一、工模具工作表面的磨损


由于不锈钢管热挤压时,参与金属变形的模具工作表面承受高温坯料的强烈摩擦,并作用有极大的单位压力,致使模具表面造成磨损。磨损的特点如下:


1. 模具的边缘部分要比其他部分受到更强烈的加热和磨损,在高的挤压力的作用下,引起迅速磨损,或将棱缘部分压塌,并改变其尺寸。


2. 模具表面在强烈的机械负荷和高温热效应的共同作用下,导致模具表面层金属的变形,并引起氧化。在氧化磨损的情况下,钢的耐磨性取决于磨损时金属的塑性变形能力、氧化速度以及氧化铁皮(氧化膜)的性质。


3. 在热磨损的情况下,模具部分金属软化,与被挤压金属接触咬合揉皱或熔化,导致模具表面的破坏。在此类磨损形式下,金属的耐磨性主要取决于摩擦温度、材料的耐热性以及金属对接触咬合的敏感性。


二、工模具工作表面的裂纹


不锈钢管挤压工模具表面的网状裂纹(也称热裂纹),是由于周期性变化的加热和冷却,在金属中产生热应力和结构应力所致。这种裂纹的产生原因如下:


 1. 工模具与加热的坯料接触,将模具表面加热到高温,随后又快速冷却,导致在模具材料内产生周期性交替膨胀和压缩的正/负热应力,久而久之引起金属的热疲劳,从而在模具表面产生网状裂纹。


 2. 当模具表面的金属被加热到临界点以上时,在金属中产生结构应力--组织应力,同时导致网状裂纹的产生。


 3. 模具材料由于相变而产生体积变化,导致内部产生结构应力,在结构应力和热应力的共同作用下,形成了表面的网状热裂纹。模具表面网状热裂纹逐渐扩大,并在挤压时又不断地被金属所充填,导致了挤压模具的破坏。


 4. 必须指出,钨钢、铬一碳钢和钼合金钢形成热裂纹的倾向性比较小,这是由于这类钢具有较高的耐热性,良好的疲劳强度和最小的塑性变形,从而提高了挤压模具的使用寿命。


三、工模具的脆性破坏


在多数情况下,不锈钢管挤压工模具的脆性破坏与存在尖锐的过渡断面有关。其原因是:


1. 在快速交替的加热与冷却的情况下,尖锐的过渡断面将成为应力集中的“策源地”。局部应力集中连同冲击性的外加负荷的数值,往往要超过工模具材料的强度极限,从而导致工模具的脆性破坏。


2. 挤压工模具的脆性破坏,尤其是大断面的工模具的脆性破坏,往往是由于工模具用水冷却的结果。


四、挤压工模具的塑性破坏-挤压筒和套筒的弹一塑性变形


 在强化工作的条件下内套筒的内表面金属被压入模座的闭锁区。挤压时,内套筒逐渐被挤出(外圆被镦粗)。换挤压筒时,可以发现挤压筒内部配合扩大。因此,为确定热装的公盈量,采用内径规测量中套或挤压筒内孔。挤压筒一套筒的残余变形会导致其塑性破坏。


 设计挤压筒时,通过分析挤压简的工况条件,可以确定挤压筒内套筒中的内压力值。在这个内压力的作用下,挤压筒可能发生弹一塑性变形。


 挤压筒一套筒系统可能有三种变形状态:弹性变形状态,弹一塑性变形状态和塑性变形状态。可以通过计算塑性半径值判别其属于何种变形状态。


 在挤压筒和套筒的半径尺寸已定的情况下,可以根据挤压筒和套筒的材料,按照M.R.Horme公式确定其各个区域的内应力。求出塑性半径值取决于套筒热装入挤压筒时的实际公盈值。


 上述挤压简一套筒系统的计算结果,给出了应力沿挤压简断面分布的完整概念。在设计挤压筒时,应进行这项工作。