一、造成壓鑄生產(chǎn)模具損壞的原因
在壓鑄生產(chǎn)中,模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應(yīng)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(chǎn)生應(yīng)力之源,包括有機械應(yīng)力和熱應(yīng)力,應(yīng)力產(chǎn)生于:
1. 在模具加工制造過程中
1)毛坯鍛造質(zhì)量問題
有些模具只生產(chǎn)了幾百件就出現(xiàn)裂紋,而且裂紋發(fā)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方法被延伸拉長,形成流線,這種流線對以后的最后的淬火變形、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(chǎn)生的切削應(yīng)力,這種應(yīng)力可通過中間退火來消除。
3)淬火鋼磨削時產(chǎn)生磨削應(yīng)力,磨削時產(chǎn)生摩擦熱,產(chǎn)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。對h13鋼在精磨后,可采取加熱至510-570℃,以厚度每25mm保溫一小時進行消除應(yīng)力退火。
4)電火花加工產(chǎn)生應(yīng)力。模具表面產(chǎn)生一層富集電極元素和電介質(zhì)元素的白亮層,又硬又脆,這一層本身會有裂紋,有應(yīng)力。電火花加工時應(yīng)采用高的頻率,使白亮層減到最小,必須進行拋光方法去除,并進行回火處理,回火在三級回火溫度進行。
2. 模具處理過程中
熱處理不當,會導致模具開裂而過早報廢,特別是只采用調(diào)質(zhì),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(xiàn)表面龜裂和開裂。
鋼淬火時產(chǎn)生應(yīng)力,是冷卻過程中的熱應(yīng)力與相變時的組織應(yīng)力疊加的結(jié)果,淬火應(yīng)力是造成變形、開裂的原因,固必須進行回火來消除應(yīng)力。
3. 在壓鑄生產(chǎn)過程中
1)模溫
模具在生產(chǎn)前應(yīng)預(yù)熱到一定的溫度,否則當高溫金屬液充型時產(chǎn)生激冷,導致模具內(nèi)外層溫度梯度增大,形成熱應(yīng)力,使模具表面龜裂,甚至開裂。
在生產(chǎn)過程中,模溫不斷升高,當模溫過熱時,容易產(chǎn)生粘模,運動部件失靈而導致模具表面損傷。 應(yīng)設(shè)置冷卻溫控系統(tǒng),保持模具工作溫度在一定的范圍內(nèi)。
2)充型
金屬液以高壓、高速充型,必然會對模具產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷,因而產(chǎn)生機械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在沖擊過程中,金屬液、雜質(zhì)、氣體還會與模具表面產(chǎn)生復雜的化學作用,并加速腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。當金屬液裹有氣體時,會在型腔中低壓區(qū)先膨脹,當氣體壓力升高時,產(chǎn)生內(nèi)向爆破,扯拉出型腔表面的金屬質(zhì)點而造成損傷,因氣蝕而產(chǎn)生裂紋。
3)開模
在抽芯、開模的過程中,當某些元件有形變時,也會產(chǎn)生機械應(yīng)力。
4)生產(chǎn)過程
在每一個壓鑄件生產(chǎn)過程中,由于模具與金屬液之間的熱交換,使模具表面產(chǎn)生周期性溫度變化,引起周期性的熱膨脹和收縮,產(chǎn)生周期性熱應(yīng)力。如澆注時模具表面因升溫受到壓應(yīng)力,而開模頂出鑄件后,模具表面因降溫受到拉應(yīng)力。當這種交變應(yīng)力反復循環(huán)時,使模具內(nèi)部積累的應(yīng)力越來越大,當應(yīng)力超過材料的疲勞極限時,模具表面產(chǎn)生裂紋。
二、預(yù)防模具損傷的措施
1. 良好的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計
鑄件壁厚盡可能均勻,避免產(chǎn)生熱節(jié),以減少模具局部熱量集中產(chǎn)生的熱疲勞。鑄件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)有適當?shù)蔫T造圓角,以避免模具上有尖角位導致應(yīng)力產(chǎn)生。
2. 合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)模具中各元件應(yīng)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(tǒng)設(shè)計盡量減少對型芯沖擊、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(guī)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(wěn)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(chǎn)過程控制
1)溫度控制:模具的預(yù)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(diào)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.模具的維護與保養(yǎng)
1)定期消除應(yīng)力
2)模具修補
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