鍛造金型の劣化メカニズム

公開時間： 06 / 19 2021 著者：サイト編集者訪問：12183

金型鍛造は現在最先端の鍛造技術であり、主に金型の主要部品の大量生産に使用されています。最大の欠点は、成形工具の耐久性が低いことです。 diecastingcompany.comの編集者によると、ツールのコストは製品の総コストの8〜15％です。実際、摩耗した工具の交換にかかる時間と偶発的な故障による損失を考慮すると、コストは30％から50％にもなる可能性があります。さらに、工具の摩耗は鍛造品の品質を著しく低下させます。工具の摩耗によって引き起こされる最も一般的な欠陥は、キャビティの充填エラー、つまり、折り畳み、バリ、変形、引っかき傷、層間剥離、ミクロおよびマクロの亀裂です。

鍛造金型の劣化メカニズム

これらの欠陥は、最終的には鍛造品の性能に影響を及ぼします。市場での激しい競争により、型鍛造製品のメーカーは、鍛造品の品質を向上させながら、コストを削減し続けています。それでも、彼らは依然として工具の耐久性が悪いという問題に非常に興味を持っています。

ツールの耐久性は通常、いくつかの方法で定義されます。生産面では、工具の耐久性は鍛造品の数、つまりこの工具で得られる期待される品質の製品の数で表されます。この定義によれば、工具の平均耐久性は2,000〜20,000個の間で変動する可能性があります。工具に関しては、耐久性は劣化に関係しているため、劣化現象に耐える能力として定義されます。この記事では主にXNUMX番目の定義を使用します。鍛造工具は使用中にさまざまな劣化要因の影響を受け、これらの要因の相互作用により問題の分析がより困難になると言わなければなりません。この主題に関する文献では、劣化現象のさまざまな説明を見つけることができます。

多くの学者の統計によると、鍛造金型を使用から撤退させる主な理由は、摩耗寸法の変化によるものです。摩耗による金型スクラップは約70％、塑性変形は約25％、疲労亀裂などの理由は約5％にすぎません。多くの現象が同時に発生することが多く、それらの相互作用は、金型の設計、鍛造と製造の条件、金型材料の熱処理、およびプリフォームとインサートの形状によって異なります。

鍛造金型の使用条件：熱間金型鍛造の過程で、工具は主に10,000つの側面から劣化します：激しい熱衝撃、機械的負荷の周期的変化、および高温高圧。熱間鍛造中の鉄鋼製品の降伏応力を低減するために、変形した金属は摂氏2,000〜800度に加熱されます。材料が変形した瞬間、工具表面の温度が摂氏900度に達し、その後集中的に冷却される可能性があるため、工具は大きな温度勾配にさらされます。金型の断面では、金型の表面温度と表面近くの温度が数百℃異なる場合があります。熱間鍛造の温度は熱間鍛造の温度よりも低く、すなわち、鋼の変形の温度は約XNUMX℃に達する。これは、工具表面の周期的な加熱と冷却によって発生する荷重が、熱間鍛造の荷重ほど大きくないことを意味します。それにもかかわらず、セミホット鍛造プロセスで使用されるツールの寿命はまだかなり短いです。これは主に、繰り返し温度とより大きな機械的負荷の複合効果によるものです。機械的負荷は、主に冷却およびより硬い材料から発生します。

鍛造工具の縮退メカニズム

鍛造工具の耐用年数は、主に工具材料の設計、準備、熱処理、鍛造条件、プリフォームとコアブロックの形状などに依存します。この主題に関する文献には、劣化に関する多くの情報があります。これらのメカニズムは、さまざまなカテゴリに分類されます。研究結果は、次の摩耗メカニズムが主に鍛造工具の表面で発生することを示しています：アブレシブ摩耗、熱機械的疲労、塑性変形、疲労亀裂、接着剤摩耗および酸化。ツールの作業くぼみの形状によって、接触時間、圧力、摩擦経路、および温度変化が決まり、これらが特殊な劣化メカニズムの発生率を決定します。

平坦な領域では、工具と熱材料との接触時間が最も長く、最大圧力が発生する場所でもあります。熱機械的疲労が主な劣化メカニズムです。

丸みの内側の半径は、主に鍛造プロセス中に変形が集中する傾向があるときに発生する外部荷重の増加によって引き起こされる周期的な引張荷重の影響を受けます。その結果、疲労マイクロクラックはツールの使用中に大きなクラックに発展し、これらの場所に現れます。高温条件下での材料の弱体化により、金型のへこみの外径と金型の刻印がフラッシュブリッジに入る場所は、材料の降伏点が低くなり、塑性変形につながります。変形した材料の密な流れは、これらの領域でアブレシブ摩耗を引き起こし、高温酸化プロセス中にツールの鍛造材料の表面に形成される硬質酸化物によってさらに悪化します。

鍛造金型の劣化メカニズムの接着摩耗

接着摩耗は、特に表面が不規則な場合に、表面層の塑性変形領域で発生します。これは通常、主に類似の材料相互作用または化学親和力を示す材料（通常の鍛造加工条件）が原因で、高圧および比較的低速の条件下で発生します。より高い圧力条件下では、材料成形品はツールの表面に沿って滑り、酸化物コーティングを除去し、ツールの新しい表面を露出させたままにします。これは主に、表面突起の不規則な領域（粗い表面のピーク部分）で発生します。

これらの場所の材料が互いに近くに配置され、原子間力が働き始めると、局所的な金属結合が形成されます。次に、表面が互いにさらに移動すると、金属結合が破壊されました。この過程で表層の塑性変形が起こります。金属結合の破壊は、表面に付着する傾向がある金属粒子の剥離につながります。

鍛造金型の劣化メカニズムのアブレシブ摩耗

材料の損失は通常、アブレシブ摩耗に起因します。剥離した粒子のサイズは、主に鍛造係数と工具表面層の特性に依存します。接着摩耗の例は、図に示すように、CVユニバーサルジョイントハウジングの鍛造の第900段階の操作です。このプロセスで材料が変形する温度は約XNUMX°Cです。つまり、通常、このタイプの摩耗になりがちな従来の熱間鍛造プロセスよりもはるかに低くなります。接着摩耗は、材料自体または工具に付着し、断面積が減少します。

アブレシブ摩耗は材料の損失の結果であり、主に表面からの材料の分離によって達成されます。アブレシブ摩耗は、アブレシブ粒子が緩んでいるか固定されている場合、または相互作用面に突起の不規則な部分がある場合に発生します。鍛造工具の場合、その硬度は変形した材料の硬度よりもはるかに高くなります。この場合、鍛造工具と変形した材料との接触部に砥粒が発生すると、砥粒摩耗が発生します。高温条件下で鍛造部と金型から分離した小粒子の表面に形成される硬質酸化物粒子の出現により、アブレシブ摩耗が悪化します。このメカニズムにより、材料の変形が変化する方向に沿って溝が作成されます。

それらの形状と深さは主に鍛造条件に依存します。突き出た部分は特に摩耗しやすく、その後の使用中に工具の表面からすぐに除去され、材料の損失と材料の形状の変化につながります。アブレシブ摩耗を形成するのが特に容易であり、またアブレシブ摩耗に特に敏感なのは、材料の変形中に最も長いスリップが発生する場所です。最も一般的なのは、金型がフラッシュブリッジに入る金型キャビティの外径です。

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