模具結構對硬質合金分層的影響

在硬質合金模壓生產中通過大量的生產實踐發現,模具結構對硬質合金產品的分層影響很大。主要原因是由於壓坯頭部(工作面)對應的模具形狀和角度導致模具變薄,在壓機正壓力的側向分力和壓坯的橫向側壓力下發生變形,在外力側除時變形恢復而對壓坯施加橫向剪切力,造成分層。
 
在一般模具結構中,由於頭部形狀(錐形、球形、勺形和其它形狀)和角度的存在,在壓制時受到側壓力的作用(如圖2所示)沖頭很容易沿側壓方向發生彈性變形,直至貼緊陰模壁為止。通常為了使上(下)沖頭在模腔內自由運動,上(下)沖頭與陰模間總是存在一定的配合間隙,一般為0.02~0.05mm之間。
 
模具變形圖片
 
在壓力撤除瞬間,模具恢復原來形狀,而對壓坯施加一剪切力,使壓坯產生分層。變形量的大小可以運用彈性力學匯出計算公式。我們可以根據厚壁圓筒的理論粗略估計彈性變形量。以硬質合金模具為例,作用在沖頭圓錐面上的力有兩個,一個是壓坯被壓縮時橫向變形引起的側壓力,另一個則是正壓力在圓錐面上沿橫向的分解力F1,從上圖1可以匯出:
F1=F0cosαsinα=F/2sin2α (1)
寫成壓強形式為:
P1=P/2sin2α(2)
單位正壓力P假設100MPa,壓坯橫向變形引起的側壓力約為正壓力的1/3(硬質合金泊松比大約0.3,其混合料粉末會更高一點), 取α為30°,則作用在沖頭圓錐面上的單位側壓力為:
P側=P/3+P/2sin2α≈76.6MPa (3)
根據彈性力學理論,變形量(圓錐面作為圓筒處理是非常近似的)由下式表示:
Δ=γ/E[(R2+γ2)/(R2-γ2)+μ]P側 (4)
式中:γ、R分別為圓筒的內外半徑;
μ為泊松比,模具為硬質合金,取0.3;
E為彈性模量,取2×105MPa。
將γ=0.968R=0.7665cm, P側=76.6MPa代入(3)式計算, 
得出Δ≈90.62×10-4cm=90.62μm
可見彈性變形量相對而言是足夠大的,即使是這個數值的一半也有0.045mm。當正壓力(壓制力)撤除瞬間,這個彈性變形就會恢復,從而給壓坯一剪切力,使壓坯可能產生分層或分層擴展的裂紋源。
 
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