铝压铸模寿命影响因素及应用

铝压铸模是目前应用较为广泛的模具,由于生产周期长、投资大、制造精度高,故造价较高,因此希望铝压模具有较长的使用寿命。但由于材料、机械加工、使用等一系列因素的影响,常常导致模具过早失效而报废,造成极大的浪费。下面通过模具的选材、设计、制造、使用等方面分析影响铝压模具使用寿命的基本因素及对应的注意事项。

一、材料

模具材料对模具寿命的影响反映在模具材料的选择是否正确,材质是否良好和使用是否合理三个方面,统计资料表明,由于选材和热处理不当,致使模具早期失效的约占70%。铝压铸模属于热作模具,使用条件极为恶劣。铝的熔点为580-740℃,压铸时,铝液温度控制在650-720℃。在不对模具预热的情况下压铸,型腔表面温度由室温升至液温,型腔表面将承受极大的拉应力。开模顶件时,型腔表面又承受极大的压应力。数千次的压铸后,模具表面便产生龟裂等缺陷。因此对铝压模具材料要求较高。目常用铝压铸模具材料是H13钢,对应国内牌号为4Gr5MoV1Si,是应用较广泛的模具材料,属于冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢。在制造压铸模生产之前,要先对材料进行检查,以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费。

二、结构设计

模具设计手册中详细介绍了铝压铸模设计应注意的问题,需要强调的是模具的结构设计应尽量避免尖锐的圆角和过大的截面变化。尖锐的圆角引起的应力集中可高达平均应力的10倍。从而易造成模具早期失效。另外要注意由于结构设计不合理造成后续热处理变形开裂,为防止热处理变形与开裂,截面尺寸力求均匀形状力求对称简单,盲孔尽量开成通孔,必要时可开工艺孔。结构设计上避免几何缺口。包括刀痕、夹角、沟槽、孔穴及截面突变等,减少零件结构和热处理缺陷的发生。

三、机加工

不正确的机加工易造成应力集中,光洁度不够和机加工没有完全均匀地去除轧制锻造形成的脱碳层,都可能导致材料的早期失效。另外在加工模具过程中,较厚的模板不能用叠加的方法保证其厚度。因为钢板厚1倍,弯曲变形量减少85%,叠层只能起叠加作用。厚度与单板相同的2块板弯曲变形量是单板的4倍。在加工冷却水道时,两面加工中应特别注意保证同心度。如果头部拐角,又不相互同心,那么在使用过程中,连接的拐角处就会开裂。冷却系统的表面应当光滑,不留机加工痕迹。随着技术的进步,要注意跟踪使用先进机加工技术,有利于模具零部件加工精度的提高,从而延长模具使用寿命。

四、磨削和电火花加工

磨加工时间可能导致金属表面局部过热,产生高的表面残余应力以及组织变化等,可能导致磨削裂纹的产生。此外,原始组织预处理不当,碳化物偏析、晶粒粗大、回火不充分都能造成磨削裂纹。因此在保证材质的情况下,注意选择适用的冷却液控制磨削加工冷却。控制磨削速度,减少裂纹产生。

电火花加工能在淬火回火后的模具表面形成淬火马氏体的白亮淬硬层,淬硬层厚度由加工时电流强度和频率决定,粗加工时较深,精加工时较浅。淬硬层会造成模具表面有极大应力。若不清除淬硬层或消除应力,在使用过程中,模具表面易产生龟裂、点蚀和开裂。消除淬硬层或去应力可通过:①用油石或研磨去除淬硬层;②在不降低硬度的情况下,低于回火温度下去应力,这样可大幅度降低模腔表面应力。

五、热处理

热处理不当是导致模具早期失效的重要因素。热处理的变形主要是由热应力和组织应力引起的。当应力超过屈服强度时,材料就会产生塑性变形。当应力超过强度极限时就会造成零件的淬裂。铝压铸模具在热处理时要注意以下几点

(1) 锻件在未冷至室温时,要进行球化退火。

(2) 粗加工后、精加工前,增设调质处理。为防止硬度过高,造成机加工困难,硬度要限制在25-32HRC,精加工前,应安排去应力回火。

(3) 淬火时注意钢的加热温度和保温时间,防止奥氏体粗化。回火时按20mmöh保温,回火次数一般为3次,在有渗氮时,可省略第3次回火。

(4) 热处理时应注意型腔表面的脱碳与增碳。

(5) 氮化时,注意氮化表面不应有油污。经清洗的表面,不允许用手直接触摸,要戴手套,以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀。

(6) 两道热处理工序之间,当上一道温度降至手可触摸,即进行下道,不可冷至室温。

(7) 采用静态淬火法、盐炉淬火、专用夹具淬火等方式,减少热处理变形。

(8) 跟踪使用先进热处理设备和工艺,如采用真空炉和流动粒子炉加热,可提高模具表面光洁度,利于控制热处理变形,延长零件寿命。

六、生产操作

铝压铸模具确定压射速度时,速度不能太高,速度太高促使模具腐蚀及型腔和型芯上沉积物增多;但过低易使铸件产生缺陷。因此对于铝压铸模压射速度为18mös,压射速度不应超过53mös,平均压射速度为43mös。模具在使用过程中要严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内,尽量降低铝液的浇铸温度,压射速度,提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100～130℃提高至180～200℃,模具寿命可大幅度提高。同时避免机床调整和使用操作不当,造成模具早期失效。

七、模具维护

1、及时清除模腔沉积物,模具使用一段时间后,型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成的。有些沉积物很硬,并与型芯和型腔表面粘附牢固,难以清除。在清除沉积物时,可采用研磨或机械法去除,注意不得伤及其它型面,造成尺寸变化。

2、经常保养使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后,注意在模具未冷却至室温的情况下,进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1ö6～1ö8时,即铝压铸模10000模次,应对模具型腔及模架进行450—480℃回火,并对型腔进行抛光和氮化,以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每12000～15000模次进行同样保养。当模具使用50000模次后,可每25000～30000模次进行一次保养。通过保养,可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。有效提高模具寿命和铸件质量。

3、及时修复模具缺陷,在冲蚀和龟裂较严重的情况下,可对模具表面进行渗氮处理,以提高模具表面的硬度和耐磨性。渗氮时注意基体和渗氮层的结合牢固度,渗氮层厚度不应超过0115mm,过厚的渗氮层易在分型面和尖锐边角处发生脱落。对于模具表面缺陷还可采用焊接法进行修复,焊接时注意焊条和焊件的成分匹配,焊接表面的清理和焊条烘干,焊接后型腔的修整和精加工及焊接后去应力回火。

影响铝压模使用寿命的因素很多,涉及多个方面,作为制造业,必须正确地设计模具结构、制造模具零部件、制定合理的热处理工艺,按工艺规范合理的使用模具,并及时修理维护,可充分发挥模具材料的性能,有效地提高铝压模质量和使用寿命。