Изучите эффективные решения для листового металла

Нажмите, чтобы узнать о листогибочных прессах, обрезных станках, лазерных резаках и многом другом от Artizono. Повысьте эффективность производства с помощью инновационных промышленных решений.

Отказ штампа для горячей ковки: Причины и анализ

Ковочный штамп - это важнейший инструмент в процессе ковки, который является ключевым фактором в производственном процессе. Штамп считается расходным материалом, и его выход из строя означает потерю функциональности в течение установленного срока службы. Срок службы штампа - это количество деталей, изготовленных с момента ввода его в эксплуатацию до тех пор, пока нормальный износ не приведет к его расходу.

Преждевременный выход штампа из строя может привести к перебоям в производстве, увеличению затрат, снижению конкурентоспособности на рынке и уменьшению экономической выгоды для компании. Чтобы максимально увеличить производительность материал штампаУлучшение качества и срока службы, а также снижение себестоимости является одной из основных задач кузнечной промышленности.

В этой статье рассматриваются основные причины выхода из строя ковочных штампов и предлагаются эффективные способы увеличения срока их службы.

Проявление разрушения штампа горячей ковки

Кузнечные молоты и штампы машинная ковка Штампы - это штампы для горячей формовки, используемые в молотах для свободной ковки, штамповочных молотах и прессах. Это типичные штампы для горячей обработки, которые в процессе работы подвергаются как механическим, так и термическим нагрузкам. Механическое напряжение возникает в основном от удара и трения, а термическое - в результате попеременного нагрева и охлаждения.

Из-за сложных условий работы ковочных штампов их разрушение также может быть комплексным, включая износ и растрескивание части полости, термическую усталость (термическое растрескивание) и пластическую деформацию поверхности полости.

На рисунке 1 показаны различные режимы разрушения, которые могут возникнуть в различных частях полости ковочного штампа.

Различные положения разрушения ковочного штампа в полости

Рисунок 1 Различные положения разрушения ковочного штампа в полости

Согласно данным на рис. 2, среди основных режимов разрушения вероятность износа составляет около 68%, растрескивания - около 24%, пластической деформации (разрушения) - около 3%, термического растрескивания - около 2%.

Соотношение различных основных режимов отказа ковочного штампа

Рисунок 2 Соотношение различных основных режимов разрушения ковочного штампа

Анализ различных типичных форм и причин отказов штампов для горячей ковки

Wухо и слеза

Характеристики поверхности штампа для горячей ковки при износе показаны на рисунке 3.

Морфология износа поверхности ковочного штампа

Рисунок 3 Морфология износа поверхности ковочного штампа

Под совместным воздействием механических и термических нагрузок заготовка и поверхность полости испытывают ударные нагрузки, а высокоскоростное течение заготовки, ее оксидная оболочка и поверхность полости создают сильное трение. В результате на закругленных углах и мостике канавки штампа возникает износ, как показано на рис. 1.

На износ влияют такие факторы, как материал штампа, тип заготовки и процесс ковки. Снижение температуры ковки, повышающее устойчивость заготовки к деформации, приведет к резкому увеличению износа штампа. Кроме того, взрыв, вызванный сгоранием смазки на основе масла, находящейся в зазоре между штампом и заготовкой, может привести к коррозионному износу.

Износ штампа при горячей ковке обычно связан со следующими девятью факторами:

  • Перегрев из-за длительного контакта под высоким давлением между заготовкой и поверхностью полости.
  • Неправильная термическая обработка, приводящая к низкопрочной металлургической организации.
  • Недостаточная смазка для охлаждения.
  • Слишком низкая твердость штампа.
  • Слишком низкая температура ковки.
  • Недостаточное количество этапов ковки.
  • Недостаточно вентиляционных отверстий в штампе.
  • Сложность конструкции полости.
  • Обработка поверхности штампа.

Ниже приведены контрмеры по улучшению горячего износа, вызванного ранее перечисленными факторами:

  • Минимизация времени контакта между заготовкой и поверхностью полости под высоким давлением.
  • Выполните правильный процесс термообработки, например, используйте подходящую температуру аустенизации и высокую скорость охлаждения при закалке, избегая при этом поверхностной обработки. обезуглероживание.
  • Повышение твердости штампа при сохранении прочности.
  • В процессе ковки следите за тем, чтобы температура заготовки находилась в диапазоне температур ковки, и избегайте температур ниже конечной температуры ковки.
  • Расположите станции ковки разумным образом.
  • Предусмотрите вытяжные отверстия в конструкция штампа.
  • Применить азотирование обработка поверхности штампа.

Взлом

Морфологические характеристики растрескивания ковочного штампа показаны на рисунке 4.

Морфологические характеристики трещин в ковочном штампе

Рисунок 4 Морфологические характеристики растрескивания ковочного штампа

В зависимости от характера трещины в ковочных штампах можно разделить на две категории: раннее хрупкое растрескивание и механическое усталостное растрескивание.

Ранние хрупкие трещины обычно возникают при первом использовании штампа и могут образоваться всего от нескольких ударов молотком. Трещина начинается от источника и распространяется наружу в виде елочки.

Механическое усталостное растрескивание возникает после того, как штамп подвергся нескольким штамповочным ударам. Она имеет характерные особенности общих усталостных трещин, но зона расширения трещины обычно меньше на макроскопическом уровне.

Причины растрескивания штампа можно свести к семи основным категориям:

  • Перегрузка штампа (например, обработка материалов при слишком низкой температуре).
  • Предварительный нагрев штампа при слишком низкой температуре или отсутствие предварительного нагрева вообще.
  • Избыток охлаждающей жидкости/смазки.
  • Неправильный конструкция штампа что вызывает концентрацию напряжений.
  • Низкое металлургическое качество материала штампа или дефекты в процессе ковки.
  • Дефекты термической обработки или дефекты обработки в штампе.
  • Неправильная установка оснастки.

Все эти факторы могут привести к зарождению трещин и возникновению как раннего хрупкого растрескивания, так и механического усталостного растрескивания.

Влияние различных процессов термообработки на структуру и свойства штампа

Рис. 5 Влияние различных процессов термообработки на структуру и свойства штампа (рис. 5). штамповая сталь марка - ASSAB 8407, высококачественная сталь H13)

На рисунке 5 показано влияние различных скоростей охлаждения на ударную вязкость и микроструктуру стали горячей обработки при вакуумной закалке. Если скорость охлаждения недостаточна, то мартенсит содержание уменьшается, и большое количество карбидов осаждается на границах зерен, снижая ударную вязкость материала и увеличивая риск растрескивания штампа.

Для предотвращения растрескивания штампа важно избегать появления белого слоя, образующегося при электроэрозионной обработке (ЭЭО), как показано на рис. 6. Белый слой, образующийся при электроэрозионной обработке, обладает низкой пластичностью, что может привести к растрескиванию. Кроме того, слишком толстый нитридный слой и нитриды в виде прожилок, образующиеся при азотировании, могут значительно снизить вязкость штампа. На рисунках 7 и 8 показано влияние глубины нитридного слоя на вязкость и микроструктурные характеристики нитридов с прожилками, соответственно.

В общем, ниже перечислены меры по устранению проблемы растрескивания штампа:

(1) Избегайте перегрузки штампа, обеспечивая температуру заготовки в разумных пределах, чтобы уменьшить сопротивление деформации.

(2) Правильно разогрейте штамп (150-200°C) для повышения вязкости и снижения теплового напряжения.

Морфология белого слоя EDM

Рисунок 6 Морфология белого слоя при электроэрозионной обработке

Глубина азотированного слоя на влияние ударной вязкости стали штампа

Рис. 7 Влияние глубины азотированного слоя на ударную вязкость стали штампа

Микроструктурные особенности жилообразных нитридов азотированного слоя

Рис. 8 Микроструктурные особенности прожилковоподобных нитридов азотированного слоя

(3) Осуществить разумную конструкция штампа максимально увеличить радиус закругленных углов, разумно расположить пористость и вспышки, а также использовать вставные конструкции.

(4) Используйте соответствующие и эффективные меры охлаждения для предотвращения чрезмерного теплового воздействия на поверхность.

(5) Выбирайте высококачественный материал для пресс-формы с высокой прочностью.

(6) Правильная термическая обработка штампа с помощью закалка и отпуск и выполнить надлежащую обработку поверхности, избегая чрезмерного азотирования.

(7) Избегайте остаточного белого слоя EDM и шероховатых поверхностей инструмента (например, глубоких следов от инструмента).

Термические усталостные трещины (растрескивание)

Морфологические характеристики поверхностных термоусталостных трещин (растрескиваний) в полости штампа показаны на рис. 9.

Характеристики морфологии трещин термической усталости на поверхности полости штампа

Рисунок 9 Тепловой усталостная трещина морфологические характеристики поверхности полости матрицы

Так называемая "термическая усталость" относится к усталостным трещинам и разрушениям, возникающим в штампе при многократном воздействии циклических термических напряжений, как показано на рис. 10.

Существует 7 основных причин термической усталости (растрескивания), которые приведены ниже:

1) Переохлаждение поверхности полости пресс-формы.

2) Неправильное охлаждение.

Рабочая температура и распределение теплового напряжения на поверхности полости

Рис. 10 Распределение рабочей температуры и теплового напряжения на поверхности полости.

(3) Неправильный выбор типа охлаждающей жидкости/смазки.

(4) Слишком высокая температура поверхности полости пресс-формы.

(5) Недостаточный предварительный нагрев формы.

(6) Неправильный выбор материала для пресс-формы.

(7) Дефекты термической обработки и дефекты обработки поверхности.

Соответствующие контрмеры по улучшению термической усталости (растрескивания) следующие.

(1) Предотвращение отпуска и размягчения поверхности, вызванных чрезмерной температурой поверхности полости, что может снизить сопротивление термической усталости штампа.

(2) Используйте соответствующие и эффективные меры охлаждения для предотвращения чрезмерного поверхностного термического напряжения и поверхностного отпуска и размягчения.

(3) Выберите подходящую форму температура предварительного нагреваобычно от 150 до 200°C, избегая слишком высоких или слишком низких температур.

(4) Выберите материал штампа с высоким качеством и отличной прочностью.

(5) Выполните правильный процесс термообработки, например, используйте подходящую температуру аустенизации, высокую скорость охлаждения при закалке и полный отпуск, чтобы избежать образования слишком толстого нитридного слоя и прожилок нитрида при азотировании.

Пластическая деформация (разрушение)

Топографические особенности пластической деформации в штампе для горячей ковки

Рисунок 11 Топографические особенности пластической деформации в штампе для горячей ковки

Когда ковочный штамп подвергается рабочему напряжению, превышающему предел текучести материала штампа, происходит пластическая деформация. На рис. 11 показаны типичные морфологические особенности пластической деформации, вызванной сильным отпуском и размягчением поверхности из-за чрезмерно высокой температуры поверхности полости в штампе.

Пластическая деформация часто возникает в тех частях полости штампа, которые подвергаются одновременно напряжению и нагреву, например, в ребрах и выпуклостях. Высокая температура заготовки и повышение температуры от трения в процессе деформации полости (которая выше температуры отпуска штампа) снижают предел текучести материала штампа и образуют размягченный слой на поверхности. В глубине этого слоя могут возникать пластические деформации, такие как разрушение краев и углов или впадины в глубокой полости.

Основные причины пластической деформации ковочного штампа заключаются в следующем:

  • Слишком низкая температура заготовки, приводящая к чрезмерному напряжению течения материала заготовки.
  • Неправильный выбор штампа стальной материалНапример, недостаточная термическая прочность штамповой стали.
  • Слишком высокая температура матрицы.
  • Неправильный процесс термообработки, например, низкая твердость штампа.

Соответствующие меры по улучшению пластической деформации следующие:

  • Нагрейте заготовки до соответствующей начальной температуры ковки и поддерживайте температуру заготовки выше конечной температуры ковки во время процесса ковки.
  • Выбирайте материал штампа с более высокой высокотемпературной прочностью и устойчивостью к отпуску.
  • Избегайте чрезмерно высоких температур предварительного нагрева и температуры поверхности полости во время ковки для штампа.
  • При необходимости выполните надлежащий процесс термообработки для повышения твердости штампа.

Заключение

Основные режимы разрушения ковочных штампов включают износ и растрескивание полости, термическую усталость (термическое растрескивание) и пластическую деформацию поверхности полости.

В этой статье рассматриваются основные формы разрушения ковочных штампов и определяются их причины, предлагаются решения по предотвращению разрушения и рекомендации для производителей кованых изделий.

Всего в одном шаге!

Начните революцию в обработке листового металла

3 комментария к “Hot Forging Die Failure: Causes and Analysis”

  1. в.р. куджалги

    уважаемый сэр, меня интересует анализ отказов прессового инструмента. если вы проводили какие-либо тематические исследования, пожалуйста, поделитесь. с уважением. v.r.koujalgi

  2. Дорогой сэр Стыд,
    Если речь идет о пуансонах для горячей ковки на станках Hatebur, есть ли у вас лучшая альтернатива, чтобы избежать их абразивного износа для инструментальной стали Standar: 1.2385
    спасибо заранее

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх