WC-Co硬質合金精密級進模斷裂失效研究

級進模是精密衝壓模具的代表,其高速、高效、高精度的特點使得它在精密微小電子零件的生產製造中得到非常廣泛的應用,而且越來越多的中大型零件也採用精密級進模進行製造。但這種高速、高精度、微小和大批量的工作要求也對模具的強度和耐磨性提出了挑戰。模具磨損會降低產品精度和模具壽命,停機刃磨或模具斷裂會延誤工時、降低生產效率和增加生產成本,因此提高模具強度和耐磨性就意味著降低成本、提高生產效率。

凸模斷裂形貌圖片

模具材料是決定模具強度和耐磨性的主要因素。造成模具失效的原因有很多,包括模具結構、模具加工工藝、模具的工作條件等,但歸根結底,導致模具磨損斷裂失效的直接因素還是材料本身的強度和韌性等性能。硬質合金材料由於具有高強度、高韌性和高耐磨性而被廣泛應用於精密級進模。隨著對精密級進模衝壓速度、衝壓精度和模具壽命要求的提高,人們對硬質合金材料的要求也越來越高。國內外的研究者們正從各種角度對硬質合金級進模的磨損失效機理、原因及耐磨措施進行研究。其中大多數是從外部宏觀因素的角度研究硬質合金級進模的失效問題。

模具斷裂的直接原因是材料強度和韌性不夠。從WC-Co硬質合金材料性能的研究可知道,硬質合金的強度和韌性很大程度上取決於Co的含量和粘結狀況。在斷裂凸模樣件中,表面磨損造成了Co元素丟失,Co成分含量也因此明顯減少。失Co破壞了WC硬質相骨架的連續性,WC塊體的粘結狀態也因此改變,當表面WC塊體周圍的Co相丟失達到一定程度時,Co相對WC顆粒的粘結和複合增強效果就大大減弱甚至消失。導致WC顆粒從材料基體上脫落下來,在模具表面形成凹坑。同時使模具內部未受磨削加工的WC塊體也暴露出來。破壞了原來的硬質相骨架結構;暴露出的棱角尖銳的WC塊體降低了該處硬質合金的耐磨性,加速了該處硬質合金的磨損;這也進一步加速了Co元素的丟失。失Co和WC顆粒的脫落迴圈作用,不斷擴大。最終導致該部位材料的韌性和強度降低,直至達到極限,模具因此在該處斷裂。

有學者通過對高速沖裁加工後斷裂失效的精密級進模凸模樣件進行SEM檢測,觀察了斷裂口部模具工作表面的微觀形貌,並將其與原始材料形貌和模具原始磨削工作表面進行比較;通過EDS檢測比較了斷裂口部模具工作表面和原始硬質合金材料中Co和w的成分差異,得到下麵的結論:
1.Co相元素的含量和分佈均勻性對於WC-Co硬質合金的性能具有重要的影響,Co元素的丟失將直接導致硬質合金材料性能下降。
2.在高速沖裁過程中,硬質合金模具磨損後,模具表面由於Co和WC顆粒的脫落使模具表面凹凸不平,骨架結構遭到破壞。
3.在高速沖裁條件下,模具磨損表現為Co元素含量明顯減少,Co相對WC硬質相的枯結和複合增強作用減弱,使得該處材料的強度和韌性降低,加速了材料磨損,導致了模具斷裂。

 

 

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