El mecanismo de degradación del molde de forja

La forja en matriz es actualmente la tecnología de forja más avanzada, utilizada principalmente para la producción en masa de componentes clave de moldes. La mayor desventaja es la poca durabilidad de las herramientas de formación. Según el editor de diecastingcompany.com, el costo de las herramientas es del 8 al 15% del costo total de los productos. De hecho, si considera el tiempo necesario para reemplazar las herramientas gastadas y la pérdida causada por fallas accidentales, el costo puede ser tan alto como del 30% al 50%. Además, el desgaste de la herramienta provocará un deterioro significativo en la calidad de la forja. Los defectos más comunes causados ​​por el desgaste de la herramienta son los errores de llenado de la cavidad, es decir, pliegues, rebabas, deformaciones, rayones, delaminación y micro y macro fisuras.

Estos defectos afectarán en última instancia el rendimiento de los productos falsificados. Debido a la fuerte competencia en el mercado, los fabricantes de productos de troquelado continúan reduciendo sus costos mientras mejoran la calidad de las piezas forjadas. Aun así, siguen muy interesados ​​en el problema de la mala durabilidad de la herramienta.

La durabilidad de una herramienta suele definirse de varias formas. En términos de producción, la durabilidad de una herramienta se expresa por el número de forjados, es decir, el número de productos de la calidad esperada que se pueden obtener con esta herramienta. Según esta definición, la durabilidad media de las herramientas puede variar entre 2,000 y 20,000 piezas. En términos de herramientas, la durabilidad está relacionada con la degradación, por lo que se define como la capacidad de soportar fenómenos de degradación. Este artículo utiliza principalmente la segunda definición. Cabe decir que las herramientas de forja se ven afectadas por una variedad de factores degradantes durante su uso, y la interacción de estos factores dificulta el análisis del problema. En la literatura sobre este tema, se pueden encontrar diversas explicaciones de los fenómenos de degradación.

Según las estadísticas de muchos estudiosos, la principal razón por la que se retiran del servicio los moldes de forja se debe a los cambios en las dimensiones de desgaste. La chatarra del molde debido al desgaste representa aproximadamente el 70%, la deformación plástica representa aproximadamente el 25% y el agrietamiento por fatiga y otras razones representan solo aproximadamente el 5%. A menudo ocurren muchos fenómenos al mismo tiempo, y su interacción depende del diseño del molde, las condiciones de su forja y fabricación, el tratamiento térmico del material del molde y la forma de la preforma y el inserto.

Condiciones de trabajo de las matrices de forja: En el proceso de forja en caliente, las herramientas están sometidas principalmente a degradación por tres aspectos: choque térmico intensivo, cambios periódicos de carga mecánica y alta temperatura y alta presión. Para reducir el límite elástico de los productos de acero durante la forja en caliente, el metal deformado se calienta a 10,000-2,000 grados Celsius. En el momento de la deformación del material, la temperatura de la superficie de la herramienta puede alcanzar los 800 grados Celsius, seguida de un enfriamiento intensivo y, por lo tanto, la herramienta estará expuesta a un gran gradiente de temperatura. En la sección transversal del molde, la temperatura de la superficie del molde y la temperatura cercana a la superficie pueden diferir en varios cientos de grados Celsius. La temperatura del forjado en caliente es más baja que la del forjado en caliente, es decir, la temperatura de deformación del acero alcanza los 900 grados centígrados. Esto significa que la carga generada por el calentamiento y enfriamiento cíclicos de la superficie de la herramienta no es tan grande como la del forjado en caliente. Sin embargo, la vida útil de las herramientas utilizadas en el proceso de forja semicorriente es todavía bastante corta. Esto se debe principalmente al efecto combinado de la temperatura cíclica y la mayor carga mecánica. La carga mecánica proviene principalmente del enfriamiento y de materiales más duros.

Mecanismo de degeneración de herramientas de forja.

La vida útil de las herramientas de forja depende principalmente de su diseño, preparación, tratamiento térmico de los materiales de la herramienta, sus condiciones de forjado, la forma de las preformas y bloques de núcleo, etc. Podemos encontrar mucha información sobre degradación en la literatura sobre este tema. Estos mecanismos se dividen en diferentes categorías. Los resultados de la investigación muestran que los siguientes mecanismos de desgaste ocurren principalmente en la superficie de las herramientas de forja: desgaste abrasivo, fatiga termomecánica, deformación plástica, agrietamiento por fatiga, desgaste adhesivo y oxidación. La forma de la muesca de trabajo de la herramienta determina el tiempo de contacto, la presión, la trayectoria de fricción y los cambios de temperatura, que determinan la tasa de aparición del mecanismo de degradación especial.

En la zona plana, el tiempo de contacto entre la herramienta y el material térmico es el más largo, y también es el lugar donde se produce la máxima presión. La fatiga termomecánica es el principal mecanismo de degradación.

El radio interior del redondeo se ve afectado por la carga de tracción cíclica, que es provocada por el aumento de la carga exterior, que se produce principalmente cuando la deformación tiende a concentrarse durante el proceso de forja. Como resultado, las microfisuras por fatiga se convierten en grietas grandes durante el servicio de la herramienta y aparecen en estos lugares. El radio exterior de la abolladura del molde y el lugar donde la huella del molde entra en el puente flash debido al debilitamiento del material en condiciones de alta temperatura, menor es el límite de elasticidad del material, lo que conduce a la deformación plástica. El denso flujo de materiales deformados provoca un desgaste abrasivo en estas áreas, que se agrava aún más por los óxidos duros, que se forman en la superficie del material de forja de la herramienta durante el proceso de oxidación a alta temperatura.

Desgaste adhesivo del mecanismo de degradación de las matrices de forja.

El desgaste del adhesivo ocurre en el área de deformación plástica de la capa superficial, especialmente donde la superficie es irregular. Por lo general, ocurre en condiciones de alta presión y velocidad relativamente baja, principalmente debido a interacciones de materiales similares o materiales que muestran afinidad química (condiciones típicas de procesamiento de forja). En condiciones de mayor presión, el material moldeado se desliza a lo largo de la superficie de la herramienta, eliminando el recubrimiento de óxido y dejando expuesta la superficie fresca de la herramienta. Esto ocurre principalmente en el área irregular de la proyección de la superficie (la parte del pico de la superficie rugosa).

Cuando los materiales en estos lugares se colocan cerca unos de otros, de modo que las fuerzas interatómicas comiencen a trabajar, se forman enlaces metálicos locales. Luego, a medida que las superficies se desplazaron más entre sí, la unión del metal se destruyó. En este proceso se forma la deformación plástica de la capa superficial. La rotura de la unión del metal conduce al desprendimiento de las partículas metálicas, que tienden a adherirse a la superficie.

Desgaste abrasivo del mecanismo de degradación de las matrices de forja.

La pérdida de material generalmente se atribuye al desgaste abrasivo. El tamaño de las partículas peladas depende principalmente del coeficiente de forja y de las propiedades de la capa de la superficie de la herramienta. Un ejemplo de desgaste adhesivo es la operación de la segunda etapa del forjado de la carcasa de la junta universal CV, como se muestra en la figura. La temperatura a la que se deforma el material en este proceso es de unos 900 ° C, es decir, suele ser mucho menor que el proceso tradicional de forja en caliente, que suele ser este tipo de desgaste. El desgaste del adhesivo se adherirá al propio material oa la herramienta, donde se reduce el área de la sección transversal.

El desgaste abrasivo es el resultado de la pérdida de material y se logra principalmente mediante la separación del material de la superficie. El desgaste abrasivo se producirá cuando haya partículas abrasivas sueltas o fijas, o cuando haya partes irregulares de protuberancias en la superficie de interacción. Para la herramienta de forja, su dureza es mucho mayor que la del material deformado. En este caso, si aparecen partículas abrasivas en la parte de contacto entre la herramienta de forja y el material deformado, se producirá un desgaste abrasivo. El desgaste abrasivo se verá agravado por la aparición de partículas de óxido duro, que se forman en la superficie de pequeñas partículas separadas de la pieza de forja y el molde y la superficie del molde en condiciones de alta temperatura. Debido a este mecanismo, se crean ranuras a lo largo de la dirección en la que cambia la deformación del material.

Su forma y profundidad dependen principalmente de las condiciones de forja. La parte que sobresale es particularmente susceptible al desgaste y se quitará rápidamente de la superficie de la herramienta durante su servicio posterior, lo que conduce a la pérdida de material y cambios en la geometría del material. Particularmente fácil de formar desgaste abrasivo, y también particularmente sensible al desgaste abrasivo es el lugar donde se produce el deslizamiento más largo durante la deformación del material. El más común es el radio exterior de la cavidad del molde, donde el molde entra en el puente flash.

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