压铸模的工作条件较为苛刻,压铸生产时 ,压铸模型腔表面除了受金属液高压、高速的冲刷外 ,还存在着在剧烈的热交换 ,使得压铸模的使用寿命受到很大影响,加之压铸模制造周期、成本较高,因此研究提高压铸模的使用寿命显得格外重要。
压铸模的使用寿命影响因素主要有:压铸件结构设计,压住模具结构设计,模具零件材料选择与材料质量,模具零件毛坯热加工,模具零件加工,模具零件热处理,模具的使用和维护。以下主要对上述压铸模具使用寿命影响因素进行分析并提出改善措施,为压铸模设计与制造提供一些参考。
1、压铸件结构设计
压铸件的壁厚应尽量均匀,设计合理壁厚,避免产生热节,减少模具局部热量集中加剧模具材料的热疲劳。
设计合理铸造斜度,减少铸件与模具型腔的摩擦,容易取出铸件,保证铸件表面不拉伤,延长压铸模使用寿命。
压铸件的转角处应有设计适当的圆角 , 以避免压铸模的相应部位形成尖角 ,从而避免在该处产生裂纹和磨损,同时也有利于改善金属液的充填条件。
压铸件上应尽量避免窄而深的凹槽 , 以避免在压铸模相应部位出现窄而高的凸台,改善散热条件,提高压铸模使用寿命。
2、压铸模具结构设计
合理地确定分型面,不但能简化压铸模结构、保证铸件质量,而且有利于提高压铸模使用寿命。
浇注系统设计尽量减少对型芯冲击、冲蚀。
对易损部位如较小的的凸台、细长的型芯等 ,采用镶拼结构 ,以便于损坏更换。
镶块组合结构要合理 ,防止因应力集中而发生开裂。
正确选择零件的公差配合和表面粗糙度 ,使模具在工作条件下 ,活动部位不致咬合和窜入金属液。
模具设计要保证模具设计中的工艺合理性,借助于压铸模CAE分析,优化最佳压铸工艺,使模具发挥最佳应用效果,对提高模具使用寿命极为有益。
3、模具零件材料选择与材料质量
压铸模与金属液接触的零件应选择热作模具钢,根据压铸件的精度要求、生产批量、用户要求、模具成本等方面考虑选择性价比适中的钢材。模具材料要具有较高的高温强度与韧度,优良的高温耐磨性、抗氧化性与抗回火稳定性,良好的热疲劳性能,良好的淬透性好、热处理变形小。
压铸模其它零件根据功用合理选择钢材。
模具材料要求内部组织均匀无缺陷,避免材料内部缺陷,如疏松、缩孔 、夹杂成份偏析、碳化物分布不均;原材料表面缺陷,如氧化、脱碳、折叠、疤痕、裂纹等。否则不仅影响模具的裂纹、强度、热疲劳性能,而且还影响热处理变形。必要时对模具材料进行超声波或磁粉探伤,确保原材料质量。
4、模具零件毛坯热加工
模具零件毛坯大多要经过轧制或锻造成形,锻造加热会产生过热、过烧缺陷。过热可以经过后续热处理修复,一旦过烧是不可修复的,锻件将成为废品。
热作模具钢模具零件毛坯锻造时,锻造方法一般有特殊要求,如压铸模用钢普遍采用 3Cr2W8V 或 H13等材料。为充分发挥模具钢的潜力 ,耐热模具钢一般需要经过锻造工序,以破坏原始的带状组织或碳化物的聚集,提高其力学性能。钢坯应通过多向反复锻打,控制碳化物偏析,消除纤维状组织及方向性,在锻件内部不允许有微裂纹、白点、缩孔等缺陷。
如果锻造时只保证了外型尺寸,而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉长,形成流线,这种流线对以后的最后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大。
锻件应进行退火处理,以达到所需要的硬度和金相组织,为后续机械加工、热处理做准备。
型芯、镶块等重要模块应进行探伤,检查合格后方可使用。
5、模具零件加工
导滑零件表面的粗糙度要达到设计要求 ,防止因擦伤而影响压铸模的寿命。
电火花加工产生应力,模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层,这一层本身会有裂纹,有应力。电火花加工时应采用高的频率,使白亮层减到最小。同时必须进行抛光方法去除,并进行回火处理。
线切割加工时脉冲能量的大小对线切割变质层的微观形貌 、组织结构 、应力分布以及变质层的厚度都有一定的影响。小脉冲能量切割可使变质层深度和微裂纹减少。补充回火、抛光可以消除表面的裂纹, 喷丸形变处理可有效地提高模具的耐磨性和疲劳强度, 从而使冷冲模具的使用寿命得到显著的提高。
模具型腔面进行磨削加工时,由于磨削速度过大,砂轮粒度过细或冷却条件差等因素影响,均会导致磨削表面过热或引起表面软化,硬度降低,使模具在使用中因磨损严重,或热应力而产生磨削裂纹,影响模具使用寿命。
正确的热处理工艺是提高压铸模使用寿命的一个关键。通过热处理可改变材料的金相组织,保证必要的强度、硬度、高温下尺寸稳定性、抗热疲劳性能和材料切削性能,得到最佳的模具性能。模具零件热处理后性能受淬火加热温度、保温时间、冷却速度和回火温度控制。
以压铸模常用材料4Cr5MoSiV1(H13)钢为例,锻造后采用等温球化退火+淬火+回火比常规退火+淬火+回火工艺模具寿命有较大程度提高。表面处理技术如离子渗氮、软氮化、PVD涂层技术、激光表面技术等应用是综合改善模具使用寿命的关键。
7、模具的正确使用和维护
模具在生产前应预热到一定的温度,否则当高温金属液充型时产生激冷,导致模具内外层温度梯度增大,形成热应力,使模具表面龟裂,甚至开裂。
采用温控措施 ,使压铸模在生产过程中保持适当的工作温度范围内,避免因压铸模温度过高而造成运动机构失灵。 压铸模的导滑部位应按时润滑。
选用压铸工艺参数时,在满足成形工艺的前提下 ,应尽量采用较低的浇注温度、压射速度及压射比压。
压铸涂料应厚度适中、厚薄均匀。
调整机器的锁模力,使模具受力均匀。
对合金熔炼严格控制,减少金属液中气体。
模具定期维护与保养,投产后的压铸模型腔部位需定期进行消除热应力。
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