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探析延长压铸模寿命的途径

文章出处:格瑞特
作者:grtjs 人气: 发表时间:2018-09-11 13:18

常州格瑞特金属制品有限公司讯:

关于压铸模延长寿命问题一直受到应用企业关注。合理选择压铸模成形零件的材料已得到广大压铸模制造商和订货方的重视。因为压铸模材料的选择是压铸模寿命长短的基本条件。

从20世纪50年代起,国内普遍采用原苏联的3×2B8φ钢,即国内牌号3Cr2W8V钢,一般压铸1~2万次型腔开始产生发状裂纹,压铸模寿命为5~6万次。

70年代末,我们在翻译日本压铸协会制订的DCSP1铝合金和DCSP2锌合金压铸标准时,对标准中所规定的压铸模材料与美国、西德、英国、瑞典和苏联等国模具钢进行了比较和分析,发现国外普遍采用铬钼钒钢,因为从有关研究报告结论看出,钼钢与钨钢持久性没有差别,而钨钢比钼钢容易形成热交变裂纹。因此我们选用了4Cr5MoSiV1钢进行试验研究,请抚顺钢厂按我们研究制订的技术条件(原则上是按美国H13ASTM681-76的化学成分,日本DCS中规定的对模具原材料要求)进行熔炼,其关键点如下:

一是化学成分、杂质含量应符合要求。

二是采用电渣熔炼,避免钢锭在铸造时产生偏析和因收缩引起的缺陷,使钢锭致密性、纯洁度高,有害杂质和非金属夹杂物低,晶界较纯净,成分、组织较均匀。

三是要求钢材锻造比能达到4S以上。

用该钢加之严格的模具制造工艺,所生产的压铸模使用寿命达25万次以上。

可以说,H13钢是从美国引进的优良钢种之一,因此我国在制订压铸模国家标准时,作为重点推广钢种。

目前为止,该钢种和近似钢号,如:国际标准化组织(ISO)的40CrMoV5、日本(JIS)的SKD61、韩国(KS)的STD61、欧共体(EN)的X40CrMoV5-1-1、意大利(UN1)的X40CrMoV5-1-1KU、德国(DIN)的X40CrMoV5-1、英国(BS)的BH13、法国(NF)的X40CrMoV5、俄罗斯的4X5MφIC及一些商业牌号8407、QR90、GS-344M等。

H13钢是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢,主要特征如下:

(1)具有高的淬透性和韧性。

(2)优良的抗热裂能力,在工作场合可予以水冷。

(3)具有中等耐磨能力,还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度,但要略微降低抗热裂能力。

(4)因其含碳量较低,回火中二次硬化能力较差。

(5)在较高温度下具有抗软化能力,但使用温度高于540℃(1000℉)时硬度出现迅速下降(即能耐工作温度为540℃)。

(6)热处理的变形小。

(7)良好的切削加工性。

(8)中等抗脱碳能力。

H13钢的含碳量(质量分数)在0.5%以下,另含Cr、W、Mo、V等合金元素,钢的含Cr量为5%左右,它与其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力,因此该钢在空冷条件下能够淬硬,其淬火硬度在55HRC左右。

延长压铸模寿命,除要选用优质钢材外,还应注意以下问题。

2.铸件及压铸模设计应合理

由于铸件结构设计上的不合理,导致模具中存在着细薄的截面,成为断裂的根源。如斜度值的不合理,会引起抽芯、开模或取件时的擦伤;型腔壁面交界处的倒角,稍有疏漏,会造成应力集中裂纹;浇注系统的设计中,若流向、截面积、压射速度等控制不当,会造成对型壁或型芯的冲蚀。金属液进入型腔后形成的涡流,由于涡芯部分的流速为无穷大,对模面起到强烈的镂蚀作用,造成局部拉毛,模具的刚度不足。由于片面地强调节约钢材,导致早期变形或断裂的情况时有发生。各构件配合精度等级如选用不当,或由于有余隙的存在,引起热导率的下降,过早地产生热疲劳。或是由于装配尺寸过紧,形成预应力,压铸过程中模具出现爆裂。在现代的模具结构中已考虑采用快速顶出机构,一方面是为了提高生产效率;另一方面也是为了减少铸件的留模时间,卸除模具材料的热载荷。在压铸模设计中,尽可能减少镶拼,以增强型腔的刚度。

模具设计时要充分考虑模具的热平衡,使模具维持较稳定、合理的工作温度。因为在压铸过程中,熔融金属注入模具型腔内,在极短的时间内释放出大量的热量,促使模具的温度提高;同时,模具通过传导、对流、辐射,以及模具表面喷涂与冷却水吸收部分热量,使模具温度下降,经过一段时间后模具温度达到一个平衡点,这时模具的温度就不发生大的变化,这一平衡点的温度对稳定生产很重要,铸造质量和生产率在很大程度上取决于模具热控制能力。在考虑模具热平衡时,首先要确定平衡点的温度,由于模具各个部位存在温度梯度,且在一个循环周期温度下不断变化,加之铸件壁厚的差别,这个平衡温度一般控制在合金浇注温度的40%~50%。

因此,一些模具应设计冷却系统。

冷却水管的位置、形状、管径、冷却水的温度及流速等对模具的温度分布有重要影响,从而影响模具的寿命。如冷却水管靠近模具表面,可提高模具的热疲劳寿命,但会增加水道内表面的拉伸应力。有的工厂经验是:

(1)一次浇注合金总量(含浇注系统)在150g以下时,对浇口和拂锥进行冷却。

(2)一次浇注合金总量在150~200g时,浇口套、拂锥以及动定模的浇口附近各设置一个?6.35mm(1/4in)的冷却水道或2个点冷却。

(3)一次浇注合金总量在250~500g时,在动定模靠近内浇道附近再增加一个?6.35mm(1/4in)的冷却道或2~3个点冷却。

(4)大于500g时,再相应增加冷却水道或改变冷却水道的形状,把直道变成L形或U形,管径改为?9.5mm(3/8in),从而增加冷却面积。

(5)模具上较大的滑块和>25mm受热较大的型芯也应设置直冷却水道或点冷却。

(6)冷却水管距模具型腔或浇道的距离一般在20~32mm,在拂锥和内浇道热量集中处可近一点,但小也要大于冷却管的直径。

(7)为了降低龟裂的倾向,可把冷却水加热到50℃左右,但不能低于20℃,同时,为避免模具过度冷却,应适时调节水的流量。

3.保证模具的加工质量

模具在磨削加工过程中,由于砂轮不够锋利而产生摩擦热,会引起表面出现磨削裂纹。此外由于磨削应力的存在,也会降低模具的热疲劳能力。

型腔表面,特别是浇道表面粗糙度高或型面有少量擦伤及划线痕迹处,都是裂纹源。模具镶块与套板之间的配合精度选用不当,或者由于过松影响热传导效率,或者由于过紧产生预应力而使套板碎裂。模具与机器之间的安装精度,包括平行度与垂直度,皆可能影响导向件的过早磨损。对于用电火花加工模具应用日广的今天,在加工过程中,由于局部高温形成表层下的回火区。该区的组织及化学成分与基体不同,硬度高,再加上表面存在着残余应力,加工后型面易形成细微裂纹,必须进行抛光处理。

4.采用模具热处理规范

压铸模具的材料应具有较高的热强性和回火稳定性,这样才有可能获得高的热疲劳抗力和耐磨性。

压铸锌、铝、镁合金时,压铸模与金属液接触部分的零件一般是采用4Cr5MoV1、3Cr2W8V或国外相当的材料,热处理要求硬度44~48HRC,压铸铜合金时硬度为38~42HRC。压铸模使用前需经过消除应力处理。一般新压铸模压铸5000~10000次以后进行次去应力回火,以后每压铸10000~20000次后进行去应力处理,去应力回火温度比原回火温度低30~50℃。

5.模具高能量密度表面强化处理

高能量密度表面强化是对材料表面施加极高能量,使之发生物理-化学变化,以达到强化的目的。其主要特点是:工序简单,过程迅速,零件变形小,生产效率高。其中采用电火花表面强化工艺是一项减少表面冲蚀,防止金属与模面咬合,提高使用寿命的有效途径之一。其原理系利用脉冲电路的充分放电,将硬质合金制成的电极(Y68)接通电源的正极,金属工件接通电源的负极,二者在空气中作周期性的接触,引起气隙放电,形成火花与高温。在高温作用下,碳化钨从电极上升华释放,在工件的表面产生并完成重熔、沉积、扩散、化合及淬硬的过程,使被涂覆的工件表面形成一成分均匀、结构致密且硬度高的碳化钨沉积层,其表面硬度可达到1100~1400HV。强化层与基体结合牢固,耐冲击,不剥落。强化处理时,工件处于冷态,放电点极小,时间短,无退火及变形。经强化后的模具,无论在耐热性、耐蚀性,还是在耐磨性方面,都有很好的成效。

6.压铸模使用的操作规范

(1)模具预热及保持热平衡模具中应力的大小与模具中的温度梯度成正比,因此适当提高预热温度是能够理解的。但是过高的预热温度使型腔表面的接触温度也高,有损材料的屈服强度,对模具的抗热疲劳性能是不利的。此外模具在服役过程中,始终保持处于热平衡状态,已成为提高模具寿命,增加生产效率和保证铸件致密性的重要手段。对于冷却水道的布置,以及热油加热、冷却控制设备的应用,是以测出模具温度场的分布作为依据的。另外,操作过程中的节奏性和连续性,再加上模具温控装置的配合使用,都可以为保持模具的平衡状态创造条件。

(2)模具涂料涂料的覆膜性对保护模具材料起到重要的作用。凡是涂料未能匀覆之处,皆有受到侵蚀的危险。美国对模具表面喷涂时液滴的形式与散布面积的大小作了机理上的探讨,德国也有类似研究工作的报道。他们认为:喷涂到高温度模具上的涂料液滴,会产生高的蒸气压力,而不易吸附于型面上,易引起脱离和贱落,未能充分润湿型面,使模具寿命受到影响。根据机理分析,涂料液滴应先成球状与型面接触,然后摊平成椭圆形而增加了接触面积,再进一步铺平成膜,达到均匀覆盖的目的。为此,要求模具温度不宜超过“润湿温度”范围。其方案是提高喷涂压力,使液滴得到较高的动能,压制了液滴的凝聚现象,达到不致快速气化的目的。

在选用压铸模涂料方面,要力尽采用对模具型腔腐蚀性小的涂料,以减轻对模具的腐蚀。

(3)模具的检修定期对模具在服役过程中进行观察与检修是关重要的。在生产中由于支承板、套板成模块、抽芯机构和推出机构等的变形,以及紧固螺栓的松动都是导致模具早期破坏的重要原因。

(4)压铸模安装与使用操作规程

①压铸模使用前,必须了解模具基本结构。

②打开动、定模去除油封,擦净模具上的污物及锈蚀。

③检查模具活动部分,如滑块、推杆、复位杆等位置是否准确,有无歪斜现象。固定的零件,不得相对窜动;检查型面、型芯、导柱和斜拉杆等,不应有碰伤、凹痕、裂纹等缺陷,装配的位置必须正确。

④有水冷系统的模具,冷却水路应畅通,不应有渗漏现象,注意进水口与出水口不要搞错;有液压抽芯的模具,要检查液压抽拔器安装是否正确,动作是否灵活,并调整好抽芯距离。

⑤模具吊装时,吊环螺钉强度应符合GB825的规定,吊车及模具在移动中注意不要撞坏压铸机和控制柜;模具安装时,注意浇口套对准压机的容杯(压铸机压射部分的高低,可根据模具外形尺寸调节)。安装模具的压板及螺栓,必须将模具紧固,不能松动。

⑥浇注前模具预热按压铸工艺进行,不能用合金液直接烫模。合理喷涂涂料,模具的冷却尽可能使用模温机。

⑦严禁用硬钢棒、铁榔头等敲击模具,拆卸模具活动部分及小型芯时,只能用软的铜、铝、铅棒或木榔头。

⑧模具粘铝后用油石打光时,注意不要将模具型腔、型芯磨成倒斜度或凹陷。

⑨模具长期不使用时,入库前应擦洗干净,所有零件表面应涂敷防锈剂,运输时防止磕碰,保证模具完好无损。

原标题:延长压铸模寿命的途径

此文关键字:压铸模寿命

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