磨削對模具壽命的影響
我國模具工業(yè)發(fā)展到今天確實取得了長足的進(jìn)步，但大型、精密、長壽命模具仍然與國外先進(jìn)水平有較大的差距，本文就模具的壽命及與之相關(guān)連的失效問題談一點意見。
1.我國與國外在模具壽命上的比較
序號 模具類別 國內(nèi)水平 國外水平
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1 壓鑄模：
鋅錫壓鑄模 20-30萬次 100-300萬次
鋁壓鑄模 20萬次 100萬次
銅壓鑄模 1萬次 10萬次
黑色金屬壓鑄模 1500次 1-2萬次
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2 塑料注射模：
非淬火鋼模 10-30萬次 10-60萬次
淬火鋼模 50-100萬次 200-500萬次
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3 沖模：
合金鋼制沖模總壽命 100-400萬次 500-1000萬次
硬質(zhì)合金制沖模總壽命 1-2億次 2-3億次
100-300萬次/刃磨一次 500-1000萬次/刃磨一次
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4 鍛模：
普通鍛模 1萬次左右 2.5萬次
精鍛模 0.5-1萬次 1-1.5萬次
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5 玻璃模 10-30萬次 30-60萬次
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2.模具損傷的基本形成
為提高模具壽命，經(jīng)對已失效的模具進(jìn)行分析，模具損傷的形式主要有：塑性變形、磨損、疲勞及冷熱疲勞、斷裂及開裂、腐蝕。模具在服役過程中可能同時出現(xiàn)多種損壞形式，各種損傷之間又相互滲透、相互促進(jìn)，各自發(fā)展，直到用模具生產(chǎn)出來的產(chǎn)品為廢品，則模具失效。要提高模具壽命(服役壽命)必須對導(dǎo)致模具損傷的原因及各種影響因素進(jìn)行認(rèn)真分析，制定克服的辦法和措施。
3.影響模具失效的因素：
(1)模具結(jié)構(gòu)
(2)模具材料
(3)冷熱加工的制造工藝
A、鍛造 B、熱處理 C、切削加工 D、磨削加工、電加工
(4)模具工作條件
磨削加工對模具壽命的影響未引起人們的充分重視，由于不正確的磨削工藝，造成工件表面燒傷、磨削裂紋、磨削痕及磨削應(yīng)力，這是后續(xù)工序及模具在服役期間的機(jī)械疲勞，冷熱疲勞產(chǎn)生裂紋的萌生源，嚴(yán)重影響其工作壽命。
(1)磨削時，砂輪與工件為弧面接觸，砂輪切削時工件產(chǎn)生塑性變形及砂輪與工件間劇烈的摩擦阻力，從而在砂輪與工件間形成大小相等，方向相反的磨削力，同時由于表層材料塑性變形時使工件材料內(nèi)部金屬分子之間產(chǎn)生相對移對，形成內(nèi)摩擦而發(fā)熱，砂輪和工件之間外摩擦也產(chǎn)生熱量，這種磨削熱在磨削區(qū)會產(chǎn)生局部瞬時達(dá)1000℃的高溫，而砂輪是不易傳熱的，所以80%的熱傳入工件和磨屑，而金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格，發(fā)生金相組織的轉(zhuǎn)變，在磨削淬硬鋼時，冷卻充分，表面層產(chǎn)生二次淬火，部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而馬氏體比容較大，比容增加，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，如果磨削冷卻不好，或不用冷卻液，表面產(chǎn)生回火，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力(如γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時鐵的體積會膨脹1%)，這些應(yīng)力(殘余應(yīng)力可達(dá)到500-1000MPa即500-1000kg/mm2)，如果超過材料的屈服極限時，便產(chǎn)生磨削裂紋，另外熱處理淬火后模具未立即回火，淬火溫度過高，有網(wǎng)狀碳化，回火后未回火馬氏體或殘余奧氏體過多，在磨削時都會產(chǎn)生相變，發(fā)生應(yīng)力使工件表層產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋是一種很細(xì)的表面裂紋，它多與磨削方向垂直，有時也呈網(wǎng)狀，其深度在0.03mm以內(nèi)。
(2)磨削時不正確的磨削和熱處理工藝，在磨削后，引起工件表面退火、燒傷、磨削裂紋和殘余應(yīng)力，致使工件變形。模具疲勞失效的主要原因是應(yīng)力集中和循環(huán)載荷。而模具正常是在高強(qiáng)度和低塑料狀態(tài)下服役，模具在循環(huán)載有作用下，微裂紋擴(kuò)長最后導(dǎo)致疲勞失效。
(3)減少磨削缺陷的措施。產(chǎn)生磨削裂紋和殘余應(yīng)力的因素很多，主要從工藝系統(tǒng)中找。
首先是合理選擇磨削用量，而磨削深度，是影響磨削熱的主要因素，提高工件與砂輪的速度也可減少切削熱的發(fā)生，其次是合理選擇和修整砂輪，采用白剛玉的砂輪較好，它的性能硬而脆，且易產(chǎn)生新的切削刃，因此切削力小磨削熱就小，在粒度上使用中等粒度，如46號60號較好，在砂輪硬度上采用中軟和軟(ZR1、ZR2和R1、R2)，即粗粒度、低硬度的砂輪自勵性好方可降低切削熱。在磨削中還要注意勤于修整砂輪，保持磨削刃的鋒利。再有就是合理使用冷卻潤滑液，發(fā)揮冷卻，洗滌，潤滑的三大作用，保持冷卻潤滑清潔，從而控制磨削熱的增加，使磨削熱在允許范圍內(nèi)，這樣防止了工件熱變形。第四方面要將熱處理后的淬火應(yīng)力降低到最低限度，因為淬火應(yīng)力、網(wǎng)狀碳化組織在磨削力的作用下，組織產(chǎn)生相變極易使工件產(chǎn)生裂紋。對于高精度模具為了消除磨削的殘余應(yīng)力在磨削后應(yīng)進(jìn)行低溫時效處理以提高韌性。
總之模具在制造時要充分重視磨削工序，將磨削微裂紋和殘余應(yīng)力降低最低限度，用以提高模具的使用壽命。