热锻模具在锻造过程中承受的载荷类型复杂多样，直接影响模具的设计、选材及寿命。根据载荷的性质和作用方式，可将其分为以下几类，并详细说明其特点与影响：

一、静态载荷（Static Load）

定义：模具在锻造过程中承受的恒定或缓慢变化的力，无显著冲击或振动。

特点：

载荷大小和方向随锻造行程缓慢变化，如压力机锻造时滑块对模具的持续压力。

模具型腔表面承受均匀或渐变的压应力，应力集中区域（如圆角、棱边）易产生塑性变形或塌陷。

典型场景：

摩擦压力机锻造：通过摩擦传动施加压力，载荷缓慢增加至峰值并保持一段时间。

液压机锻造：液压系统提供稳定压力，适合大吨位、低速锻造。

对模具的影响：

要求材料具有高抗压强度和抗回火稳定性，防止高温下软化变形。

需优化型腔几何形状，避免应力集中（如增大圆角半径）。
二、动态载荷（Dynamic Load）

定义：模具承受周期性变化的力，伴随振动或冲击，载荷大小和方向随时间快速波动。

特点：

载荷频率高（如锤锻模每分钟数百次冲击），易引发疲劳裂纹。

动态效应导致实际应力远高于静态计算值，需考虑应力放大系数。

典型场景：

空气锤锻造：锤头高速撞击坯料，模具承受瞬时冲击力。

高速压力机锻造：滑块高速运动产生惯性力，加剧模具振动。

对模具的影响：

要求材料具有高韧性（如LG模具钢）和抗热疲劳性（如H13钢），防止开裂。

需通过有限元分析（FEA）优化模具结构，减少振动和应力集中。
三、冲击载荷（Impact Load）

定义：模具在极短时间内承受极大力的作用，载荷峰值远高于平均值。

特点：

冲击能量大，易导致模具表面剥落或微裂纹扩展。

冲击温度可能高于模具工作温度，加剧热应力损伤。

典型场景：

锤锻模：锤头撞击坯料时，模具承受瞬时冲击力。

闭式模锻：坯料填充型腔时对模具产生侧向冲击。

对模具的影响：

要求材料具有高冲击韧性（如5CrNiMo调质处理后）和抗剥落能力。

需设计缓冲结构（如预应力框架）或采用组合式模具分散冲击力。
四、交变载荷（Cyclic Load）

定义：模具承受方向或大小周期性变化的载荷，导致应力反复加载-卸载。

特点：

交变应力引发疲劳裂纹，尤其在热-机械耦合作用下（如热锻中的热疲劳）。

裂纹扩展速率与载荷幅值、频率及环境温度相关。

典型场景：

连续锻造：模具反复承受加热-冷却循环和机械载荷。

辊锻：模具与坯料连续接触，承受周期性弯曲和压缩应力。

对模具的影响：

要求材料具有高抗热疲劳性（如4Cr3Mo3W4VNb钢）和表面硬度（如渗氮处理）。

需控制锻造节奏，减少温度波动，或采用冷却系统延长模具寿命。
五、热载荷（Thermal Load）

定义：模具因接触高温坯料而承受的热应力，通常与机械载荷耦合作用。

特点：

热应力源于模具表面与内部的温度梯度，导致不均匀膨胀/收缩。

热循环引发热疲劳裂纹，尤其在型腔圆角、棱边等应力集中区域。

典型场景：

热锻初期：模具与高温坯料接触瞬间产生剧烈热冲击。

连续锻造：模具反复受热-冷却循环，热应力累积。

对模具的影响：

要求材料具有高导热性（如5SiMnMoV钢）和低热膨胀系数，减少热应力。

需设计冷却通道或采用隔热涂层控制模具温度分布。
六、摩擦载荷（Frictional Load）

定义：模具型腔表面与坯料之间的摩擦力，伴随相对运动产生。

特点：

摩擦导致模具表面磨损，磨损速率与载荷、速度、温度及润滑条件相关。

高温下摩擦可能引发粘着磨损或氧化磨损，加剧表面损伤。

典型场景：

开式模锻：坯料流动时与型腔表面摩擦。

精密锻造：模具与坯料紧密接触，摩擦力显著增加。

对模具的影响：

要求材料具有高耐磨性（如Cr12MoV钢）和抗粘着能力（如表面涂层）。

需优化润滑条件（如石墨润滑剂）或采用表面处理技术（如PVD涂层）。

载荷类型对选材与设计的综合影响

材料选择：

冲击载荷：优先选择高韧性材料（如LG钢、5CrNiMo）。

交变载荷：选用抗热疲劳材料（如H13、4Cr3Mo3W4VNb）。

摩擦载荷：采用高耐磨材料（如Cr12MoV、表面涂层钢）。

结构设计：

避免应力集中：增大圆角半径、优化过渡结构。

分散载荷：采用预应力框架、组合式模具。

控制温度：设计冷却通道、选用高导热材料。

工艺优化：

减少锻造速度：降低动态效应和冲击载荷。

改善润滑条件：减少摩擦载荷和磨损。

控制锻造节奏：避免模具过热和热疲劳。