模具的工艺解析与升级

 　　1问题的提出T10A钢胶木成型模具是用于成型胶木制品的一种热压成型模具，该模具在工作中将承受周期性的力学负荷和热负荷作用，同时还将受到胶木粉的流动摩擦、脱模时的冲击和碰撞作用等。针对上述服役条件，对胶木成型模具的性能要求包括：足够的强度和韧性；较高的耐磨性和抗蚀性；热处理后的工作硬度一般为54～58HRC.

　　本文所研究的T10A钢胶木成型模具，在投入使用后几天后，便在模具的尖角处产生了微裂纹，继而出现了模具尖角处的局部断裂，断口处具有明显的脆性特征。为了确定该成型模具的返修方案，并为下一副成型模具的制造提供正确的加工工艺，需对该成型模具进行失效分析，以找出失效的主要原因，并制订出相应的工艺措施加以改进。

　　2模具的失效分析经过对模具断裂表面的初步观察和分析可知，模具经机械加工和热处理后并没有产生裂纹，而是在模具的使用过程中，由于力学负荷、热负荷的共同作用，出现了裂纹并引起了模具的早期失效。

　　该成型模具的加工路线为：下料→锻造→球化退火→粗加工→去应力退火→半精加工→淬火、回火→精加工→抛光、镀铬→装配、检验。从加工路线上看，符合模具的一般生产过程，在模具装配后的超声波检验中，没有发现裂纹的存在。

　　为了找出模具失效的主要原因，我们从失效模具的完好区域和断裂区域进行了取样，并在不改变其金相显微组织的条件下，进行了金相组织显微分析。分析结果表明：在模具的完好区域并没有裂纹存在，而在模具的断裂区却存在有明显的裂纹，金相分析结果。为了查找裂纹产生的原因，采用HRS - 150型洛氏硬度计，对成型模具的硬度进行了测试，所得结果如所示。

　　可以看出，硬度分布基本均匀，但平均硬度值为61. 2HRC，比要求的54～58HRC要高，可见，其金相显微组织的脆性较大，在力学负荷、热负荷及其他外部环境的综合作用下，很有可能在模具使用的初阶段，造成模具尖角部位的开裂并导致断裂失效。

　　3热处理工艺分析及改进通过对失效T10A钢胶木成型模具加工工艺路线的分析，认为在该模具的热处理工艺中，容易引起组织脆化、硬度偏高现象出现的是终热处理部分。

　　通过调查可知，失效T10A钢成型模具的终热处理工艺为790℃淬火+ 160℃回火，硬度为60～62 HRC.经初步分析可知，针对T10A钢胶木成型模具54～58HRC的使用硬度要求， 790℃的淬火温度属于正常范围，而160℃的回火温度则偏低，使回火后的硬度值升高。由此可见，金相显微组织的脆性大、使用硬度偏高是形成模具断裂失效的主要原因。

　　为了进行模具的返修和保证新模具的质量，进行了热处理工艺的改进，其改进后的终热处理工艺如所示。

　　4正常热处理工艺针对失效模具中出现的问题，选择相同的材料制成热处理试样，按照上述改进后的终热处理工艺进行处理，所得试验结果如所示。

　　由试验数据可见，经过改进热处理工艺后， T10A钢模具材料的硬度达到了要求的54～58HRC，能够较好地满足成型模具的力学性能要求。在硬度要求得到满足的条件下，对两种热处理工艺下的金相显微组织进行分析，其金相组织的分析结果如所示。

　　可以看出，热处理后胶木成型模具的显微组织是均匀、正常的，通过对多个试样金相显微组织的观察、分析，未发现有微裂纹存在，也未发现有异常的显微组织出现，晶粒大小均匀，可见该项热处理工艺的改进在试验的角度上是成功的。

　　针对热处理工艺改进结果的成功，经过认真核实和总结，采用该热处理工艺对于产生损伤的胶木成型模具进行了返修，即在对损伤模具进行了一定的表面处理后，在原有热处理的基础上，按照模具的返修热处理工艺进行了270～280℃的补充回火一次，回火后测得的硬度值如所示。

　　经返修热处理工艺处理后，出现损伤的T10A钢胶木成型模具被重新装配后投入使用，压制到10000件胶木制品时，未出现任何异常现象，可见热处理工艺的改进取得了成功。

　　4结论通过上述分析、研究和试验结果的验证，可以得出如下结论：（1）通过对断裂损伤模具进行硬度测量和金相显微组织分析，确定了该损伤模具的主要失效原因为硬度偏高、韧性不足，是由终热处理参数选择不当，特别是回火温度选择欠佳造成的。

　　（2）改进后的热处理工艺，使T10A钢成型模具的硬度有所降低，保证材料具有较高强度和硬度的同时，在很大程度上提高了材料的韧性，有利于充分适应胶木成型模具的实际生产条件，提高模具的使用寿命。

　　（3）采用改进后的模具热处理工艺，对损伤的胶木成型模具进行了返修，从金相显微组织和力学性能两个方面均达到了使用性能要求，在压制了10000件胶木制品后，未出现任何异常，可见返修结果满足了模具的使用性能要求。
来源：中国模具网

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