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热作模具涵盖了热锻模、热冲裁模、热挤压模及压铸模等多种类型。这些模具在工作过程中需承受巨大的冲击载荷、强烈的摩擦,以及因剧烈冷热循环引发的热应力和高温氧化等严苛条件,从而可能出现多种失效形式,包括变形及塌陷、断裂、热疲劳、热磨损以及腐蚀。
变形与塌陷是由于模具在高温下与毛坯长时间接触,导致模具表面发生过度回火软化,强度降低,进而产生塑性变形。当钢铁材料制成的模具表面硬度低于30HRC时,尤其容易发生此类失效,特别是在工作载荷大、温度高的热挤压模和热锻模的凸起部位。
断裂是模具在承载能力不足以抵抗工作载荷时发生的材料开裂现象,包括脆性、韧性、疲劳和腐蚀断裂。早期断裂的原因可能涉及锻压操作不当导致的过载、模具加工质量不佳、设计不合理、选材不当以及热处理不当等。热挤压冲头、热锤锻模的燕尾部和凸起部位、根部等区域易受影响。疲劳断裂则是在高循环应力下,模具型腔表面产生并扩展的疲劳裂纹,最终导致断裂失效。
热疲劳,也称为冷热疲劳或龟裂,是由模具型腔表面温差大、急冷急热导致的热应力变化,加上机械载荷作用,使得压铸模、热锻模等模具表面出现热疲劳裂纹。这些裂纹通常较浅,但在机械应力作用下会向内部扩展,最终导致断裂失效。
热磨损是模具在机械载荷与热载荷共同作用下,型腔表面发生的复杂磨损过程,以表面疲劳磨损为主,可能伴随黏着磨损和磨料磨损。磨损表面的特征包括刮伤、沟槽、麻点和剥落等,特别是在相对运动剧烈和有凸起部位的模具,如热挤压冲头。
腐蚀是热作模具特有的损坏形式,包括冲蚀、熔蚀和侵蚀等。压铸模在工作时,熔融金属注入型腔会冲刷模具表面,产生冲蚀现象,这是高温下模具受液体金属物理和化学作用的结果。热锻模的腐蚀通常发生在型腔内的局部区域,而压铸模比热锻模更易受到冲蚀影响,导致早期失效。