后转化为高压气体,对凸模表面进行剧烈冲刷,形成气蚀。
冷冲时,如果负荷不大,磨损类型主要为氧化,磨损也可为某种程度的咬合磨损,当刃口部分变钝或冲压负荷较大时,咬合磨损的情况会变得严重,而使磨损加快,模具钢的耐磨性不仅取决于其硬度,还决定于碳化物的性质、大小、分布和数量,在模具钢中,目前高速钢和高铬钢的耐磨性较高。但在钢中存在有严重的碳化物偏析或大颗粒的碳化物情况下,这些碳化物易剥落,而引起磨粒磨损,使磨损加快。较轻冷作模具钢(薄板冲裁、拉伸、弯曲等)的冲击,载荷不大,主要为静磨损。在静磨损条件下,模具钢的含碳量多,耐磨性就大。在冲击磨损条件下(如冷镦、冷挤、热锻等),模具钢中过多的碳化物无助于提高耐磨性,反而因冲击磨粒磨损,而降低耐磨性。
研究表明,在冲击磨粒磨损条件下,%为上限,冷镦模在冲击载荷条件下工作,如模具钢中碳化物过多,容易固冲击磨损而山现表面剥落。这些剥落的硬粒子将成为磨粒,加快磨损速度。热作模具的型腔表面,由于高温软化而使耐磨性降低,此外,氧化铁皮也起到磨料的作用,同时还有高温氧化腐蚀作用。
(3)疲劳失效。
疲劳失效的特征:模具某些部位经过一定的服役期,萌生了细小的裂纹,并逐渐向纵深扩展,扩展到一定尺寸时,严重削弱模具的承载能力而引起断裂。疲劳裂纹萌生于应力较大部位,特别是应力集中部位(尺寸过渡、缺口、刀痕、磨损裂纹等处),疲劳断裂时断门分两部分,一部分为疲劳裂纹发展形成的疲劳处破裂断面,呈现贝壳状,疲劳源位于贝壳顶点。另一
部分为突然断裂,呈现不
平整粗糙断面。
使模具发生疲劳损伤的根本原因为特环载荷,凡可促使表面拉应力增大的因素均能加速疲劳裂纹的萌生。
冷作模具在高硬状态下工作时,模具钢具有很高的屈服强度和很低的断裂韧性。高的屈服强度有利于推迟疲劳裂纹的产生,但低的断裂韧性使疲劳裂纹的扩展速率加快和临界长度减小,使疲劳裂纹扩展循环数大大缩短,因此,冷作模具疲劳寿命主要取决于疲劳裂纹