如何提高壓鑄模具鋼韌性,如何提高壓鑄模具鋼韌性的方法
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本文目錄:
- 1、如何提高模具質(zhì)量?
- 2、增加模具鋼表面耐磨性的方法有哪些?請?jiān)敿?xì)說明,先謝謝了。
- 3、H13模具鋼怎么進(jìn)行熱處理才能獲取最好的性能?
- 4、提高壓鑄模具壽命的措施
如何提高模具質(zhì)量?
:如何提高模具質(zhì)量
近年來,世界范圍內(nèi)制造業(yè)的競爭變得越來越激烈,企業(yè)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)高效率、低消耗地為顧客提供個(gè)性化高質(zhì)量產(chǎn)品的能力,已成為企業(yè)競爭能力的一個(gè)標(biāo)志。模具被稱為工業(yè)之父,模具質(zhì)量的高低,將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本、新產(chǎn)品投產(chǎn)及老產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期、企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整速度與市場競爭力,因此經(jīng)濟(jì)形勢對模具的質(zhì)量提出了越來越高的要求。那么如何才能更合理地提高模具質(zhì)量呢?也就是說,怎么樣才能讓模具在高精度、低成本、高效率條件下,更長時(shí)間地、更多模次地生產(chǎn)出質(zhì)量合格的制件呢?這已經(jīng)越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。模具質(zhì)量并不是一個(gè)簡單的話題,它包括以下幾個(gè)方面:⑴制品質(zhì)量:制品尺寸的穩(wěn)定性、符合性,制品表面的光潔度、制品材料的利用率等等;
⑵使用壽命:在確保制品質(zhì)量的前提下,模具所能完成的工作循環(huán)次數(shù)或生產(chǎn)的制件數(shù)量;⑶模具的使用維護(hù):是否屬最方便使用、脫模容易、生產(chǎn)輔助時(shí)間盡可能的短;⑷維修成本、維修周期性等等。
提高模具質(zhì)量的基本途徑:
⑴首先制件的設(shè)計(jì)要合理,盡可能選用最好的結(jié)構(gòu)方案,制件的設(shè)計(jì)者要考慮到制件的技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)必須符合模具制造的工藝性和可行性。
⑵模具的設(shè)計(jì)是提高模具質(zhì)量的最重要的一步,需要考慮到很多因素,包括模具材料的選用,模具結(jié)構(gòu)的可使用性及安全性,模具零件的可加工性及模具維修的方便性,這些在設(shè)計(jì)之初應(yīng)盡量考慮得周全些。
①模具材料的選用既要滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求,還需考慮到材料的成本及其在設(shè)定周期內(nèi)的強(qiáng)度,當(dāng)然還要根據(jù)模具的類型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素來選材。例如:沖裁模的主要失效形式是刃口磨損,就要選擇表面硬度高、耐磨性好的材料;沖壓模主要承受周期性載荷,易引起表面疲勞裂紋,導(dǎo)致表層剝落,那就要選擇表面韌性好的材料;拉深模應(yīng)選擇磨擦系數(shù)特別低的材料;壓鑄模由于受到循環(huán)熱應(yīng)力作用,故應(yīng)選擇熱疲勞性強(qiáng)的材料;對于注塑模,當(dāng)塑件為ABS、PP、PC之類材料時(shí),模具材料可選擇預(yù)硬調(diào)質(zhì)鋼,當(dāng)塑件為高光潔度、透明的材料時(shí),可選耐蝕不銹鋼,當(dāng)制品批量大時(shí),可選擇淬火回火鋼。另外還需要考慮采用與制件親和力較小的模具材料,以防粘模加劇模具零件的磨損,從而影響模具的質(zhì)量。
②模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便,還要保證模具零件有足夠的強(qiáng)度和剛度;在模具結(jié)構(gòu)允許時(shí),模具零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓角過渡,以避免應(yīng)力集中;對于凹模、型腔及部分凸模、型芯,可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來消除應(yīng)力集中,細(xì)長凸模或型芯,在結(jié)構(gòu)上需采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施;對于冷沖模,應(yīng)配置防止制件或廢料堵塞的裝置(如:彈頂銷、壓縮空氣等)。與此同時(shí),還要考慮如何減少滑動配合件及頻繁撞擊件在長期使用中磨損所帶來的對模具質(zhì)量的影響。
③在設(shè)計(jì)中必須減少在維修某一零部件時(shí)需拆裝的范圍,特別是易損件更換時(shí),盡可能減少其拆裝范圍。
⑶模具的制造過程也是確保模具質(zhì)量的重要一環(huán),模具制造過程中的加工方法和加工精度也會影響到模具的使用壽命。各零部件的精度直接影響到模具整體裝配情況,除掉設(shè)備自身精度的影響外,則需通過改善零件的加工方法,提高鉗工在模具磨配過程中的技術(shù)水平,來提高模具零件的加工精度;若模具整體裝配效果達(dá)不到要求,則會在試模中讓模具在不正常狀態(tài)下動作的幾率提高,對模具的總體質(zhì)量將會有很大影響。
因此,為保證模具具有良好的原始精度—原始的模具質(zhì)量,在制造過程中首先要合理選擇高精度的加工方法,如電火花、線切割、數(shù)控加工等等,同時(shí)應(yīng)注意模具的精度檢查,包括模具零件的加工精度、裝配精度及通過試模驗(yàn)收工作綜合檢查模具的精度,在檢查時(shí)還需盡量選用高精度的測量儀器,對于那些成形表面曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件,若用普通的直尺、游標(biāo)卡就無法達(dá)到精確的測量數(shù)據(jù),這時(shí)就需選用三坐標(biāo)測量儀之類的精密測量設(shè)備,來確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 ⑷對模具主要成形零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化,以提高模具零件表面耐磨性,從而更好地提高模具質(zhì)量。對于表面強(qiáng)化,要根據(jù)不同用途的模具,選用不同的強(qiáng)化方法。例如:沖裁模可采用電火花強(qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊等,以提高模具零件表層的耐磨性和抗壓強(qiáng)度;壓鑄模、塑料模等熱加工模具鋼零件可采用滲氮(硬氮化)處理,以提高零件的耐磨性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性;拉深模、彎曲模可采用滲硫處理,以減少摩擦系數(shù),提高材料的耐磨性;碳氮共滲(軟氮化)可應(yīng)用于各類模具的表面強(qiáng)化處理。另外,近幾年發(fā)展起來的一種稱為FCVA真空鍍金剛石膜技術(shù),能在零件表層形成一層與基體結(jié)合異常牢固又十分光滑均勻密實(shí)的保護(hù)膜,這種技術(shù)特別適合于模具表面保護(hù)性處理,也是提高模具質(zhì)量的一種效果顯著的方法。當(dāng)然,如果制件屬試制產(chǎn)品或生產(chǎn)批量相當(dāng)小的話,就不一定非要進(jìn)行模具零件的表面強(qiáng)化處理。
⑸模具的正確使用與維護(hù),也是提高模具質(zhì)量的一大因素。例如:模具的安裝調(diào)試方式應(yīng)恰當(dāng),在有熱流道的情況下,電源接線要正確,冷卻水路要滿足設(shè)計(jì)要求,模具在生產(chǎn)中注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、壓力機(jī)的參數(shù)需與設(shè)計(jì)要求相符合等等。在正確使用模具時(shí),還需對模具進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng),模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套及其他有相對運(yùn)動的部位應(yīng)經(jīng)常加注潤滑油,對于鍛模、塑料模、壓鑄模之類模具在每模成形前都應(yīng)將潤滑劑或起模劑噴涂于成形零件表面。對模具進(jìn)行有計(jì)劃的防護(hù)性維護(hù),并通過維護(hù)過程中的數(shù)據(jù)處理,則可預(yù)防模具在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題,還可提高維修工作效率。中國塑料模具網(wǎng)
總之,要想提高模具的質(zhì)量,首先必須每個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到對模具質(zhì)量的影響,其次還須通過各部門的通力合作。模具的質(zhì)量是模具企業(yè)自身實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。
質(zhì)量是一個(gè)古老而又常新的話題!模具的質(zhì)量,無論是模具的設(shè)計(jì)者和制造者、制件的設(shè)計(jì)者,還是模具的使用者都應(yīng)積極關(guān)心的問題,隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新、新材料的廣泛采用、加工工藝的不斷變革,使用與維護(hù)條件的差異等等都不同程度的影響模具的質(zhì)量?!澳>哔|(zhì)量”的涉及面很廣泛,相當(dāng)復(fù)雜,提高模具質(zhì)量的方法有多種,途徑也很多,本文僅從自己的觀點(diǎn)略作闡述,應(yīng)該能使模具行業(yè)的讀者們對“如何提高模具質(zhì)量”有更廣泛、更深刻的認(rèn)識。
增加模具鋼表面耐磨性的方法有哪些?請?jiān)敿?xì)說明,先謝謝了。
1、滲碳:是機(jī)械制造中最古老、最常用的一種化學(xué)熱處理工藝。它是滲碳介質(zhì)在工件表面產(chǎn)生的活性碳原子,經(jīng)過表面吸收和擴(kuò)散將碳滲入低碳合金鋼工件的表層,是其達(dá)到共析或略高于共析成分的含碳量,以便將工件經(jīng)淬火和低溫回火后,使表面的硬度、強(qiáng)度,特別是疲勞強(qiáng)度和耐磨性較心部有顯著的提高,而心部仍然有良好的韌性。根據(jù)滲碳劑的狀態(tài)不同,滲碳方法可分三類,即固體滲碳,氣體滲碳和液體滲碳,但液體滲碳常含有鹽,有劇毒。對于形狀復(fù)雜的工件,滲碳和淬火后清洗困難,基本不被采用。
固體滲碳:是把低碳工件埋在固體滲碳劑中,裝箱密封,加熱到930℃左右,保溫一定時(shí)間,使工件表層增碳的方法,這種方法除有滲劑來源廣泛、操作簡便、無需專用設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)外,由于滲碳后的空冷是在原滲劑保護(hù)下進(jìn)行的,這樣避免了高溫出箱后與空氣接觸而造成滲層表面氧化脫碳,這些是氣體滲碳等方法不具備的特點(diǎn)。對于單件、小批量生產(chǎn)的模具零件,固體滲碳法是一種簡便易行的方法但與氣體滲碳相比,有工件透燒時(shí)間長、滲碳速度慢、勞動強(qiáng)度大、不易控制滲碳質(zhì)量等缺點(diǎn),因此在有條件的工廠,固體滲碳已逐漸被氣體滲碳所取代。
氣體滲碳:氣體滲碳所用的滲碳劑有兩大類:一類是碳?xì)浠衔镉袡C(jī)液體,如煤油、苯、醇等,它們在滲爐內(nèi)的高溫下發(fā)生分解,析出活性碳原子;另一類是氣態(tài)介質(zhì),如天然氣、城市煤氣等。后者成分穩(wěn)定,便于控制。當(dāng)用煤油、苯、醇等做氣體碳劑時(shí),是把這種液體直接滴入滲碳爐中,并用滴入速度來控制氣氛碳勢。為了加速滲碳劑的流通和攪動,避免死角,是滲碳均勻,在滲碳爐上裝在耐熱鋼制的風(fēng)扇,在滲碳過程中對氣氛進(jìn)行攪動。
2、滲氮:滲氮也叫氮化,是把氮滲入模具表面層以增加基表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬卡性、抗蝕性以及高溫軟化性等。由于滲層一般較薄,很硬,滲氮后除進(jìn)行微量的磨削加工外,不允許作其他熱處理和切削加工。為了得到好的機(jī)械性能,模具在滲氮前一般進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。同時(shí),為了不影響模具的性能,滲氮溫度不得高于調(diào)質(zhì)處理中回火的溫度,一般采用500-700℃。在這個(gè)溫度范圍內(nèi),氮原子在鋼中的擴(kuò)散速度較緩慢,所以滲氮要很長時(shí)間,滲層也較薄,一般為0.4-0.8mm。因?yàn)闈B氮時(shí)工件既不發(fā)生相變,也沒有激冷、即熱過程,所以變形極小。由于氮原子滲入,工件略有漲大現(xiàn)象。
氣體滲氮:一般都采用專用的滲氮爐,根據(jù)滲氮工件的大小和形狀及操作的需要,有井式、罩式、箱式等基本類型,它們的共同特點(diǎn)是都有一個(gè)密封式的馬弗箱或罐。
滲氮?dú)怏w一般采用脫水氨氣。氮化過程和滲碳一樣,也可以分為分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)階段。
離子滲氮:開發(fā)最早且應(yīng)用最廣的離子化學(xué)熱處理技術(shù)是離子滲氮。在離子氮化爐內(nèi)形成一定的真空度,在陰極(工件)和陽極(爐壁)之間加入直流高壓形成等離子體,N+、H+、NH3+等離子在陰極位降區(qū)加速轟擊工件表面產(chǎn)生系列反應(yīng),離子轟擊工件產(chǎn)生熱量并且在工件表面C、N、O、Fe等原子被轟擊出來,而Fe與陰極附近的活性氮離子(N+及電子)結(jié)合形成FeN。這些化合物因背散射效應(yīng)又沉積在陰極表面,在離子轟擊和熱激活性作用下,依次分解出Fe、Fe2N、Fe3N、Fe4N,并同時(shí)產(chǎn)生活性氮原子[N],該活性氮原子大部分滲入工件內(nèi)部,一部分返回等離子區(qū)。離子滲氮速度快,可以通過改變處理參數(shù)而達(dá)到最好的滲氮層組織及所需的性能,表面質(zhì)量好,易于局部防滲氮處理,無公害,因此離子滲氮被廣泛應(yīng)用于模具滲氮工藝。
3、碳氮共滲:就是在模具工件表層同時(shí)滲碳、氮的熱處理過程,亦稱氰化。碳氮共滲根據(jù)所使用介質(zhì)的物理狀態(tài)不同,可分為固體、液體和氣體碳氮共滲三種,同時(shí)根據(jù)共滲溫度的不同,又可分為低溫(500-600℃)、中溫(700-800℃)和高溫(900-950℃)碳氮共滲三種。其中低溫碳氮共滲即目前廣泛應(yīng)用的軟氮化處理,工件表層主要以滲氮為主,用以提高碳素鋼、合金鋼制造工模具的表面耐磨性和抗咬合性;中溫碳氮共滲,其目的與滲碳相似,主要是提高結(jié)構(gòu)鋼零件的表面硬度,它與滲碳相比,將使工件具有更好的耐磨性和抗疲勞性能。高溫碳氮共滲,以滲碳為主。我國則以中溫氣體碳氮共滲軟氮化應(yīng)用較廣。
中溫氣體碳氮共滲:
氣體軟氮化:軟氮化實(shí)質(zhì)是在較低溫度下進(jìn)行的以滲氮為主的碳氮共滲。它具有處理溫度低、共滲時(shí)間短、工件變形小、適用鋼鐵材料很為廣泛等特點(diǎn),經(jīng)軟氮化處理后,可顯著提高工件表面的疲勞強(qiáng)度及耐磨損、抗咬合、抗摩擦和腐蝕等性能。而且軟氮化所用設(shè)備部復(fù)雜,操作簡單。因此該工藝在許多冷作和熱作模具零件下采用,均收到良好的使用效果。
4、滲硼:滲硼處理是模具制造業(yè)中一項(xiàng)有效的化學(xué)處理。滲硼層有很高的硬度(1300-2000HV)和耐磨性。無論是碳素鋼或合金鋼,經(jīng)滲硼后,均有較好的耐蝕性能,也顯著提高在800℃一下溫度的耐熱的性能。因此,近些年來,滲硼工藝發(fā)展很快,在工模具制造中應(yīng)用日漸增多。滲硼處理對模具表面的粗糙度影響很少,因此在滲硼處理工件必須經(jīng)過完善的精加工,滲硼后工件尺寸稍有增加,一般為滲層的10%-20%;對于形狀復(fù)雜的工件,滲硼前必須采用退火等熱處理工序,以便消除在工件內(nèi)部的加工應(yīng)力,否則滲硼處理后將引起工件的變形。
5、其他化學(xué)熱處理:
滲鉻:滲鉻工藝是在高溫下,將活性鉻原子通過工件表面吸收,以中和碳相互擴(kuò)散,在模具表面生成一層牢固的鐵-鉻-碳合金層,這合金層組織既具高溫抗氧化、耐腐蝕性能,又有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能等。所以它兼有滲碳、滲氮和滲鋁的優(yōu)點(diǎn)。
滲硫和硫氮共滲
6、氣相沉淀技術(shù):
碳化鈦涂層:
7、激光強(qiáng)化技術(shù):
激光相變硬化(激光淬火):
激光非晶化:
激光表面合金化:
8、熱噴涂
沈陽中金模具鋼
H13模具鋼怎么進(jìn)行熱處理才能獲取最好的性能?
H13模具鋼是世界上普遍使用的強(qiáng)韌兼具的熱作模具鋼。H13模具鋼有較高的韌性、淬透性和耐冷熱疲勞性能,不易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。這些特點(diǎn)也是由H13熱處理工藝決定的。
1、退火工藝 H13模具鋼屬于共析鋼,采用常規(guī)完全退火或等溫球化退火。H13模具鋼的完全退火工藝為:850~900℃3~4h,保溫結(jié)束后隨爐冷到500℃以下出爐空冷;等溫球化退火藝:845~900℃2~4h/爐冷+700~740℃3~4h爐冷,≤40℃/h,≤500℃出爐空冷。H13模具鋼經(jīng)退火處理后,適宜的組織由球狀珠光體和少量粒狀碳化物組成,要求熱處理硬度達(dá)到HB192~229,可以獲得較好的加工性能。對于質(zhì)量要求較高的H13鋼模具,還應(yīng)進(jìn)行防止白點(diǎn)退火。
2、淬火工藝 H13模具鋼的淬火回火工藝可以采用鹽浴爐、真空爐和流動粒子爐加熱,模具表面光潔,熱處理變形小,零件壽命長。特別是外熱式剛玉流動粒子爐保護(hù)加熱,吸收了鹽浴爐和真空爐加熱的共同優(yōu)點(diǎn),很適合熱作模具鋼的熱處理加熱。 H13模具鋼采用鹽浴爐作為加熱設(shè)備時(shí)的通用淬火工藝是:400~500℃預(yù)熱,650~840℃預(yù)熱,1020~1050℃奧氏體化,保溫結(jié)束后可視使用性能要求采用空淬、油淬、氣淬或分級淬火,分級溫度可取500~540℃。
3、回火工藝 H13模具鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行2~3次回火,以期獲得所要求的力學(xué)性能。淬火后的模具溫度在低于70℃時(shí)就應(yīng)盡快回火,這對尺寸較大、形狀復(fù)雜的熱作模具尤為重要。同時(shí),為避免熱作模具回火時(shí)重新產(chǎn)生殘余應(yīng)力,回火加熱和冷卻應(yīng)緩慢進(jìn)行。
H13模具鋼的回火工藝應(yīng)根據(jù)熱作模具的工作條件和具體的失效形態(tài)來確定回火溫度和硬度。一般優(yōu)質(zhì)H13模具鋼大都采用540~650℃3h高溫回火,以提高模具的韌性和減少殘余奧氏體(Ar)在模具鋼中發(fā)生轉(zhuǎn)變而引起脆性。
提高壓鑄模具壽命的措施
提高壓鑄模具壽命的措施
致使壓鑄模失效的主要原因是:①熱脹冷縮的交變應(yīng)力,長期頻繁的反復(fù)循環(huán),在模具表面出現(xiàn)熱疲勞龜裂紋;②由于熱應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力引起的模具整體開裂、破損;③在壓射力和熱應(yīng)力的作用下,模具會在強(qiáng)度最薄弱處萌生裂紋,使型腔碎裂;④化學(xué)腐蝕、機(jī)械磨損、沖刷侵蝕、熔損侵蝕造成的模具侵蝕;⑤受到鎖模、插芯壓力和充填壓力作用使模具產(chǎn)生的塑性變形。這些模具失效缺陷出現(xiàn)的原因是復(fù)雜多樣的,下邊從實(shí)際應(yīng)用方面探討一些提高壓鑄模具壽命的措施。
1 壓鑄模具材料的選用
為提高熱沖擊韌度,目前常用的H13鋼的化學(xué)成分純凈度要求為:優(yōu)級鋼S 含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)要小于0.005%;超級H13 鋼要求S 含量小于0.003%;P含量小于0.015%。鋼的晶界無共晶碳化物夾雜,大塊狀的共晶碳化物和雜質(zhì)強(qiáng)度極小,不能抵抗熱疲勞,降低了鋼材的塑性,是龜裂發(fā)生的起源點(diǎn)。要使用電渣重熔爐的精煉鋼,它不僅純凈度高,還具有組織致密、優(yōu)良的熱疲勞抗力、抗熱裂性好、優(yōu)良的韌性及塑性,優(yōu)良的拋光性、較好的異向同性等性能。鋼材的均一性要求材料的組織要均勻,鋼坯具備任意方向力學(xué)性能同性,不要有縱、橫、深方向的性能差異。
正確選用模具材料,采用高強(qiáng)度合金材料可以提高模具使用壽命。優(yōu)選用瑞典8407、德國2344、美國H13 (4Gr5MoVlSi)、日本SKD61 材料。日本日立的DAC55、ZHD435 在高硬度時(shí)有很好的韌性及抗高溫強(qiáng)度,模具壽命也很高。
2 壓鑄模具的熱處理
采用不同的熱處理工藝會使壓鑄模品質(zhì)性能不一樣。H13 模具鋼的熱處理工藝和熱處理后的金相組織應(yīng)參照北美壓鑄學(xué)會(NADCA 207—2003)的規(guī)定。建議由模具鋼材生產(chǎn)商負(fù)責(zé)模具的熱處理,避免因?yàn)椴牧虾蜔崽幚淼膹S家不同而引起品質(zhì)不同。
H13 鋼采用高壓液氮?dú)饫涓哒婵諣t淬火為好,可以有效防止模具表面的脫碳、氧化、變形和開裂。把淬火溫度升高到1020~1050℃,根據(jù)模塊材料的尺寸大小,和各個(gè)零部件要求的強(qiáng)度和韌性,適當(dāng)控制溫度和保溫時(shí)間,使合金碳化物充分溶人奧氏體,這樣可以減少模具因熱處理碳化物溶解不充分,殘留在晶界之間而造成的模具龜裂。但要注意鋼的臨界點(diǎn)Acl和Ac3及保溫時(shí)間,防止奧氏體粗化。淬火后用不同溫度分3 次回火,特別注意回火的效果,如果還要進(jìn)行氮化處理,可以減少一次回火處理。
模具加工時(shí)產(chǎn)生的切削應(yīng)力、電火花放電變質(zhì)層的應(yīng)力、和壓鑄時(shí)產(chǎn)生的熱疲勞應(yīng)力,可以通過退火來減輕或消除。模具應(yīng)定期退火處理消除應(yīng)力:第一次去應(yīng)力退火應(yīng)安排在淬火之前(退火溫度700~750℃),第二次去應(yīng)力退火應(yīng)安排在試模合格后的量產(chǎn)之前,再在壓鑄1 萬模、3 萬模時(shí)各退火處理一次,氮化一次可以代替一次退火處理。對H13 鋼退火消除應(yīng)力的溫度比淬火時(shí)最后一次回火的溫度低20~40℃,保溫時(shí)間為1.0~1.5 h。
合理選擇模具的硬度(HRC),美國AISI H13 ESR類材料用于壓鑄模具,如果硬度偏低,易出現(xiàn)粘模和早期龜裂,如果硬度太高又可能開裂,所以一般建議:鋅合金壓鑄模硬度(HRC)為47~52;中、小型的鋁、鎂合金壓鑄模為46~48;尺寸大的鋁、鎂合金鑄件和比較厚或形狀復(fù)雜件的模具,應(yīng)適當(dāng)降低硬度(HRC)為44~46。日立的DAC55、ZHD435 及一勝百的DIEVAR鋼在高硬度時(shí)有很好的韌性及高溫強(qiáng)度,應(yīng)用時(shí)硬度(HRC)可以比H13 提高2~4。
對壓鑄模的型腔表面容易出現(xiàn)粘模的部位和所有的型芯,應(yīng)選用氮化、碳氮共滲等表面強(qiáng)化處理,以減少粘?;蚯治g。目前使用日本的KANUC 處理的比較多。如需氮化,型面的氮化層總深度應(yīng)低于0.2~0.3mm,應(yīng)根據(jù)鑄件壁厚由厚到薄控制在0.04~0.08mm,且應(yīng)無化合物白亮層,防止過厚的白亮層碎裂后引起模具龜裂。對容易粘模部位的零件,可以每壓鑄1~2 萬模進(jìn)行一次氮化等表面處理。當(dāng)模具壓鑄8~10 萬模次之后,由于硬度降低容易出現(xiàn)粘模時(shí),也可以進(jìn)行氮化處理。每次退火和氮化之前、后都要對模具表面進(jìn)行拋光處理。為防止模具型腔在量產(chǎn)之前出現(xiàn)氧化銹蝕,在試模合格后,應(yīng)對模具進(jìn)行530~560℃保溫1.5~2.0 h 的`預(yù)氧化熱處理。
3 壓鑄模具的設(shè)計(jì)
壓鑄件壁厚應(yīng)盡量均勻(一般小件厚度為2.51mm,中件厚度為3.01 mm,大件厚度為4.01mm),棱角過渡要有圓角或斜坡以減小應(yīng)力集中,可使用筋條結(jié)構(gòu)消除鑄件形成的熱節(jié)。過厚的壓鑄件內(nèi)部組織晶粒粗大,會形成氣孔、縮松、氧化、內(nèi)部裂紋,并伴隨有應(yīng)力源產(chǎn)生,以致其強(qiáng)度和耐用性能會低于加強(qiáng)筋輔助結(jié)構(gòu)形成的產(chǎn)品。
模具的易龜裂部位和易損傷部位盡量采取鑲件結(jié)構(gòu),損壞后便于維修和更換。但成型零件上的鑲拼孔,包括型芯孔至模具的邊緣或附近的另一孔的距離不要太小,并且鑲拼孔的內(nèi)角要有較大的圓倒角,以免成為模具早期龜裂的薄弱部位。
提高模具設(shè)計(jì)剛性,要分析模具型腔各個(gè)部位的受力情況。型腔受到的力有合金液充填時(shí)的壓力、脹型力、沖擊力,還有脫模時(shí)的拉力、摩擦力,溫度高低變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力,開合模、抽插芯時(shí)受到的壓力、拉力、預(yù)緊力等。設(shè)計(jì)時(shí)要使模具中各組件、各部位都具有足夠的厚度、寬度,使模具有足夠的剛性以承受各種應(yīng)力。還要使這些受力達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶?這一點(diǎn)很重要),以防止模具變形、開裂。制造時(shí)注意模具的細(xì)薄截面、模塊的凹角根部是模具出現(xiàn)斷裂的敏感部位,要保證其配合精度,如果模塊配合的預(yù)緊力過大,它會把合模力集中到一點(diǎn)上,這是模具出現(xiàn)大面積斷裂的主要因素。
為了較好的預(yù)防模具出現(xiàn)整體變形。正確設(shè)計(jì)模具型腔的受力中心位置,使其盡量靠近壓鑄機(jī)的受力中心。動模背后的兩個(gè)墊塊要盡量支撐在模具的型腔鑲塊上,不要只支撐在型腔鑲塊外的套板上;動模背后中間的支撐柱或支撐塊的支撐面積要足夠大,否則會使支撐塊的端面(甚至使壓鑄機(jī)的模具安裝板面),容易被壓變形而失去支撐的效果。
模具上有凹角的部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。產(chǎn)品轉(zhuǎn)角處盡量要有較大的過渡圓角,避免出現(xiàn)窄而深的凹角、凹槽。鋁、鎂合金壓鑄模具的型腔轉(zhuǎn)角半徑應(yīng)大于1.0 mm,表面粗糙度要小,避免圓角處早期開裂。在內(nèi)澆口附近,盡量加大圓角半徑,能夠較好的延緩模具早期龜裂紋的出現(xiàn)。合理選用鑲塊、活動滑塊組合結(jié)構(gòu),避免模塊上出現(xiàn)較銳的尖角;并使鑲拼接觸密封面的結(jié)合面積要比較大,要使滑塊出現(xiàn)退讓時(shí),也不會出現(xiàn)鋁水從密封面竄入到滑塊的導(dǎo)滑槽里;為防止運(yùn)動卡滯,滑塊的側(cè)面使用斜面配合。
正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng),設(shè)計(jì)內(nèi)澆口的位置和充填流向時(shí),盡量防止高速充填的鋁水正面噴射沖擊到型壁或型芯。設(shè)計(jì)內(nèi)澆口截面大小時(shí),如果選用的壓射充填速度太高,有大量的動能減速后轉(zhuǎn)變成熱能傳遞到模具上,使模具溫度升高,促使模具出現(xiàn)粘模、龜裂、沖蝕缺陷。壓鑄鋁水的最大充填速度不應(yīng)超過56m/s,充填速度以≤46 m/s 為好。設(shè)計(jì)內(nèi)澆口的厚度時(shí),在保證產(chǎn)品表面品質(zhì)的情況下,還是選用厚而大一點(diǎn)的內(nèi)澆口為好,這樣可以增加流量,又不增加對模具的沖擊力。
要正確選擇各組件的配合公差和表面粗糙度,因模具受熱不均勻和膨脹不均勻,會使配合公差產(chǎn)生變化,會使部件運(yùn)動失靈而導(dǎo)致模具表面損傷,也會使動、定模套板之間的合模間隙增加,引起飛邊和飛料。為防止飛料,在分型面上,動、定模型腔鑲塊平面應(yīng)比動定模套板平面略高,一般在0~0.080 mm 范圍內(nèi),特別要求緊密合模后,動、定模套板的間隙要在0.030~0.100mm 范圍內(nèi)。在套板上的排氣道最淺處的深度為0.12~0.15 mm,它一定要包括合模后動、定模套板的間隙。只有這樣才能防止飛邊、飛料和粘模。盡量讓套板各部位的分型面與模塊的分型面一致,從模塊到套板一樣平齊,減少分型面的臺階,便于排氣和防止飛邊粘模。
盡量不要在內(nèi)澆口附近的型腔平面上設(shè)置產(chǎn)品的字樣、標(biāo)記和頂桿。這些都會引起模具過早的龜裂,也會使字樣標(biāo)記過早的變得不清晰。
盡量利用-Q2圖,使模具能夠很好的與壓鑄機(jī)進(jìn)行匹配,提高產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)效率,延長模具的使用壽命。
4 壓鑄模具的冷卻和加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為了能夠調(diào)控模具溫度,防止模具變形和龜裂,一定要給模具設(shè)計(jì)冷卻、加熱溫控系統(tǒng)。通常在模具模塊的內(nèi)部開設(shè)(6~12)mm孔徑的管道,在型芯和模塊中開設(shè)(3~12)mm 冷卻孔,通水進(jìn)行冷卻,通熱油進(jìn)行加熱。在沒有模溫機(jī)的壓鑄廠,也可以使用電加熱管(要控制發(fā)熱溫度≤400℃) 和測溫儀置模具,進(jìn)行自動加熱來預(yù)熱模具。
在型腔模塊的背面,加工出(6~8)mm 的孔,此孔要距離型腔表面(255)mm,要距離冷卻水或加熱油通道在50 mm 以上,插入熱電偶連接在壓鑄機(jī)的測溫儀器上。
在模具的橫澆道、分支澆道、內(nèi)澆口附近,在鑄件厚壁處的型腔、型芯等模具吸收熱量比較多的部位要通水冷卻。對薄壁處的型腔,對遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的滑塊抽芯,和模具型腔的一些吸收熱量少、散熱快的部位,要設(shè)計(jì)用熱油或用電加熱管加熱模具。一般通入的熱油溫度為200~350℃。注意模具的冷卻水通道距離模具表面或模具轉(zhuǎn)角要有足夠的距離,以避免這些部位的型面出現(xiàn)早期龜裂或開裂。
模具每個(gè)進(jìn)水管接頭要有開關(guān),能控制冷卻水的流量,以便調(diào)節(jié)模具各部位的溫度。冷卻水管道里出現(xiàn)的銹蝕和集垢,會影響模具的冷卻效果,要及時(shí)清除。模具外接的管道和接頭建議使用銅材和不銹鋼材質(zhì),以防生銹后堵塞管道。
5 壓鑄模具的制造加工對模具壽命的影響
模具制造的尺寸精度和配合精度要高,密封接觸的配合面,必須密封配合,密封接觸的面積要大,防止鋁液鉆入。盡量避免人為因素造成的燒焊修補(bǔ)處理,因模具燒焊修補(bǔ)過的部位,很容易出現(xiàn)龜裂。
電脈沖放電加工后的型腔表面會產(chǎn)生出一個(gè)變質(zhì)層,這一層的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能( 強(qiáng)度、硬度、韌性) 等都發(fā)生了改變,變質(zhì)層又硬又脆,并有應(yīng)力和大量的微裂紋,會引起模具早期龜裂;電脈沖或線切割放電精細(xì)加工時(shí),應(yīng)盡量采用低的電流及高的頻率,以減小模具表面的過燒深度。使用好的電火花專用油液,可以起到?jīng)_洗、冷卻、潤滑、絕緣、防電離和減輕變質(zhì)層的作用。放電時(shí)浸油比沖油能更好地減輕變質(zhì)層。無論變質(zhì)層深淺,它在模具表面均有極大的應(yīng)力,若不消除其白亮層和殘余應(yīng)力,在使用過程中,模具表面就會較早的產(chǎn)生龜裂、沖蝕和開裂。
模具型腔精加工時(shí),走刀量要小,不要留下刀痕,必要時(shí)需留下打磨拋光的余量。模具型腔的所有表面,即使沒有留下加工刀痕的表面,都要進(jìn)行一次打磨拋光,用以消除刀具加工或放電加工產(chǎn)生的硬化層和白亮層。但要注意,打磨時(shí)不要讓模具局部過熱,以防燒傷模具表面和降低模具的硬度。消除硬化層、白亮層和去除應(yīng)力的方法有:①用油石打磨、研磨拋光、化學(xué)溶蝕去除;②噴 玻 璃丸的方法既可以去除表面熔化凝固層,消除殘余拉應(yīng)力,還可以形成壓應(yīng)力,是目前延緩龜裂的好方法;③在不降低硬度的情況下,低溫回火也可大幅度降低模具的表面應(yīng)力。模具型腔表面拋光時(shí),粗糙度要以產(chǎn)品而定:①薄壁、表面要求光亮的產(chǎn)品表面位置,型腔表面要適當(dāng)拋光,表面粗糙度Ra 為0.2~0.4m;②厚壁、表面要求一般的產(chǎn)品表面處,型腔表面可拋光,表面粗糙度Ra 為0.4~0.8m;③一般不要求拋光為鏡面,要使脫模劑能在模具表面均勻附著,但刀痕一定要拋光,以免模具過早的出現(xiàn)龜裂;④要注意交叉打磨,模具表面打磨過的痕跡,不要有明顯的打磨方向。
6 壓鑄工藝和生產(chǎn)操作對壓鑄模具壽命的影響
增加壓鑄鋁合金中的鐵含量,可以有效地減輕粘模程度,一般要求鋁合金的鐵含量≤1.5%,實(shí)際生產(chǎn)中鋁水的鐵含量控制在0.65%~0.90%范圍內(nèi)為好。在壓鑄過程中鋁液溫度波動應(yīng)在10℃之內(nèi),ADCl2鋁合金春、秋季澆注溫度建議小于660℃,冬、夏季溫度可以上下變化10℃,這樣可以消除季節(jié)性的缺陷。模具內(nèi)澆口附近容易龜裂、侵蝕,遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的部位不容易龜裂、侵蝕,這主要是因?yàn)樵趦?nèi)澆口附近,高溫的鋁水傳遞給模具的熱量比較多,致使模具溫度比較高。所以在不影響產(chǎn)品品質(zhì)的前提下,應(yīng)盡量降低鋁水的澆注溫度。
在滿足成形情形下,盡量使用比較低的低速壓射速度和高速壓射速度。充填速度過高會造成粘模、沖蝕、龜裂;當(dāng)?shù)退賶荷渌俣容^高使金屬液包裹較多的氣體時(shí),氣體在高速壓射進(jìn)入型腔中的低壓區(qū)會膨脹,氣體膨脹產(chǎn)生爆破,氣體帶動鋁液以很高的速度沖擊、侵蝕型腔表面,造成型腔表面氣蝕缺損(這種氣蝕在溢流槽澆口處也會出現(xiàn)),被氣蝕的表面也會有裂紋產(chǎn)生。
在滿足成形良好的條件下,盡可能選用較小的壓力??梢杂^察殼形和圓形產(chǎn)品,在模具壓鑄幾萬模之后,在產(chǎn)品同一部位的外表面比內(nèi)表面龜裂紋大出很多,這說明在相同的條件之下,模具受到鋁液包裹擠壓與膨脹拉伸的力量方向不同,致使模具出現(xiàn)龜裂的缺陷大小相差很大;特別是在模具型腔的凹角處,拉伸和熱應(yīng)力都會集中在這里,凹角處會過早的出現(xiàn)龜裂和開裂裂紋;而在模具的凸角和型芯表面受到擠壓和熱沖擊力,雖然會出現(xiàn)粘模,但出現(xiàn)應(yīng)力集中情況很小,模具不容易出現(xiàn)龜裂??梢婁X液壓力的大小和受力方向?qū)δ>啐斄训挠绊懯呛艽蟮?,有時(shí)為了配套不容易出現(xiàn)龜裂模塊的壽命,可以采用比較好的模具材料或熱處理的方法,來提高容易龜裂模塊的壽命。
壓鑄時(shí)模具表面溫度由100℃上升到610℃,比200℃上升到610℃容易引起龜裂,表面溫度由200℃上升到680℃,比200℃上升到610℃更容易引起龜裂;模具在500℃以上保持6 s比保持3 s也是更容易引起龜裂,所以一定要使模具承受的溫度低、溫差變化量比較小、處于高溫的時(shí)間短。一般產(chǎn)品壓鑄開模后的2~3 s時(shí)測量模具表面的溫度(或用熱電偶測量模具內(nèi)部溫度) 應(yīng)不高于澆注的合金液溫度的40%~45%,即鋁合金模具溫度應(yīng)小于320℃,以200~280℃為好。合模時(shí)模具表面的溫度應(yīng)不低于合金澆注溫度的20%,一般以130~210℃為好。
壓鑄鋁合金模具預(yù)熱至180~300℃再澆注壓射,比用鋁液直接澆注壓射來預(yù)熱模具,能延緩模具表面龜裂紋的出現(xiàn)。因?yàn)橛娩X液直接澆注壓射來預(yù)熱模具,模具表面承受到的溫度差比較大。模具預(yù)熱后壓鑄的前10~20 模鑄件,要使用低速壓射,以減小鋁液與模具接觸的緊密程度,降低熱量傳遞給模具的速度,達(dá)到緩慢加熱的目的。
壓鑄操作時(shí)均勻噴涂脫模劑,可以減輕鋁液對模具的粘模和磨損。為了防止脫模劑對模具激冷,冬天對水基脫模劑要預(yù)熱到20~30℃為好。噴脫模劑要形成霧狀,噴嘴應(yīng)距型面(2010)cm,斜向模面角度155的效果最好。不可噴涂過多脫模劑,噴涂時(shí)間控制在0.5~2.5 s 之間;禁止噴灑、澆灌式的噴涂,以防對模具表面急速的激冷??梢圆捎脛?、定模多次交換噴涂的方法,以減小激冷的速度。另外,鑄件頂出后,要在頂桿頭部噴涂上涂料得到潤滑之后再退回,以防頂桿運(yùn)動卡滯。
對許多模具,常用噴 玻 璃丸、陶瓷丸或用微電脈沖打磨加粗模具某些部位的粗糙度,甚至在模具表面修出間隔在0.5~1.5 mm細(xì)小的網(wǎng)狀筋條。這樣不僅能防止龜裂延長模具壽命,還能減小鋁液的流動速度,消除產(chǎn)品表面的冷隔和花紋;能提高模具表面的吸熱速度,使產(chǎn)品表面急速凝固,又因模具表面快速吸熱增加了模具表面的溫度,加快涂料和水的揮發(fā),消除水的殘留,能防止鑄件出現(xiàn)氣泡和發(fā)黑。
7 壓鑄模的使用和維護(hù)保養(yǎng)
模具在安裝時(shí),動、定模每半模至少要安裝6 個(gè)壓板螺栓,如果每半模只安裝4 個(gè)壓板螺栓,只要有一個(gè)螺栓松動,其他3 個(gè)螺栓受力嚴(yán)重失衡,螺栓就會很快被拉變形或拉斷,甚至?xí)霈F(xiàn)模具被拉而掉下來的事故。
壓鑄過程中,要及時(shí)打磨拋光模具型腔的粘模痕跡,但要注意不要用硬的工具鑿傷或敲傷模具。當(dāng)模具型腔表面粗糙度變大后,要進(jìn)行很好的拋光處理。當(dāng)產(chǎn)品全部或部分粘模在模具型腔里時(shí),要由有經(jīng)驗(yàn)的模具修理人員來處理,以防壓鑄工處理時(shí)損壞模具。
每班給模具滑塊、導(dǎo)柱、頂桿涂一次潤滑油,每班檢查疏通模具的冷卻水通道,使其暢通和密封。每班觀察模具的分型面和滑塊的密封配合情況,對模具的飛邊和披縫一定要早發(fā)現(xiàn)、早修理,以防其致使模具出現(xiàn)嚴(yán)重的壓傷、凹陷、變形及飛料的缺陷。
當(dāng)模具停產(chǎn)不使用時(shí),最好在壓鑄最后一模之后,不要給模具再噴刷涂料,如果已經(jīng)噴涂了涂料,也要用壓縮空氣吹干凈模具表面和深腔里的殘留水分,以防模具生銹。每批生產(chǎn)完成后,或在每生產(chǎn)一萬模時(shí),要對模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。每次保養(yǎng)時(shí),需涂紅丹粉檢查模具的變形和密封配合情況,消除間隙防止飛料,消除模塊或滑塊受力不均衡,防止模塊壓壞、爆裂。保養(yǎng)后要給模具型腔、抽芯滑塊、頂桿、導(dǎo)柱,分型面等涂防銹油。
模具已經(jīng)出現(xiàn)小范圍的沖蝕、掉塊、缺損、裂紋缺陷后,在不能做成鑲件更換時(shí),只有給模具用氬弧焊修補(bǔ)。為有效地防止壓鑄模具焊補(bǔ)后容易出現(xiàn)龜裂,焊補(bǔ)時(shí)首先要選用模具鋼材制造廠家指定使用的氬弧焊焊條,并注意區(qū)分在模具淬火處理前后使用的焊條規(guī)格有可能不一樣。對模具進(jìn)行氬弧焊之前,先要把模具龜裂等缺陷修磨掉呈現(xiàn)出金屬基體,使用電熱爐預(yù)熱模塊達(dá)到300~450℃(若使用乙 炔 氧焊的火焰慢慢烘烤預(yù)熱模具,由于預(yù)熱的范圍小,不一定達(dá)到要求的溫度范圍,溫度也不均勻,對防止焊補(bǔ)后出現(xiàn)龜裂沒有明顯的效果。)并把表面清理干凈之后再進(jìn)行氬弧焊,防止焊補(bǔ)時(shí)出現(xiàn)氣孔;當(dāng)模具溫度高于475℃時(shí)要停止焊補(bǔ),讓模具降溫后再焊;焊接時(shí)注意,一定要隔行焊補(bǔ),不要一行挨一行焊補(bǔ),這樣可以較好的降低焊接時(shí)產(chǎn)生的升溫和應(yīng)力。淬火之后的焊補(bǔ),再在低于淬火回火溫度以下20~50℃,保溫2~3h 去應(yīng)力退火(淬火之前的焊補(bǔ),退火溫度是750℃)這樣可以很好的消除焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。
對于模具表面粘附的涂料燒結(jié)集碳,除用油石和砂紙拋光外,用氣動噴投 玻 璃丸或噴陶瓷丸的方法,不僅能均勻有效的清除掉集碳,還不影響模具的尺寸精度。
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