一、工模具工作表面的磨損


由于不銹鋼管熱擠壓時,參與金屬變形的模具工作表面承受高溫坯料的強烈摩擦,并作用有極大的單位壓力,致使模具表面造成磨損。磨損的特點如下:


1. 模具的邊緣部分要比其他部分受到更強烈的加熱和磨損,在高的擠壓力的作用下,引起迅速磨損,或?qū)⒗饩壊糠謮核⒏淖兤涑叽纭?/span>


2. 模具表面在強烈的機械負荷和高溫熱效應的共同作用下,導致模具表面層金屬的變形,并引起氧化。在氧化磨損的情況下,鋼的耐磨性取決于磨損時金屬的塑性變形能力、氧化速度以及氧化鐵皮(氧化膜)的性質(zhì)。


3. 在熱磨損的情況下,模具部分金屬軟化,與被擠壓金屬接觸咬合揉皺或熔化,導致模具表面的破壞。在此類磨損形式下,金屬的耐磨性主要取決于摩擦溫度、材料的耐熱性以及金屬對接觸咬合的敏感性。


二、工模具工作表面的裂紋


不銹鋼管擠壓工模具表面的網(wǎng)狀裂紋(也稱熱裂紋),是由于周期性變化的加熱和冷卻,在金屬中產(chǎn)生熱應力和結(jié)構(gòu)應力所致。這種裂紋的產(chǎn)生原因如下:


 1. 工模具與加熱的坯料接觸,將模具表面加熱到高溫,隨后又快速冷卻,導致在模具材料內(nèi)產(chǎn)生周期性交替膨脹和壓縮的正/負熱應力,久而久之引起金屬的熱疲勞,從而在模具表面產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。


 2. 當模具表面的金屬被加熱到臨界點以上時,在金屬中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應力--組織應力,同時導致網(wǎng)狀裂紋的產(chǎn)生。


 3. 模具材料由于相變而產(chǎn)生體積變化,導致內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應力,在結(jié)構(gòu)應力和熱應力的共同作用下,形成了表面的網(wǎng)狀熱裂紋。模具表面網(wǎng)狀熱裂紋逐漸擴大,并在擠壓時又不斷地被金屬所充填,導致了擠壓模具的破壞。


 4. 必須指出,鎢鋼、鉻一碳鋼和鉬合金鋼形成熱裂紋的傾向性比較小,這是由于這類鋼具有較高的耐熱性,良好的疲勞強度和最小的塑性變形,從而提高了擠壓模具的使用壽命。


三、工模具的脆性破壞


在多數(shù)情況下,不銹鋼管擠壓工模具的脆性破壞與存在尖銳的過渡斷面有關。其原因是:


1. 在快速交替的加熱與冷卻的情況下,尖銳的過渡斷面將成為應力集中的“策源地”。局部應力集中連同沖擊性的外加負荷的數(shù)值,往往要超過工模具材料的強度極限,從而導致工模具的脆性破壞。


2. 擠壓工模具的脆性破壞,尤其是大斷面的工模具的脆性破壞,往往是由于工模具用水冷卻的結(jié)果。


四、擠壓工模具的塑性破壞-擠壓筒和套筒的彈一塑性變形


 在強化工作的條件下內(nèi)套筒的內(nèi)表面金屬被壓入模座的閉鎖區(qū)。擠壓時,內(nèi)套筒逐漸被擠出(外圓被鐓粗)。換擠壓筒時,可以發(fā)現(xiàn)擠壓筒內(nèi)部配合擴大。因此,為確定熱裝的公盈量,采用內(nèi)徑規(guī)測量中套或擠壓筒內(nèi)孔。擠壓筒一套筒的殘余變形會導致其塑性破壞。


 設計擠壓筒時,通過分析擠壓簡的工況條件,可以確定擠壓筒內(nèi)套筒中的內(nèi)壓力值。在這個內(nèi)壓力的作用下,擠壓筒可能發(fā)生彈一塑性變形。


 擠壓筒一套筒系統(tǒng)可能有三種變形狀態(tài):彈性變形狀態(tài),彈一塑性變形狀態(tài)和塑性變形狀態(tài)。可以通過計算塑性半徑值判別其屬于何種變形狀態(tài)。


 在擠壓筒和套筒的半徑尺寸已定的情況下,可以根據(jù)擠壓筒和套筒的材料,按照M.R.Horme公式確定其各個區(qū)域的內(nèi)應力。求出塑性半徑值取決于套筒熱裝入擠壓筒時的實際公盈值。


 上述擠壓簡一套筒系統(tǒng)的計算結(jié)果,給出了應力沿擠壓簡斷面分布的完整概念。在設計擠壓筒時,應進行這項工作。