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冷擠壓模具的失效分析和提高壽命的途徑
（作者未知） 2009/4/7
（接上頁）凹模隨處可見。火花塞殼體冷擠壓中，疲勞破壞最多的是四序沖頭及四序凹模，這跟它們的受力狀況有關。四序屬于復合擠壓，先正擠、隨后反擠，正擠時，沖頭承受壓應力，當同心度不是很高時，還受彎曲應力。反擠時，先承受壓應力和彎曲應力，在回程時還受到拉應力，即沖頭呈不對稱循環(huán)的交變應力作用，從而導致疲勞裂紋的產生。同時沖頭在冷擠過程中，由于火花塞殼體變形時的熱效，應和流動金屬與模具表面的摩擦，都有大量的熱產生，使沖頭溫度升高，通常都在200-400℃以上，從沖頭工作端部色看，甚至可達500℃以上。當退出工作，加潤滑劑及工作間隙，模具表面散熱降溫，這就使沖頭表面受到交變的熱應力作用，將導致熱疲勞裂紋的產生。凹模在擠壓過程中，同時受到徑向、軸向和切向拉應力。徑向和切向拉應力是金屬變形時對凹模型腔內壁的壓力所造成的，軸向拉應力是由于由于金屬劇烈流動與凹模內表面發(fā)生強烈摩擦形成的。同沖頭一樣，還受到熱應力的作用。在這四種應力的反復作用下，在凹模的內壁易造成徑向疲勞裂紋，一般發(fā)生在應力集中的部位。
4、斷裂
斷裂是冷擠壓發(fā)生的一種不正常的失效形式，按斷裂的性質有韌性斷裂和脆性斷裂兩種。
韌性斷裂是應力超過屈服極限，這在冷擠壓中不存在。
冷擠壓模具基本上屬于脆性斷裂，在斷裂前沒有屈服現(xiàn)象。在火花塞殼體冷擠壓的實踐中，我們見到的脆性斷裂主要有兩種情況：一種情況是機械手失靈造成沖頭及凹模不正常斷裂及前序沖頭斷頭被送入后一工序而引起沖頭折斷。另一種是由于設計及熱處理原因造成不能使用而產生的斷裂，四序凹模芯就經(jīng)常發(fā)生。
根據(jù)幾處的生產實踐，冷擠壓模具的損壞都與上面所述的四種失效形式相聯(lián)系，有的是幾種失效形式結合起來產生破壞的，所以提高模具壽命的途徑也與克服和防止這四種失效形式分不開。
二、提高模具壽命的途徑
1、模具設計和制造應盡可能避免應力集中
實踐證明，模具形狀的微妙變化對模具壽命的影響很大。例如四序沖頭頭部過渡R原為R1.5，后改為R2.5，模具壽命也由原來的無法使用或壽命不足5000次提高到10000次，最多可達30000次以上。
在模具設計時，凸凹模的過渡部位應避免夾角，采用適當?shù)膱A弧過渡，以減少應力集中，模具壽命可大幅度提高。在模具制造時，也必須保證設計要求，例如圓弧過渡加工不好也是不好使用的，因此，我們應盡可能采用現(xiàn)代化的加工手段來保證。例如通過仿型磨來加工工作型面，利用珩磨新工藝加工六方凹模，都取得了明顯的效果。
2、正確選用模具材料和熱處理工藝
目前國內冷擠模具材料主要有Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2高速鋼、基體鋼、硬質合金、鋼結合金、科研院所研制的多種冷擠模具鋼。
Cr12類鋼模具，抗沖擊性高，但它的抗彎強度、耐磨性和高溫抗磨性較差。
W18Cr4V及W6Mo5Cr4V2高速鋼的抗壓強度、抗彎強度、耐磨性、紅硬性均高于Cr12類鋼。高速鋼在過去主要是用于刀具，做模具少有應用，這是由于人們一直沿用老工藝，所以壽命總是很低。只是近廿十年來，亞溫淬火風行世界各國。實踐證明，高速鋼模具亞溫淬火后，晶粒度一般在11.5-12級，可獲得很高的韌性，而其它性能指標并不低于老工藝所獲得的性能指標。亞溫淬火就是將淬火溫度降低20-80℃，此外，采用貝氏體等溫淬火也是獲得高韌性的一種熱處理方法，使用效果很好。
根據(jù)火花塞殼體冷擠壓的特點，每一工序受力狀況的不同，所以不同模具的應力狀態(tài)不一樣，模具壽命也有很大差異。有的工序凹�？捎糜操|合金制造，而有些工序則不能采用。硬質合金是一種很有發(fā)展前途的冷擠壓模具材料，在我廠復合電極冷擠中已取得好的應用。
基體鋼由于具有高速鋼的性能而韌性又高得多，因而在近廿多年來得到廣泛應用，這是由于基體鋼是在高速鋼的基礎上降低含碳量增加多種合金元素而得到的鋼種。在冷擠壓行業(yè)中也得到了廣泛的應用。我們的凹模芯采用此種材料制造，估計將有明顯的效果。
3、提高模具表面光潔度
提高模具表面光潔度，可以減少突然折斷的不正常破壞，特別可以大大提高疲勞強度。非工作面的光潔度也應達到Ra0.8左右，這樣可以避免非工作部位疲勞裂紋的產生。
4、使模具表面保留殘余壓應力
由于模具間隙不均或毛坯端面不平等多種原因，導致凸模承受很高的彎曲應力，使模具表面保留殘余壓應力有利于防止疲勞破壞。有以下幾種方法可使表面獲得殘留壓應力。
噴丸處理
對模具進行正規(guī)淬火回火后，對粗加工表面進行噴丸硬化，然后進行磨光，使表面具有壓應力，其抗彎能力和耐磨性有顯著提高。
滾壓表面
對模具表面（未完，下一頁）
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