冷挤压凸模失效分析与寿命的提高

来源：现代模具 作者：费德义 发布时间：2007-11-06

经分析后提出：早期W6Mo5Cr4V2钢凸模经热处理工艺淬火和回火不合量。根据其失效形式确定新的淬火、回火工艺，实际使用证明新的热处理工艺使模具寿命提高了十几倍。 中国塑料模具网

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1 凸模假设条件 中国塑料模具网

凸模在小能量多冲载荷作用下受压、弯、剪等应力作用，凸模工作面在很高的压力及一定温度下反复与被挤压材料进行强烈摩擦，每分钟可挤出50多个滚子。 中国塑料模具网

2检验 中国塑料模具网

对已失效的30副凸模进行宏观和微观分析，其失效形式为折断：由偏心负荷产生较大弯曲应力引起。这样的凸模共9副，占30%拉断；由于凸模在工作中偶尔发生润滑条件差，每卸件一次在凸模上产生一次附加热应力，同时截面过渡处产生应力集中，再伴有偏心载荷的附加作用而出现拉断。这样凸模共6副，占20%。 中国塑料模具网

劈裂：裂纹从工作端开始，沿纵向发展，由于挤压力过高，材料强韧性不足引起，这样凸模共15副，占50%。 中国塑料模具网

工艺路线为：下料——机加工——热处理——磨削。 中国塑料模具网

经化验确定成份为W6Mo5Cr4V2高速钢，其化学成份（%）为：0.90C、0.40Si、0.40Mn、4.10Cr、4.60Mo、6.5W、1.8V。 中国塑料模具网

经金相检验原材料为热扎退火状态高速钢，未经改锻直接粗加工使用。原材料碳化物级加为3-4级。经组织检验，已失将失效的凸模为淬火加回火状态，组织为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体，而且可以看出碳化物集中处有回火不足现象。 中国塑料模具网

对已失效模具做碳化物级别分析，带状为3-4级。抽样进行主要机械试验得到：抗弯强度∑bb=2340MN/M2，冲击韧性（无缺口试样）为ak=15.2J/CM2，对30副凸模测定的平均硬度为HRC=61-63，使用寿命最高达7000次左右，平均4000次左右。 中国塑料模具网

3早期失效原因分析 中国塑料模具网

造成冷挤压凸模早期断裂的主要原因是由于淬火加热温度选择不当。1220℃淬火，对于冷挤压模具来讲温度过高，因为W6Mo5Cr4V2高速钢在1210-1240℃是刀具正常淬火温度，目的是获得二次硬化达到高的红硬性，但冷挤压凸模的工作条件和刀具并不一样，对红硬性无很高的要求，而是要求较高的抗压强度、弯曲强度、一定的硬度和足够的韧性。 中国塑料模具网

高速钢的淬火加热温度越高，溶入奥氏体中的碳及合金元素量就越多，淬火、回火后的强度、硬度就高，红硬性增加，但冲击韧性较低。研究表明，W6Mo5Cr4V2在淬火加热温度为1210℃时奥氏体晶粒就有开始长大倾向，原工艺是1220℃淬火已开始长大，这是由于淬火扣热温度高时，基中过剩碳化物质点减少，削弱了碳化物质点对晶粒长大的机械阻碍作用，所以1220℃淬火，使韧性显得不足，凸模易产生拉断、折断、劈裂等损坏。 中国塑料模具网

4凸模的强韧化处理 中国塑料模具网

对20副凸模进行了实验，其中10副经过改锻，对已改锻的凸模其中5副按原热处理工艺处理。另5副按低温淬火新工艺处理。对未锻的10副凸模全部采用低温淬火新热处理工艺处理。 中国塑料模具网

5使用考证及结论 中国塑料模具网

改锻后按原热处理工艺处理的5副凸模平均使用寿命为1300次/副，改锻后按低温淬火新工艺处理的5副凸模平均使用寿命为40500次/副。未经改锻但按低温淬火新热处理工艺处理的10副凸模平均使用寿命为48000次/副。对未经改锻而采用低温淬火工艺的凸模进行电镜分析，可看出其微观断口是不完整韧窝。 中国塑料模具网

可见采用低温淬火新热处理工艺处理的凸模使用寿命显著提高。由于采用30mm的棒材下料，原材料棒材很细，轧制变形时已经轧碎了共晶碳化物。碳化物级别基本合格。所以可以不必改锻，但在机械加工前应先进行球化退火，目的是使碳化物分布均匀。既有利于机械加工。又使最终热处理后获得均匀、细小、圆整的碳化物。 中国塑料模具网

可见，对于改锻和未经重锻的凸模，关键是热处理工艺要选择适当。采用低温淬火新热处理工艺，使用寿命获得了显著提高，且改锻的和未经改锻的相差不多。这样就可以省去改锻这一工艺难度大，又耗资耗能较多的工艺程序。 中国塑料模具网

链条滚子凸模早期失效的原因是由于1220℃淬火，奥氏体中碳化物及合金元素增多。奥氏体晶粒有所长大，因回火不充分，虽具有红硬性，但强韧性不足。 中国塑料模具网

在原材料未经改锻的条件下，采用1150℃低温淬火，使凸模得到强度和韧性的良好配合；使用寿命显著提高。这样既节省了能源（省去改锻），又显著提高了凸模的使用寿命，降低了成本，获得了显著的经济效益。 中国塑料模具网

生产实践证明，凸模采用新热处理工艺后，由于使用寿命的提高，不仅节省了模具费用，降低了成本而且节省了模具装卸时间，使劳动生产率获得了提高。 中国塑料模具网