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不同溫度下的塑性成形技術對模具的要求也是不同的。冷擠壓時，因坯料與模壁的接觸應力非常大，對模具進行充分的潤滑是必不可少的，這也是冷擠壓，特別是黑色金屬冷擠壓得以進行的必要條件，而對模具的冷卻一般不予考慮。
在熱鍛時，模具的工作環境非常惡劣，除了要承受較大的載荷外，還要受到交變溫度的影響。模具會因工件成形溫度高而迅速升溫，此時對模具進行充分的冷卻是使模具維持正常使用壽命的必要條件一般情況下潤滑較少考慮。 溫鍛成形兼具了冷、熱成形的特點，因此，溫鍛時不僅要考慮模具的潤滑，也必須充分考慮模具的冷卻。實踐證明:溫鍛，特別是中高溫溫鍛時，模具的冷卻系統設計不合理或冷卻不充分，將導致模具的早期失效。當溫鍛成形溫度在600℃以上時若冷卻不充分即使采用了較好的模具材料，在鍛造加工高溫、高載荷的連續作用下，也會導致模具，特別是凸模的回火軟化，不能發揮模具的潛在壽命。 1．溫鍛模具的冷卻方法 溫鍛時坯料的加熱溫度一般在800℃以下而且國內普遍采用通用型曲柄壓力機進行成形速度較慢。從坯料入模至鍛件成形一般需3-5s的時間模具的受熱時間也相對較長溫升就較快。這時若采用大量冷卻水噴射冷卻，勢必造成坯料過冷，同時也會沖刷或稀釋模壁與坯料間的潤滑劑。使變形抗力急劇上升，溫鍛不能正常進行。再者，溫鍛往往與熱鍛不一樣，一火加熱后數道工序連續成形，如果冷卻不當，至最后一道成形工序時鍛件已低于終鍛溫度，甚至處于金屬的藍脆區域，會影響鍛件的成形性能和力學性能。 在溫鍛時如何使模具充分冷卻，又不使坯料過度降溫這是設計溫鍛工藝和模具結構時必須認真考慮的問題。特別是在中高溫溫度下的溫鍛成形，模具冷卻系統的設計顯得尤其重要。 1.1凸模冷卻方法 在成形模具中凸模因鍛件形狀和使用性能不同其結構可分為型腔式凸模(上模)和壓入式凸模。 型腔式凸模的內形與凹模基本接近，其外形也相對較大可以參照凹模冷卻方法在模具中布置循環冷卻水槽。壓入式凸模主要用于成形帶孔的鍛件或擠壓件。凸模除了傳遞壓力外，還起到控制金屬流動的作用，所受的單位壓力相對較高。受鍛件外形尺寸和本身結構的限制壓入式凸模的外形一般較小且呈軸桿形。若在該凸模上開循環冷卻水槽會使其強度大大下降如果采用冷卻水噴射冷卻冷卻水會順勢滴入凹模或直接滴在凹模內的坯料上使坯料過冷溫鍛無法進行。我們在設計溫鍛模具時，對壓入式凸模采用了噴霧冷卻。 冷卻噴霧是冷卻水和壓縮空氣混合而成的一種水汽，此裝置安裝在凸模上方，呈環形布置。當開模時，霧汽從若干個噴嘴噴出，對凸模進行冷卻。它的優點在于:(1)冷卻霧汽遇到凸模后在對凸模冷卻的同時馬上會蒸發，因此不會造成坯料的過冷。(2)通過調節汽、液閥門可以控制冷卻水和壓縮空氣的比例，以達到最佳的冷卻效果。(3)冷卻噴霧通過銅管上若干個噴嘴噴出所以對凸模的冷卻均勻，不會形成較大的溫度應力，從而延長凸模的使用壽命。 1.2凹模冷卻機構 凹模冷卻機構是在預應力圈(外圈和內圈)的內壁開設若干圈環形水槽，并鑿通豎槽和開通出水孔使水在外圈和內圈內部分別環繞數周帶走凹模的熱量再流入冷卻裝置。為了便于安裝冷卻系統并且不影響預應力圈的強度在設計預應力圈時，外形尺寸應根據實際生產中的經驗進行調整，取推薦值的上限。 在溫擠壓時，冷卻水由外圈的進水口注入，在壓力的作用下經外圈環繞水道，到達內圈的下部水孔處并流入內圈水槽;在內圈，冷卻水通過兩圈環形水槽環繞凹模兩周帶走凹模的熱量再通過內圈上部的水孔流回外圈水槽;經外圈水槽再次循環一周后，從外圈的出水口流出，經管道輸入冷卻裝置，進行循環使用。這里值得一提的是，冷卻水必須是閉路循環，即冷卻水管道要保證封閉，由于冷卻水通道是開在預應力圈上，在預應力圈壓合后可以保證管道的密封性所以對于凹模冷卻采用這種冷卻水循環的方法是可取的。 2．模具冷卻與模具壽命 值得一提的是，不同的模具材料開啟冷卻裝置的時機是不同的。對于一些對溫度特別敏感的材料，如高速鋼Wl8Cr4V,W6Mo5Cr4V2等，在模具工作前必須先進行預熱，預熱溫度一般在200℃左右。成形后模具溫升至250℃-300℃時，再開啟冷卻水裝置。否則，過早開啟冷卻水裝置會影響模具的預熱溫度，成形時模具易出現裂紋。合理控制高速鋼的預熱和冷卻時機，可使高速鋼模具的使用壽命得到較大提高。 3．結束語 綜上所述，溫鍛模具的冷卻裝置在模具設計時必須予以高度重視。對于不同材料和尺寸的鍛件及不同的模具材料，應通過控制冷卻水的水量、開啟時機來調節模具的冷卻程度，以最大程度地發揮模具材料的潛在壽命。 |