Le mécanisme de dégradation du forgeage du moule

Le matriçage est actuellement la technologie de forgeage la plus avancée, principalement utilisée pour la production en série de composants clés de moules. Le plus gros inconvénient est la faible durabilité des outils de formage. Selon l'éditeur de diecastingcompany.com, le coût des outils est de 8 à 15 % du coût total des produits. En fait, si l'on considère le temps nécessaire pour remplacer les outils usés et la perte causée par une panne accidentelle, le coût peut atteindre 30 à 50 %. De plus, l'usure de l'outil va entraîner une dégradation importante de la qualité du forgeage. Les défauts les plus courants causés par l'usure des outils sont les erreurs de remplissage de la cavité, c'est-à-dire le pliage, les bavures, la déformation, les rayures, le délaminage et les micro et macro fissures.

Ces défauts affecteront en fin de compte les performances des produits forgés. En raison de la forte concurrence sur le marché, les fabricants de produits de matriçage continuent de réduire leurs coûts tout en améliorant la qualité des pièces forgées. Malgré cela, ils sont toujours très intéressés par le problème de la mauvaise durabilité des outils.

La durabilité d'un outil est généralement définie de plusieurs manières. En termes de production, la durabilité d'un outil s'exprime par le nombre de pièces forgées, c'est-à-dire le nombre de produits de la qualité attendue que l'on peut obtenir avec cet outil. Selon cette définition, la durabilité moyenne des outils peut varier entre 2,000 20,000 et XNUMX XNUMX pièces. Au niveau des outils, la durabilité est liée à la dégradation, elle se définit donc comme la capacité à résister aux phénomènes de dégradation. Cet article utilise principalement la deuxième définition. Il faut dire que les outils de forge sont affectés par une variété de facteurs de dégradation lors de l'utilisation, et l'interaction de ces facteurs rend l'analyse du problème plus difficile. Dans la littérature à ce sujet, on peut trouver diverses explications des phénomènes de dégradation.

Selon les statistiques de nombreux chercheurs, la principale raison du retrait des moules de forge du service est due aux modifications des dimensions d'usure. Les débris de moule dus à l'usure représentent environ 70 %, la déformation plastique représente environ 25 % et les fissures de fatigue et d'autres raisons ne représentent qu'environ 5 %. De nombreux phénomènes se produisent souvent en même temps, et leur interaction dépend de la conception du moule, des conditions de leur forgeage et de leur fabrication, du traitement thermique de la matière du moule, et de la forme de la préforme et de l'insert.

Conditions de travail des matrices de forgeage : Dans le processus de matriçage à chaud, les outils sont principalement soumis à une dégradation sous trois aspects : choc thermique intense, changements périodiques de charge mécanique, et haute température et haute pression. Afin de réduire la limite d'élasticité des produits en acier pendant le forgeage à chaud, le métal déformé est chauffé à 10,000 2,000-800 900 degrés Celsius. Au moment de la déformation du matériau, la température de la surface de l'outil peut atteindre XNUMX degrés Celsius, suivi d'un refroidissement intensif, et donc l'outil sera exposé à un grand gradient de température. Sur la section transversale du moule, la température de surface du moule et la température proche de la surface peuvent différer de plusieurs centaines de degrés Celsius. La température du matriçage à chaud est inférieure à celle du forgeage à chaud, c'est-à-dire que la température de déformation de l'acier atteint environ XNUMX degrés Celsius. Cela signifie que la charge générée par le chauffage et le refroidissement cycliques de la surface de l'outil n'est pas aussi importante que celle du forgeage à chaud. Néanmoins, la durée de vie des outils utilisés dans le procédé de forgeage à mi-chaud est encore assez courte. Ceci est principalement dû à l'effet combiné de la température cyclique et de la charge mécanique plus importante. La charge mécanique provient principalement du refroidissement et des matériaux plus durs.

Mécanisme de dégénérescence des outils de forge

La durée de vie des outils de forgeage dépend principalement de leur conception, de leur préparation, du traitement thermique des matériaux de l'outillage, de leurs conditions de forgeage, de la forme des préformes et des noyaux, etc. On peut trouver de nombreuses informations sur la dégradation dans la littérature à ce sujet. Ces mécanismes sont divisés en différentes catégories. Les résultats de la recherche montrent que les mécanismes d'usure suivants se produisent principalement à la surface des outils de forgeage : usure abrasive, fatigue thermomécanique, déformation plastique, fissuration par fatigue, usure adhésive et oxydation. La forme de l'empreinte de travail de l'outil détermine le temps de contact, la pression, la trajectoire de frottement et les changements de température, qui déterminent la vitesse d'apparition du mécanisme de dégradation spécial.

Dans la zone plane, le temps de contact entre l'outil et le matériau thermique est le plus long, et c'est aussi l'endroit où se produit la pression maximale. La fatigue thermomécanique est le principal mécanisme de dégradation.

Le rayon intérieur de l'arrondi est affecté par la charge de traction cyclique, qui est causée par l'augmentation de la charge externe, qui se produit principalement lorsque la déformation a tendance à se concentrer pendant le processus de forgeage. En conséquence, des microfissures de fatigue se développent en grandes fissures lors de l'utilisation de l'outil et apparaissent à ces endroits. Le rayon extérieur de la bosselure du moule et l'endroit où l'empreinte du moule pénètre dans le pont éclair en raison de l'affaiblissement du matériau dans des conditions de température élevée, plus la limite d'élasticité du matériau est basse, ce qui entraîne une déformation plastique. Le flux dense de matériaux déformés provoque une usure abrasive dans ces zones, qui est encore aggravée par les oxydes durs, qui se forment à la surface du matériau de forgeage de l'outil pendant le processus d'oxydation à haute température.

Usure adhésive du mécanisme de dégradation des matrices de forge

L'usure adhésive se produit dans la zone de déformation plastique de la couche de surface, en particulier là où la surface est irrégulière. Il se produit généralement dans des conditions de pression élevée et de vitesse relativement faible, principalement en raison d'interactions de matériaux similaires ou de matériaux présentant une affinité chimique (conditions de traitement de forgeage typiques). Dans des conditions de pression plus élevées, le matériau moulé glisse le long de la surface de l'outil, éliminant le revêtement d'oxyde, laissant la surface fraîche de l'outil exposée. Cela se produit principalement dans la zone irrégulière de la projection de surface (la partie maximale de la surface rugueuse).

Lorsque les matériaux de ces endroits sont placés à proximité les uns des autres, de sorte que les forces interatomiques commencent à fonctionner, des liaisons métalliques locales se forment. Ensuite, à mesure que les surfaces se déplaçaient davantage l'une vers l'autre, la liaison métallique était détruite. Une déformation plastique de la couche de surface est formée dans ce processus. La rupture de la liaison métallique entraîne le pelage des particules métalliques, qui ont tendance à coller à la surface.

Usure abrasive du mécanisme de dégradation des matrices de forge

La perte de matière est généralement attribuée à l'usure par abrasion. La taille des particules pelées dépend principalement du coefficient de forgeage et des propriétés de la couche superficielle de l'outil. Un exemple d'usure adhésive est l'opération de deuxième étape du forgeage du carter de cardan CV, comme indiqué sur la figure. La température à laquelle le matériau se déforme dans ce processus est d'environ 900°C, c'est-à-dire qu'elle est généralement beaucoup plus basse que le processus de forgeage à chaud traditionnel, qui a tendance à être ce type d'usure. L'usure adhésive se collera au matériau lui-même ou à l'outil, où la section transversale est réduite.

L'usure abrasive est le résultat d'une perte de matière et est principalement obtenue par la séparation de la matière de la surface. L'usure par abrasion se produit lorsqu'il y a des particules abrasives lâches ou fixes, ou lorsqu'il y a des portions irrégulières de saillies sur la surface d'interaction. Pour l'outil de forge, sa dureté est bien supérieure à celle du matériau déformé. Dans ce cas, si des particules abrasives apparaissent dans la partie de contact entre l'outil de forgeage et le matériau déformé, une usure abrasive se produira. L'usure abrasive sera exacerbée par l'apparition de particules d'oxyde dur, qui se forment à la surface de petites particules séparées de la pièce de forgeage et du moule et de la surface du moule dans des conditions de température élevée. En raison de ce mécanisme, des rainures sont créées le long de la direction dans laquelle la déformation du matériau change.

Leur forme et leur profondeur dépendent principalement des conditions de forgeage. La partie saillante est particulièrement sensible à l'usure et sera rapidement retirée de la surface de l'outil au cours de son utilisation ultérieure, ce qui entraîne une perte de matière et des modifications de la géométrie du matériau. L'usure abrasive particulièrement facile à former, et aussi particulièrement sensible à l'usure abrasive est l'endroit où le glissement le plus long se produit lors de la déformation du matériau. Le plus courant est le rayon extérieur de la cavité du moule, où le moule pénètre dans le pont éclair.

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