论文部分内容阅读
冷成形(型)工艺是在不进行加热的情况下对材料进行冲剪、弯曲、拉伸等的加工方式,是发展最成熟的成形技术之一,广泛应用于各种生产和制造业,在现代工业中占有十分重要的地位。在实际工作过程中,由于受到各种机械力的作用,冷作模具报废的形式有磨损、断裂、变形等,其中磨损是缩短模具寿命的主要原因。冷作模具钢因其具有优良的耐磨性和较高的韧性,是冷成形(型)工艺模具的主要材料。冷作模具钢表层的摩擦性能对产品的质量、产量以及模具的承载能力和服役寿命影响至关重要;且表面的最大磨损量直接决定着模具的使用寿命。因此降低模具的最大磨损量、减小摩擦磨损已成为提高模具使用寿命、产品质量、生产效率和降低成本的迫切需要。本论文以校企合作项目中直齿圆柱齿轮冷挤压模具为研究对象,首先建立了大模数直齿轮冷挤压的三维模型并进行了单次冷挤压过程的有限元模拟,通过分析不同工作温度下,冷作模具钢Cr12MoV的摩擦磨损性能,得到工作温度对冷作模具钢Cr12MoV的耐磨性有影响;然后采用摩擦磨损实验的方法研究了四种具有典型代表性的冷作模具钢材料,分析了不同工作温度下,四种模具钢材料的摩擦磨损性能,并借助了SEM和EDS观察分析了磨损表面的形貌和成分、探究了磨损机理;最后通过对数值模拟和摩擦磨损实验结果的总结,得到如下结论:工作温度对冷作模具钢的摩擦磨损性能有较大影响:随着工作温度的增加,模具表层的温度逐渐增加;在不同工作温度下,模具表层的温度分布和磨损深度分布相同,且温度较高的区域对应的磨损较为严重,温度稍低的区域对应的磨损也略小。随着工作温度的上升,012Al钢和ASSAB88钢的磨损量逐渐减小;9CrSi钢的磨损量整体上先增大后减小;Cr12MoV钢的磨损量先逐渐增加,后稍有减小。四种冷作模具钢的摩擦系数都随着工作温度的增加逐渐减小,且摩擦系数保持在0.06至0.1之间,9CrSi钢在室温下摩擦系数达到0.12;在不同工作温度下,摩擦系数都先快速增加后稍有减小并保持一个稳定的波动,不同的冷作模具钢的摩擦磨损性能受温度影响程度不同。012Al钢和Cr12MoV钢的磨损量跟磨损表层的成分变化呈正相关。这主要是因为随着工作温度的增加,总碳化物的含量改变,尤其分布在钢中晶界处的M23C6、M2C、M6C和M7C3型碳化物,改变了对晶界的滑移阻碍、结合强度以及弥散强化作用,从而影响磨损机制;对于012Al钢,磨损表层的M23C6型碳化物含量还影响了Laves相的含量,间接影响了固溶强化机制。9CrSi钢和ASSAB88钢的磨损量与模具钢表层变化的M7C3型碳化物含量呈正相关。这主要是因为随着温度的升高,模具钢表层形状不规则、圆整度较差的M7C3型碳化物先增大后减小,使得磨面容易受到交变应力影响从基体剥落,影响磨面的磨损机理。工作温度对四种冷作模具钢的磨损机理有较大影响:环境温度40℃时四种冷作模具钢的磨损机理都主要为磨粒磨损;75℃-110℃时的主要磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损;145℃时粘着磨损为主要磨损机理并伴随少量的磨粒磨损;180℃时磨损机理主要为轻微氧化磨损并伴随少量的粘着磨损;215℃时磨损机理主要为氧化磨损的再氧化机制。