冷擠壓模具材料的選擇及工藝設(shè)計(活塞銷冷擠壓模具) (2)

1、專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 班級：設(shè)計題目：冷擠壓模具材料的選擇及工藝設(shè)計（活塞銷冷擠壓模具）設(shè)計內(nèi)容：1、 根據(jù)零件工作原理，服役條件，提出機械性能要求和技術(shù)要求。2、 選材，并分析選材依據(jù)。3、 制訂零件加工工藝路線，分析各熱加工工序的作用。4、 制訂熱處理工藝卡，畫出熱處理工藝曲線，對各種熱處理工藝進行分析，并分析所得到的組織，說明組織及性能的檢測方法與使用的儀器設(shè)備。5、 分析熱處理過程中可能產(chǎn)生的缺陷及補救措施。6、 分析零件在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式及修復(fù)措施。目錄0前言31活塞銷冷擠壓模具工作條件及性能要求41.1活塞銷冷擠壓模具工作條件 41.2冷擠壓模具的性能要求 41

2、.2.1冷擠壓模具的機械性能要求 41.2.2冷擠壓模具的技術(shù)性能要求 52.活塞銷冷擠壓模具材料及選用方法62.1活塞銷冷擠壓模具材料的要求.62.2活塞銷冷擠壓模具常用材料及選擇 63活塞銷冷擠壓模具熱處理工藝制定及分析 93.1活塞銷冷擠壓模具的加工工藝路線93.2鍛 造93.3 20CrMnTi熱處理93.3.1 20CrMnTi退火（預(yù)處理）93.3.2 20CrMnTi工藝 （滲碳及回火淬火等工藝）104活塞銷冷擠壓模具在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式以及提高壽命的方法125 心得體會 166 參考文獻.170前言活塞銷（英文名稱：Piston Pin)是裝在活塞裙部的圓柱

3、形銷子，它的中部穿過連桿小頭孔，用來連接活塞和連桿，把活塞承受的氣體作用力傳給連桿。為了減輕重量，活塞銷一般用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，并作成空心。活塞銷用來連接活塞和連桿，并將活塞承受的力傳給連桿或相反?；钊N在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負荷，且由于活塞銷在銷孔內(nèi)擺動角度不大，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強度和耐磨性，質(zhì)量盡可能小，銷與銷孔應(yīng)該有適當?shù)呐浜祥g隙和良好的表面質(zhì)量。在一般情況下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發(fā)生彎曲變形，可能使活塞銷座損壞.?；钊N孔是活塞推動點的回轉(zhuǎn)部位，它是直線運動與旋轉(zhuǎn)運動的交換點。通過它將活塞與連桿小頭組合起來，將直線運動

4、轉(zhuǎn)換為圓周運動。由此可見，銷孔在活塞連桿機構(gòu)中十分重要。它的正常與否關(guān)系到活塞在氣缸內(nèi)能否耐久運行。在更新活塞時應(yīng)注意以下要求，才能保障活塞銷孔及銷在發(fā)動機里起到應(yīng)有的作用。絞削全浮式活塞銷孔時應(yīng)保證兩孔的同心度，兩孔的偏擺和不同心度應(yīng)控制在0.015毫米之內(nèi)。銷與孔的間隙應(yīng)在冷態(tài)時不可轉(zhuǎn)動，在熱態(tài)時(水沸點)可轉(zhuǎn)動。銷與孔的接觸面應(yīng)在800/0以上，要光潔、平整。這樣就可避免活塞銷敲擊裝配。銷與孔靠合面不良會加速磨損，造成活塞銷異響。兩孔不同心而擺差較大者，不但活塞銷與孔磨損加速，而且活塞與氣缸壁磨損增加。如果銷與孔過緊，就會產(chǎn)生活塞粘缸，導(dǎo)致氣缸拉缸。如果活塞銷孔長期松曠不加糾正，那就會導(dǎo)

5、致銷磨斷卡簧，出現(xiàn)活塞銷拉缸的嚴重故障?；钊N是一種細長和空心的零件，若采用切削加工方法制造，將耗費大量的金屬新材料和工時。為了提高材料利用率和生產(chǎn)效率，采用了先進的冷擠壓新工藝。采用這種工藝，能使金屬的纖維組織在強壓力作用下不被破壞，并使金屬產(chǎn)生適宜的塑形流動，形成所需要的形狀，達到少無切削的目的。此外，冷擠壓模具壽命較高，零件質(zhì)量穩(wěn)定，故采用冷擠壓生產(chǎn)活塞銷是既經(jīng)濟又合理的先進加工方法。1活塞銷冷擠壓模具工作條件及性能要求1.1活塞銷冷擠壓模具工作條件冷擠壓是在常溫下對金屬材料進行塑性變形，其單位擠壓力相當大，同時由于金屬材料的激烈流動所產(chǎn)生的熱效應(yīng)可使模具工作部分溫度高達200以上，加上

6、劇烈的磨損和反復(fù)作用的載荷，模具的工作條件相當惡劣?；钊墓ぷ鳁l件十分惡劣?；钊诟邷?、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500K以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機高達35MPa，柴油機高達69MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度(812m/s)往復(fù)運動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和

7、熱應(yīng)力，同時受到燃氣的化學(xué)腐蝕作用。它要承受高溫（最高達2500以上）、高壓（大氣壓力的4060倍）、高速（1220 m/s）、周期性沖擊及化學(xué)腐蝕。例如一個直徑90 mm的活塞，大約要承受3噸的壓力，可見活塞確實是重擔(dān)在肩。為了減輕重量和慣性力，活塞一般用鋁合金鑄造，有些賽車的活塞采用鍛造，結(jié)實耐用。1.2冷擠壓模具的性能要求1.2.1冷擠壓模具的機械性能要求(1)模具應(yīng)有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應(yīng)力下正常工作；(2)模具工作部分零件材料應(yīng)具有高強度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韌性；(3)凸、凹模幾何形狀應(yīng)合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應(yīng)力集中；(4)模具易損部分更換方便

8、，對不同的擠壓零件要有互換性和通用性；(5)為提高模具工作部分強度，凹模一般采用預(yù)應(yīng)力組合凹模，凸模有時也采用組合凸模；(6)模具工作部分零件與上下模板之間一定要設(shè)置厚實的淬硬壓力墊板，以擴大承壓面積，減小上下模板的單位壓力，防止壓壞上下模板；(7)上下模板采用中碳鋼經(jīng)鍛造或直接用鋼板制成，應(yīng)有足夠的厚度，以保證模板具有較高的強度和剛度。1.2.2 冷擠壓模具的技術(shù)性能要求(1)對模具要求高。冷擠壓時毛坯在模具中受三向壓應(yīng)力而使變形抗力顯著增大，這使得模具所受的應(yīng)力遠比一般沖壓模大，冷擠壓鋼材時，模具所受的應(yīng)力常達2000MPa2500MPa。 (2)需要大噸位的壓力機。由于冷擠壓時

9、毛坯的變形抗力大，需用數(shù)百噸甚至幾千噸的壓力機。  (3)毛坯在擠壓前需進行表面處理。   (4)不宜用于高強度材料加工。  典型的冷擠壓模具由以下幾部分組成：工作部分 如凸模、凹模、頂出桿等；傳力部分 如上、下壓力墊板；頂出部分 如頂桿、反拉桿、頂板等；卸料部分 如卸料板、卸料環(huán)、拉桿、彈簧等；導(dǎo)向部分 如導(dǎo)柱，導(dǎo)套、導(dǎo)板、導(dǎo)筒等；緊固部分 如上、下模板、凸模固定圈、固定板、壓板、模柄、螺釘?shù)取Ｏ聢D為實心件正擠壓 圖1 典型冷擠壓模具2.冷擠壓模具材料及選用方法 冷擠壓時，模具型腔中單位擠壓力可高達20002500MPa，

10、還要經(jīng)受著極高的摩擦阻力和溫度變化，因此冷擠壓模具的工作條件是十分惡劣的。合理的選擇冷擠壓模具的材料比起其他模具顯得更為重要。2.1冷擠壓工作零件材料的要求 (1)必須具有高強度和高硬度，這樣在擠壓中可以避免工作零件本身的塑性變形、破壞和磨損。 (2)應(yīng)具有相當高的韌性，可以避免由于沖擊、偏心載荷，疲勞應(yīng)力集中而引起的折斷和開裂破壞。 (3)必須具有較高的耐磨性，使模具具有較高的使用壽命，以保證擠壓件的尺寸精度。 (4)具有足夠的耐熱性能。在冷擠壓中，模具工作零件的局部溫度可高達300左右，有時甚至更高，因此要求材料在這樣的高溫狀態(tài)下硬度保持不變。(5)材料必須有良好的加工性能，如在熱加工時，

11、鍛造性能要好；機加工時要容易進行切削；熱處理時，應(yīng)有較寬的溫度區(qū)間，變形和熱裂傾向小。 當然，在大多數(shù)情況下，某種模具鋼材不可能全部滿足上述要求，應(yīng)該根據(jù)具體的擠壓情況來選擇最能符合使用條件的材料。2.2冷擠壓工作零件常用材料及選擇(1)碳素工具鋼 碳素工具鋼是冷擠壓模具鋼中價格最低廉的鋼種。T10A是常用的碳素工具鋼牌號。其優(yōu)點是加工及熱處理方便，具有良好的切削和耐磨性能，但缺點是淬透性、強韌性及耐熱性能差、熱處理變形大、使用壽命低。因此只能用于尺寸較小、形狀簡單、負載不大的模具零件，如壓力墊板、頂料桿，純鋁、紫銅等軟材料擠壓凹模。(2)高合金工具鋼 含鉻量為12的高合金工具鋼是冷擠壓模具材

12、料中普遍采用的高碳高鉻鋼種。Cr12、Cr12Mo和Cr12MoV是經(jīng)常使用的牌號。該類鋼熱處理變形小，淬透性好，耐磨性較高，韌性優(yōu)良，適宜制作冷擠壓凸模和凹模。不過這類鋼的碳化物偏析較為嚴重，尤其是大尺寸的材料，在制造模具之前要進行改鍛，使碳化物分布均勻（13級），否則在使用中嚴重影響模具使用壽命，因此它比較適宜于作為有預(yù)應(yīng)力圈的內(nèi)凹模材料。(3)高速工具鋼 常用高速工具鋼的牌號有：W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等。該類鋼種具有很高的強度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度高、熱硬性極好，抗軟化變形能力強，是制造凸模的優(yōu)良材料。但是高速工具鋼的碳化物分布不均勻，這種不均勻性隨著鋼材截面

13、尺寸的增大而提高，使其力學(xué)性能下降。在模具結(jié)構(gòu)允許的前提下，應(yīng)盡量選用小尺寸的高速工具鋼原始棒料來制造模具零件。(4)硬質(zhì)合金 一般用于冷擠壓模具工作零件的硬質(zhì)合金為鎢鈷系硬質(zhì)合金，常有牌號有YG15、YG20、YG25，其中數(shù)字表示含鈷量的百分比。如YG15表示含鈷量15，其余為鈦化鎢。硬質(zhì)合金具有極高的硬度、良好的紅硬性、較小的膨脹系數(shù)、足夠的強度，并且耐磨、耐高溫，是優(yōu)良的模具材料。但是硬質(zhì)合金抗彎、抗拉強度低，所以常用作凹?；虬寄ｈ倝K材料。(5)鋼結(jié)硬質(zhì)合金 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加少量的合金元素（如鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢等）粉末作粘結(jié)劑，以碳化鈦為硬質(zhì)相，用一般粉末冶金方法燒結(jié)而成。由于

14、其基體為鋼，因此可以切削加工、焊接、熱處理，甚至還可以進行一定程度的塑性變形。同時又含有大量的碳化鈦，從而保留了硬質(zhì)合金的高硬度和高耐磨性，并具有硬質(zhì)合金所沒有的較好的抗彎強度和韌性，是一種新型的冷擠壓模具材料。(6)合金碳素工具鋼 在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素，性能與碳素鋼類似。2.3 20CrMnTi性能特點2.2 20CrMnTi的成分分析 20CrMnTi的化學(xué)成分（wt%） C Si Mn Cr P S Ni Cu Ti0.170.230.170.370.801.101.001.300.0350.0350.0300.0300.040.10各合金元素的作用：C的作用：鋼中含碳量增加

15、，硬度、屈服點和抗拉強度升高，但延展性、磁性、可鍛性、電導(dǎo)性、塑性、塑性應(yīng)變比R和沖擊性降低。當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕。此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 Si的作用：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.150.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.500.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.01.2%的硅，強度可提高1520%硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化

16、的作用，可制造耐熱鋼。含硅14%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。Mn的作用：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70% 以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度。提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳1114%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗和球磨機襯板等。錳量增高，拉伸強度、韌性、加工性及切削性增加，延緩硬化，減弱鋼的抗腐蝕能力，減少冷熱脆性，降低焊接性能，塑性降低。P的作用：在一般情況下，磷是鋼中有害元素。磷能溶于鐵素體，

17、使鐵素體在室溫下強、硬度升高增加，塑性降低，發(fā)生冷脆，同時也使焊接性能及冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。S的作用：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫偏析現(xiàn)象嚴重，且很難經(jīng)擴散退火完全消除，硫化物夾雜促使鋼中形成帶狀組織，惡化沖壓性能。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性通常稱易切削鋼。Ni的作用：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和

18、耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。Cr的作用：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼、耐熱鋼的重要合金元素。Cu的作用：銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產(chǎn)生熱脆銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。Ti的作用：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力，降低時效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。在Cr18Ni9奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)拟仯杀苊饩чg腐蝕。 20CrMnTi的含碳量為0.20屬于低碳鋼，滲碳時保證了

19、碳元素的正常滲入。淬火熱處理后心部獲得低碳馬氏體， 以保證心部具有足夠的塑性和韌性，抵抗沖擊載荷。3 活塞銷冷擠壓模具的加工工藝 3.1活塞銷冷擠壓模具的加工工藝路線根據(jù)上述零件技術(shù)要求，現(xiàn)擬定如下工藝路線：下料鍛造模坯退火機械粗加工冷擠壓成形機械精加工滲碳淬火、回火研磨拋光裝配。工藝流程雖然不太復(fù)雜，但各工序必須有嚴格的詳細的施工說明，這樣才有擠壓模具的高質(zhì)量。如鍛造時應(yīng)根據(jù)20Cr鋼材料要求制定及執(zhí)行預(yù)熱加熱始端中鍛的溫度、時間及鑲拔次數(shù)等技術(shù)規(guī)范。鍛后還應(yīng)放入干燥的石灰粉中冷卻，以防冷卻速度過快。3.2鍛 造 模 具 在 熱 處 理 前 的原 始 組 織 狀 態(tài) 和 流 線 方 向?qū)?

20、處 理 變 形 有 很 大 的影 響 ，它 不 僅 影 響 模 具 的強 度和 韌 性 ，更 會 對模 具 熱 處 理 后 尺 寸 變 化 出 現(xiàn) 各 向異性 ，特 別 是 在 連接 部 位 和轉(zhuǎn) 角 處 ，易 產(chǎn) 生 圓 度 超 差等 質(zhì) 量 問題 。 因此 ，必 須 對 毛 坯 進 行 反 復(fù) 鐓 拔 ，使碳 化 物 不 均 勻 性 3級 ，流線 與 模 具 工 作 表 面 相 垂直 。鍛 造 時 應(yīng) 注 意 鍛 造 溫 度 不 易 過 高 ，而 且要 分 段加 熱 ，預(yù) 熱 溫 度 為 8 0 0 8 5 0 ，加 熱 溫 度 為 1 0 5 011 00 ；另 外 終 鍛 溫 度 也

21、不 能 過 低 ，一 般 為 8 5 09 0 0 。始 鍛 時 應(yīng) 輕 打 ，鍛 后 應(yīng) 緩 冷 。3.3 20CrMnTi熱處理3.3.1 20CrMnTi退火（預(yù)處理）Ac1 稍上溫度的奧氏體化等溫球化退火工藝790×1.5h,隨爐降至690×3h,再隨爐降至600，出爐入緩冷。緩冷球化退火時間較長。球化退火可滿足冷拔、冷鐓和冷擠壓冷變形的需要。 圖2 20CrMnTi球化退火工藝曲線3.3.2 20CrMnTi工藝 （滲碳及回火淬火等工藝）滲碳齒加工完以后，進行滲碳。采用井式爐900-920滲碳，滲碳時間根據(jù)所要求的滲碳層厚度1.01.4mm查表920滲碳

22、時滲層厚度與時間的關(guān)系，確定為6小時。具體滲碳后該零件組織如圖1所示，表層為珠光體與二次滲碳體混合的過共析組織，其中二次滲碳體呈網(wǎng)狀，心部為珠光體與鐵素體混合的亞共析原始組織，中間為過渡區(qū)，越靠近表面層鐵素體越少。這樣滲碳以后，就為淬火+低溫回火工序做好了準備。圖3 20CrMnTi活塞銷滲碳緩冷后的金相組織淬火加低溫回火鋼的淬火溫度一般可根據(jù)Fe-Fe3C相圖選擇，亞共析鋼淬火加熱溫度選擇Ac3以上3050，過共析鋼淬火加熱溫度選擇Ac1以上3050。根據(jù)滲碳后齒輪的表層含碳量的分布狀況及實踐經(jīng)驗從920預(yù)冷到860左右進行油冷可以得到好的效果。加熱溫度過高或保溫時間過長，會引起奧氏體的晶粒

23、粗大引起過熱或晶界氧化并部分熔化的過燒現(xiàn)象。過熱時奧氏體的晶粒粗大不僅降低齒輪力學(xué)性能，也容易引起齒輪的變形和開裂。過燒后的工件只能報廢。加熱溫度過低、保溫時間不足會引起硬度不足。故可選擇920溫度滲碳，預(yù)冷860左右油冷淬火。淬火冷卻速度太快，奧氏體向馬氏體組織轉(zhuǎn)變劇烈、體積收縮，引起很大的內(nèi)應(yīng)力，容易造成齒輪的變形和開裂，由于20CrMnTi是合金鋼，淬透性較好，故選擇油冷減小冷卻速度，防止淬火造成齒輪變形或開裂。同時也能獲得馬氏體組織，達到較高的硬度。淬火后的鋼組織是馬氏體及少量殘余奧氏體，它們都是不穩(wěn)定的組織，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢，同時淬火時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。為了減小或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定

24、組織和尺寸，獲得所需的力學(xué)性能，選擇在260進行4小時低溫回火工藝。低溫回火時馬氏體中過飽和碳原子以碳化物的形式逐步析出，馬氏體晶格畸變程度減弱，內(nèi)應(yīng)力有所降低。此時的回火組織由馬氏體和碳化物組成。雖然馬氏體的分解使-Fe中碳的過飽和程度降低，鋼的硬度相應(yīng)下降，但析出的碳化物又對基體起強化作用，部分的殘余奧氏體分解為回火馬氏體，所以零件仍保持很高的硬度、耐磨性和一定的韌性。經(jīng)淬火+低溫回火熱處理后，零件最終組織為：表面為細小的片狀回火馬氏體及少量的殘余奧氏體和碳化物，硬度為HRC58-62左右，而心部是由回火低碳馬氏體、鐵素體和細小的珠光體組成，其硬度為HRC35-45，并且具有較高強度以及足

25、夠高韌性和塑性。符合零件的技術(shù)要。 圖4 20CrMnTi活塞銷滲碳及淬火等熱處理曲線4冷擠壓模具在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式以及提高壽命方法冷擠壓模具在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式主要有四種，即磨損、塑性變形、疲勞破壞和斷裂，其中磨損和疲勞破壞屬正常失效形式。4.1磨損冷擠時，由于被擠材料在模具表面激烈地流動，造成模具工作表面容易磨損，按照磨損機理的不同，冷擠壓模具的磨損又分為粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。4.1.1粘著磨損由于冷擠時被擠金屬在模具表面的激烈流動，所以被擠金屬與凹凸模工作表面產(chǎn)生相對運動，于是分別構(gòu)成了滑動摩擦付，當表面不平時，便會出現(xiàn)峰頂接觸，由于接觸面積小，峰

26、頂壓力很高，足以引起塑性變形，導(dǎo)致接觸還發(fā)生粘著現(xiàn)象。在相對滑動情況下，粘著點被剪切，塑性材料就會轉(zhuǎn)移到另一工件表面上，于是出現(xiàn)粘著剪切再粘著的循環(huán)過程，這就形成了粘著磨損，我們的凹模芯及凹模出現(xiàn)的“拉毛”現(xiàn)象就屬于此類。引起粘著磨損的有以下幾個因素：材料特性脆性材料比塑性材料的抗粘能力強。性大的材料組成的摩擦付粘著傾向大，互容性小的材料（異種金屬或晶格不相近的金屬）組成的摩擦付粘著傾向力小。從金相組織上看，多相金屬比單相金屬粘著傾向力小，化合物相比單相固溶體粘著傾向小。因此，對冷擠壓毛坯及模具進行表面處理來避免金屬相互摩擦。擠壓速度一般來講，擠壓過程中，擠壓速度主要取決于被擠材料的可塑性所允

27、許的變形速度。對火花塞殼體冷擠壓來講，其速度不宜太快。表面光潔度表面光潔度越高，抗粘著磨損能力越強。提高模具表面光潔度，可使接觸面積增大，各點接觸壓力減小，但過高地提高表面光潔度，因潤滑劑不能存儲于摩擦付表面內(nèi)，反而促進粘著。溫度由于冷擠時金屬流動速度很快，所以產(chǎn)生的熱量很大，通常達200-400以上，因此模具材料必須具備高的熱穩(wěn)定性，否則將因模具材料處于回火狀態(tài)而降低強度，并促使粘著磨損的產(chǎn)生。潤滑油脂潤滑狀態(tài)對粘著磨損影響較大，能適應(yīng)高強度、重載荷的冷擠壓油。目前國內(nèi)尚在研制中，還有部分依賴進口解決，目前采用的MoS2就是一種良好有潤滑劑。4.1.2磨粒磨損冷擠時由于潤滑油的不清潔等因素，

28、帶有硬的顆粒進入模腔，于是產(chǎn)生微量切削或刮擦作用而引起模具表面脫落。一般情況，模具材料硬度越高，耐磨性越好，但在火花塞殼體冷擠中，必須先考慮提高材料強度和毒性，再考慮材料的硬度，以防脆斷或早期破壞。4.1.3腐蝕磨損冷擠壓中的腐蝕磨損主要是氧化磨損，它是通過氧化物的磨損過程進行的。金屬表面與氧化膜被磨損后又形成新的氧化膜，然后又被磨掉。它與滑動速度、接觸壓力、介質(zhì)狀態(tài)等有直接關(guān)系。在冷擠過程中，粘著磨損、磨粒磨損和氧化磨損往往是相互伴隨發(fā)生的。冷擠壓的磨損實際上是一種復(fù)合磨損形式，如果稍微處理不當，磨損是相當厲害的。減少磨損的辦法主要是良好合理的設(shè)計，降低摩擦，使金屬流向合理，提高模具光潔度，

29、選擇合適潤滑劑，選用耐磨性好的材料，以提高模具的耐磨性。4.2 塑性變形火花塞殼體所需的單位擠壓力是很大的，尤以四序為最大，共有420KN，而凸模主要工作截面直徑不到15mm，且最小處僅為8.6mm，在冷擠時所受的負荷很大，在材料一定的情況下，只要熱處理稍有不慎，即可能發(fā)生鐓粗、折斷的現(xiàn)象。四序沖頭發(fā)生鐓粗的現(xiàn)象是由于擠壓時，它所受的工作應(yīng)力超過彈性極限，在最初的幾次或幾十次便會出現(xiàn)直徑漲大0.1或更多，曾發(fā)生由于沖頭漲大而卡死，造成模具損壞。鐓粗部位一般發(fā)生在距工作端部長約1/3-1/4凸模長度的地方。防止模具產(chǎn)生塑性變形的方法是選擇合適的模具材料，采用先進的熱處理工藝，使其在保持韌性的前提

30、下，盡可能具有足夠的強度和硬度。4.3疲勞破壞疲勞破壞屬于冷擠壓模具一種正常的失效形式，它是由于應(yīng)力的反復(fù)作用，在應(yīng)力集中部位造成疲勞裂紋，疲勞裂紋擴展而造成斷裂破壞，這在凸凹模隨處可見。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(guān)。四序?qū)儆趶?fù)合擠壓，先正擠、隨后反擠，正擠時，沖頭承受壓應(yīng)力，當同心度不是很高時，還受彎曲應(yīng)力。反擠時，先承受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，在回程時還受到拉應(yīng)力，即沖頭呈不對稱循環(huán)的交變應(yīng)力作用，從而導(dǎo)致疲勞裂紋的產(chǎn)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(yīng)和流動金屬與模具表面的摩擦，都有大量的熱產(chǎn)生，使沖頭溫度升高，通常都在20

31、0-400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(yīng)力作用，將導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。凹模在擠壓過程中，同時受到徑向、軸向和切向拉應(yīng)力。徑向和切向拉應(yīng)力是金屬變形時對凹模型腔內(nèi)壁的壓力所造成的，軸向拉應(yīng)力是由于由于金屬劇烈流動與凹模內(nèi)表面發(fā)生強烈摩擦形成的。同沖頭一樣，還受到熱應(yīng)力的作用。在這四種應(yīng)力的反復(fù)作用下，在凹模的內(nèi)壁易造成徑向疲勞裂紋，一般發(fā)生在應(yīng)力集中的部位。4.4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(zhì)有韌性斷裂和脆性斷裂兩種。韌性斷裂是應(yīng)力超過屈服極限，這在冷擠壓中不存在。冷擠壓模具

32、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(shè)計及熱處理原因造成不能使用而產(chǎn)生的斷裂，四序凹模芯就經(jīng)常發(fā)生。根據(jù)幾處的生產(chǎn)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(jié)合起來產(chǎn)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。4.5提高冷擠壓模具壽命的途徑4.5.1模具設(shè)計和制造應(yīng)盡可能避免應(yīng)力集中在模具設(shè)計時，凸凹模的過渡部位應(yīng)避免夾角，采用適當?shù)膱A弧過渡，以減少應(yīng)力集中，模具壽命可大幅

33、度提高。4.5.2正確選用模具材料和熱處理工藝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(yīng)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(fēng)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。4.5.3提高模具表面光

34、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(yīng)達到Ra0.8左右，這樣可以避免非工作部位疲勞裂紋的產(chǎn)生。4.5.4使模具表面保留殘余壓應(yīng)力由于模具間隙不均或毛坯端面不平等多種原因，導(dǎo)致凸模承受很高的彎曲應(yīng)力，使模具表面保留殘余壓應(yīng)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(yīng)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(yīng)力，其抗彎能力和耐磨性有顯著提高。滾壓表面對模具表面進行滾壓，使其光潔度高且有壓應(yīng)力，可明顯增加疲勞強度。4.5.5對凸凹模經(jīng)常進行去應(yīng)力回火疲勞破壞是積累引起的，凸凹

35、模在使用一段時間后，最好能進行消除應(yīng)力回火，這對防止疲勞裂紋的產(chǎn)生、提高模具壽命有利。在模具入庫前，也應(yīng)進行一次去除應(yīng)力回火，延長模具壽命。4.5.6進行表面處理對模具進行表面處理不但可提高耐磨性，而且由于表面處理后，表面留有殘余壓應(yīng)力，疲勞強度也得到改善。表面處理有以下幾種方法：軟氮化處理軟氮化處理即低溫滲氮。它具有不受鋼種限制和處理溫度低、時間短等優(yōu)點，經(jīng)軟氮化處理的模具表面可獲得一層硬而不脆、并有一定韌性的組織（Fe3N的相），因而模具壽命可提高。滲硼滲硼是使模具表面獲得一層高硬度的金屬硼化物，因而能顯著提高模具的耐磨性。氣相沉積使用氣相沉積的方法，使TiC或TiC化合物560涂覆在模具表面，能顯著提高模具表面硬度（HV1500以上），且能大大降低摩擦系數(shù)，故能有效提高模具壽命。5心得體會首先由衷的感謝老師提供給我們這樣一個鍛煉自己的機會，經(jīng)過這幾周的學(xué)習(xí)，自己感覺收獲還是很大的?；仡欉@幾周的課程設(shè)計，從選題到自己開始做，從理論到時間，上網(wǎng)查資料，跟同學(xué)商量討論，所有的一切我都感覺獲益良多，不僅鞏固了自己以前學(xué)習(xí)的知識，而且學(xué)到了很多在以前沒有記住或者記得不清楚的地方，還在查資料和選資料的過程中知道了很多在實際生產(chǎn)中的方法。從老師布置下來作業(yè)，我就開始忙碌了起來。先是看那些題目自己比較感興趣，最后確定了裝載機從動螺旋錐齒輪，就是感