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壓鑄生產模具損壞的原因分析與應對措施

文字:[大][中][小] 2016-6-15    瀏覽次數:4008    
一.造成壓鑄生產模具損壞的原因: ~( x6 m& U% z+ \
在壓鑄生產中,模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應力是導致模具損壞的主要原因。熱、機械、化學、操作沖擊都是產生應力之源,包括有機械應力和熱應力,應力產生于:
1.在模具加工制造過程中
(1)毛坯鍛造質量問題。有些模具只生產了幾百件就出現裂紋,而且裂紋發展很快。有可能是鍛造時只保證了外型尺寸,而鋼材中的樹枝狀晶體、夾雜碳化物、縮孔、氣泡等疏松缺陷沿加工被延伸拉長,形成流線,這種流線對以后的淬火變形、開裂、使用過程中的脆裂、失效傾向影響極大。
(2)在車、銑、刨等終加工時產生的切削應力,這種應力可通過中間退火來消除。
(3)淬火鋼磨削時產生磨削應力,磨削時產生摩擦熱,產生軟化層、脫碳層,降低了熱疲勞強度,容易導致熱裂、早期裂紋。
(4)電火花加工產生應力。模具表面產生一層富集電極元素和電介質元素的白亮層,又硬又脆,這一層本身會有裂紋,有應力。電火花加工時應采用高的頻率,使白亮層減到最小,必須進行拋光去除,并進行回火處理,回火在回火溫度進行。
2.模具熱處理過程中
熱處理不當,會導致模具開裂而過早報廢,特別是只采用調質,不進行淬火,再進行表面氮化工藝,在壓鑄幾千模次后,會出現表面龜裂和開裂。
鋼淬火時產生應力,是冷卻過程中的熱應力與相變時的組織應力疊加的結果,淬火應力是造成變形、開裂的原因,必須進行回火來消除應力。
3.在壓鑄生產過程中
(1)模溫。模具在生產前應預熱到一定的溫度,否則當高溫金屬液充型時產生激冷,導致模具內外層溫度梯度增大,形成熱應力,使模具表面龜裂,甚至開裂。
在生產過程中,模溫不斷升高,當模溫過熱時,容易產生粘模,運動部件失靈而導致模具表面損傷。應設置冷卻溫控系統,保持模具工作溫度在一定的范圍內。
(2)充型。金屬液以高壓、高速充型,必然會對模具產生激烈的沖擊和沖刷,因而產生機械應力和熱應力。在沖擊過程中,金屬液、雜質、氣體還會與模具表面產生復雜的化學作用,并加速腐蝕和裂紋的產生。當金屬液裹有氣體時,會在型腔中低壓區先膨脹,當氣體壓力升高時,產生內向爆破,扯拉出型腔表面的金屬質點而造成損傷,因氣蝕而產生裂紋。
(3)開模。在抽芯、開模過程中,當某些元件有形變時,也會產生機械應力。
(4)生產過程。在每一個壓鑄件生產過程中,由于模具與金屬液之間的熱交換,使模具表面產生周期性溫度變化,引起周期性的熱膨脹和收縮,產生周期性熱應力。如澆注時模具表面因升溫受到壓應力,而開模頂出鑄件后,模具表面因降溫受到拉應力,當這種交變應力反復循環時,使模具內部積累的應力越來越大,當應力超過材料的疲勞極限時,模具表面產生裂紋。
二.預防模具損傷的措施
1.良好的鑄件結構設計
鑄件壁厚盡可能均勻,避免產生熱節,以減少模具局部熱量集中產生的熱疲勞。鑄件的轉角處應有適當的鑄造圓角,以避免模具上有尖角位導致應力產生。
2.合理的模具結構設計
(1)模具中各元件應有足夠的剛度、強度,以承受壓力而不變形。模具壁厚要足夠,才能減少變形。
(2)澆注系統設計盡量減少對型芯的沖擊、沖蝕。
(3)正確選擇各元件的公差配合和表面粗糙度。
(4)保持模具熱平衡。
3.規范熱處理工藝
通過熱處理可改變材料的金相組織,保證必要的強度、硬度、高溫下尺寸穩定性、抗熱疲勞性能和材料切削性能。
正確的熱處理工藝,才會得到最佳的模具性能,而鋼材的性能是受到淬火溫度和時間、冷卻速度和回火溫度控制。
4.壓鑄生產過程控制
(1)溫度控制:模具的預熱溫度和工作溫度;合金澆注溫度,在保證成型良好前提下,用較低的澆注溫度。
(2)合理的壓鑄工藝:比壓、充填速度。
(3)調整機器的鎖模力,使模具受力均勻。注意清掃模具表面的殘削碎片,以免合模時這些多余物使模具表面受力不均勻,引起變形。
(4)對合金熔煉嚴格控制,減少金屬液中氣體。
5.壓鑄模具材料的選擇
壓鑄模的使用壽命與壓鑄模的材質密切相關。壓鑄模零、部件主要分為與金屬液接觸的零部件、滑動配合零部件和模架結構零件。壓鑄模型腔與澆道等部件在金屬的壓力鑄造生產過程中,直接與高溫、高壓、高速的金屬液相接觸。一方面受到金屬液的直接沖刷、磨損、高溫氧化和各種腐蝕。另一方面由于生產的高效率,模具溫度的升高和降低非常劇烈,并形成周期性的變化。因此,壓鑄模的工作環境十分惡劣。所以,在選擇壓鑄模的制造材料時就應當具有以下特性:
(1)具有良好的可鍛性和切削性。
(2)高溫下具有較高的紅硬性、高溫強度、抗回火穩定性和沖擊韌度。
(3)具有良好的導熱性和抗疲勞性。
(4)具有足夠的高溫抗氧化性。
(5)膨脹系數小。
(6)具有高的耐磨性和耐蝕性。
(7)具有良好的淬透性和較小的熱處理變形率。
TOOLOX鋼應用于壓鑄模具,體現在:出廠預硬HRC45以上,韌性優于兩倍以上H13系列材料,抗急冷急熱性能好,使用過程中內應力小,氮化性能好,氮化層結合緊密,可采用氣體氮化,等離子氮化等,具有極高的材料韌性,耐磨性和抗高溫性能,無需熱處理,零應力尺寸不變,加工性能好,是目前其他鋼材無法比擬的不二選擇。

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