谈改进设计及生产工艺及延长热镦模的使用寿命
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摘要:模具寿命是一个很重要的问题,热镦模具使用寿命较低。总结设计制造使用等方面所存在的问题,从而延长模具的寿命。
压力成型,具有劳动生产率高、加工质量好,节约材料、互换性好等优点,其应用范围很广,大批量生产的产品,对冷冲模、塑料模的需求很大,热镦模加工成型的应用也越来越广泛。模具的使用寿命关系到产品的质量、产品的质量关系到企业的生存,模具寿命低、工作部分精度保持性差,不仅会影响产品质量,而且会造成模具材料、加工工时等成本的巨大浪费,严重影响产品的竞争力。因此如何提高模具的使用寿命,是模具专业技术人员要研究的问题,本文所论述的是热镦模在使用过程中出现的问题、改进的方法,这也是在热镦模的设计、制造及使用过程中总结的经验。
一. 热镦制件的几何形状
通过热镦模加工的零件多为各种大小尺寸不同的紧定螺钉,为各类机械产品上的非标准螺钉,镦制的螺钉的材料为45号钢,热镦加工前为棒料, 镦后一次成型螺钉。
根据制件的形状尺寸需设计热镦模具进行压力加工成型。
二. 热镦模的工作条件 如下图
热镦制件加工前为棒料,将设计制造的模套及组件,与原有的通用模架组装,置于压力机上,棒料进行电热极加热至1000Co后放入模具型腔,压力机工作时将棒料镦制成螺钉,模具受具大的冲击载荷和高温作用。 镦前 镦后
三. 模具设计材料的选择
1. 模套设计:
模套的外形与选用的原有的通用模架的尺寸相配合, 模套的型腔与热镦后制件形状一致,因为模套在使用中产生磨损,尺寸加大,所以按制件的下偏差给出尺寸,在六方体高度上不允许有反锥度,这样制件才易于退出,如下图:
2.模具材料的选择
① 热镦模具的材料的选择要求具有校高的高温强度,热稳定性能,耐磨性,杭压强度。
② 对模具的毛坯合理的锻造,可明显提高模具的承载能力。
③ 碳化物偏析3—4级,材料通常选为4Cr5W2Vsi。
四.模具使用中出现的问题热 镦 模 模 套
模套在使用过程中.只镦制几十件,在六方角部荫生了细小的裂纹,并逐渐向纵向发展,裂纹扩展到一定程度严重的削弱了模具的承载能力,而引起断裂,模具寿命较低。
五.分析模具裂纹的原因:
1. 制件几何形状在镦制前后变形量较大,镦制时所需的冲力很大,模具抵抗不了较大冲力而产生裂纹如图:
2. 制件与模具设计时六角R部尺寸小,在应力集中处发生裂纹。
3. 模具材料选择不佳,含碳量偏高
4. 材料材质不良(有冶金缺陷)
5. 模套的制造的毛坯镦拔次数不够,材料的纤维组织 方向变化不大,碳化物偏析没有达到要求。
6. 模具设计外型几何尺寸小(通用模架尺寸是一定 的),承载面积小抵抗不了零件变形所需要的冲力。
7. 模套制造过程中出现残留的刀痕,出现磨削裂纹,锻造裂纹热处理裂纹。
8. 模具使用时,镦制的零件加热温度不够,温度低则变形难,模具出现裂纹。 热镦模模套生了细小的裂纹
9. 压力机精度不符合要求,模具安装不正,坯料放置不正确,冲床刚度低。
以上可能产生模套裂纹的原因,都有可能影响到模具的寿命。
六.对出现的问题提出改进的措施
为了提高模具的寿命,提出以下解决的措施
1、 模具设计改进(如图)
① 模具工作部分的几何形状,决定于所加工的产品的结构,与原有的通用模架组装,模架尺寸与压力机安装尺寸有关,在设计模具时,企图通过模具的体积来提高模具的承载能力是有限的,如能整体式模具改为组合式模具可以提高模具的承载能力。
② 从模具结构上改进,将模具的整体结构改为组 改进后的模套的结构
合结构,在模套外加上一个外套,两者过盈配合,目的是外套给模套一个预应力避免冲击力突变出现裂纹。
②加大模具的体积,在一定的限度内,由外径80mm,加大到100mm,提高模具所能承受的机械载荷,增加承载面积。
③在不影响制件使用的前提下加大制件螺钉六角R处的尺寸。
④改进模具的材料, 设计模具时选用合适的模具材料,才能使模具有良好的工作性能。对于热镦模具应选择冷热疲劳抗力、断裂韧性高的材料,通过分析并从常用热模具钢表来看3Cr2U8V含碳量较低有较强的韧性,冷热疲劳抗力高。
常用热作模具钢化学成分%
钢号 C Si Mn Cr Mo W V
4Cr5MoSiV 0.33~0.43 0.80~1.20 0.20~0.50 4.75~5.50 1.10~1.60 0.30~0.60
4Cr5MoSiV1 0.32~0.45 0.80~1.20 0.20~0.50 4.75~5.50 1.10~1.75 0.80~1.20
4Cr5W2VSi 0.32~0.42 0.80~1.20 ≤0.40 4.50~5.50 1.60~2.40 0.60~1.00
4Cr5MoWSiV 0.30~0.40 0.80~1.20 0.20~0.50 4.75~5.50 1.25~1.75 1.00~1.70 ≤0.50
3Cr2W8V 0.30~0.40 ≤0.40 ≤0.40 2.20~2.70 7.50~9.00 0.20~0.50
2. 模具制造改进
①模具制造时,毛坯必须经过锻造,改进模具钢的材质,提高材料的韧性,解决碳化物的分布不均匀。
②模具制造切削加工应合理。热处理操作更严格。
3.模具使用方面应注意模具的预热,制件的加温,确保压力机的精度。
七.模具的使用情况
通过各项改进后的模具经使用,每套模具能镦制制件几千件, 模套不再出现裂纹现象,使用情况良好,通过技术攻关,改进设计及生产工艺延长热镦模寿命,模具的寿命大大提高, 保证了制件质量,降低了模具的制造成本,缩短了模具制造周期,提高了生产效率,年节省模具制造费用相当可观。
通过以上模具改进表明在引起模具失效的各种因素有:
1、材料热处理不当。
2、选材不合适。
3。模具结构不合理。
4、机械加工工艺不合理。
5、模具的使用设备情况。
因此,在模具设计和制造过程中,选用恰当的材料,合理设计模具结构,选择合理的热处理工艺,妥善安排模具各零件的加工工艺路线,改善模具的工作条件都有利于提高模具的质量和使用寿命。