常用模具材料的摩擦磨损性能研究及应用

摘要

模具作为重要的生产装备及工艺发展方向,在现代工业的规模生产中日益发挥着重大作用,被誉为“金钥匙”、“制造业之母”等。而在我国,目前对于模具材料摩擦磨损性能的研究还不是很深入,特别是关于模具材料内在的磨损机理以及磨损机理之间转变情况的研究还尚不成熟,导致针对模具材料磨损的预测不太准确。我国热锻模具的平均寿命大约为3000-5000件,与国际先进水平相比尚有较大差距,由此造成人力物力的严重浪费及经济效益的极大损失。而磨损是影响模具寿命的决定性因素,尤其在高温成形过程中模具因磨损而失效的情况超过70％。因此,研究如何减少模具的磨损从而提高热锻模具的寿命,具有重要的现实意义。
　　本文首先采用磨损试验的方法研究了两种具有代表性的模具材料的摩擦磨损性能,了解造成模具材料磨损的主要影响因素及其作用规律并提出相应的减摩、抗磨措施;其次借助先进的扫描电子显微镜(SEM)观察磨面及磨屑上的典型磨损特征,根据观察到的磨损特征判断磨损过程中主要的磨损机理同时提出一种新的磨损计算模型,从而能够更为准确地计算模具的磨损;然后以轮毂锻模为研究对象应用所提出的新磨损计算模型,结合有限元分析、磨损试验、BP神经网络和SQP算法,对轮毂锻模上模芯的形状进行优化设计,使上模芯的磨损量更均匀而且更小,从而提高轮毂锻模的寿命;最后通过在HSR-2M型往复摩擦磨损试验机上进行磨损试验来验证所提出的新磨损计算模型的精度和上模芯形状优化的有效性。研究结果表明,H13钢在高速高载的工况条件下会出现剧烈磨损,而堆焊模具钢的剧烈磨损区在低速高载阶段。因此,在实际生产过程中可以通过对模具型腔的形状进行优化从而改变型腔处的接触条件(工况条件),最终改善模具剧烈磨损部位的磨损状况;常用模具材料磨损时主要的磨损机理为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损;新磨损计算模型计算得的磨损深度值与试验时测得的磨损值具有良好的一致性,并且优化之后上模芯的等磨损值比优化前减少了38.9％,最大磨损值降低了12.5％。因此,新磨损计算模型具有良好的精度,上模芯形状的优化设计是有效的,可以很好的指导实际生产。