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压铸模知识
压铸模知识
一、预防模具损伤的措施:
1.良好的铸件结构设计
铸件壁厚尽可能均匀,避免产生热节,以减少模具局部热量集中产生的热疲劳。
铸件的转角处应有适当的铸造圆角,以避免模具上有尖角位导致应力产生。
2.合理的模具结构设计
1)模具中各元件应有足够的刚度、强度,以承受压力而不变形。
模具壁厚要足够,才能减少变形。
2)浇注系统设计尽量减少对型芯冲击、冲蚀。
3)正确选择各元件的公差配合和表面粗糙度。
4)保持模具热平衡。
3.规范热处理工艺
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。
正确的热处理工艺,才会得到最佳的模具性能,而钢材的性能是受到淬火温度和时间、冷却速度和回火温度控制。
4.压铸生产过程控制
1)温度控制:
模具的预热温度和工作温度;合金浇注温度,在保证成型良好前提下,用较低的浇注温度。
2)合理的压铸工艺:
比压、充填速度。
3)调整机器的锁模力,使模具受力均匀。
注意清扫模具表面的残削碎片,以免合模时这些多余物使模具表面受力不均匀,引起变形。
4)对合金熔炼严格控制,减少金属液中气体。
5.模具的维护与保养
1)定期消除应力
2)模具修补
二、压铸件结构设计的注意事项:
三、如何提高压铸模寿命:
压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高,故造价较高,因此希望模具有较高的使用寿命。
但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响,导致模具过早失效而报废,造成极大的浪费。
压铸模失效形式主要有:
尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等。
造成压铸模失效的主要原因有:
材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修以及热处理的问题。
1材料自身存在的缺陷
众所周知,压铸模的使用条件极为恶劣。
以铝压铸模为例,铝的熔点为580-740℃,使用时,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直升至液温,型腔表面承受极大的拉应力。
开模顶件时,型腔表面承受极大的压应力。
数千次的压铸后,模具表面便产生龟裂等缺陷。
由此可知,压铸使用条件属急热急冷。
模具材料应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢。
H13(4Cr5MoV1Si)是目前应用较广泛的材料,据介绍,国外80%的型腔均采用H13,现在国内仍大量使用3Cr2W8V,但3Cr2W8VT_艺性能不好,导热性很差,线膨胀系数高,工作中产生很大热应力,导致模具产生龟裂甚至破裂,并且加热时易脱碳,降低模具抗磨损性能,因此属于淘汰钢种。
马氏体时效钢适用于耐热裂而对耐磨性和耐蚀性要求不高的模具。
钨钼等耐热合金仅限于热裂和腐蚀较严重的小型镶块,虽然这些合金即脆又有缺口敏感性,但其优点是有良好的导热性,对需要冷却而又不能设置水道的厚压铸件压铸模有良好的适应性。
因此,在合理的热处理与生产管理下,H13仍具有满意的使用性能。
制造压铸模的材料,无论从哪一方面都应符合设计要求,保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命。
因此,在投入生产之前,应对材料进行一系列检查,以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费。
常用检查手段有宏观腐蚀检查、金相检查、超声波检查。
(1)宏观腐蚀检查。
主要检查材料的多孔性、偏柝、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝。
(2)金相检查。
主要检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等。
(3)超声波检查。
主要检查材料内部的缺陷和大小。
2压铸模的加工、使用、维修和保养
模具设计手册中已详细介绍了压铸模设计中应注意的问题,但在确定压射速度时,最大速度应不超过100m/S。
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。
因此对于镁、铝、锌相应的最低压射速度为27、18、12m/s,铸铝的最大压射速度不应超过53m/s,平均压射速度为43m/s。
在加工过程中,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。
另外在加工冷却水道时,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,最好不留机加工痕迹。
电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛,但加工后的型腔表面留有淬硬层。
这是由于加工中,模具表面自行渗碳淬火造成的。
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。
无论深浅,模具表面均有极大应力。
若不清除淬硬层或消除应力,在使用过程中,模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂。
消除淬硬层或去应力可用:
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。
模具在使用过程中应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。
焊接修复是模具修复中一种常用手段。
在焊接前,应先掌握所焊模具钢型号,用机械加工或磨削消除表面缺陷,焊接表面必须是干净和经烘干的。
所用焊条应同模具钢成分一致,也必须是干净和经烘干的。
模具与焊条一起预热(H13为450℃),待表面与心部温度一致后,在保护气下焊接修复。
在焊接过程中,当温度低于260℃时,要重新加热。
焊接后,当模具冷却至手可触摸,再加热至475℃,按25mm/h保温。
最后于静止的空气中完全冷却,再进行型腔的修整和精加工。
模具焊后进行加热回火,是焊接修复中重要的一环,即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。
模具使用一段时间后,由于压射速度过高和长时间使用,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。
这些沉积物相当硬,并与型芯和型腔表面粘附牢固,很难清除。
在清除沉积物时,不能用喷灯加热清除,这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生,从而成为热裂的发源地。
应采用研磨或机械去除,但不得伤及其它型面,造成尺寸变化。
经常保养可以使模具保持良好的使用状态。
新模具在试模后,无论试模合格与否,均应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1/6~1/8时,即铝压铸模10000模次,镁、锌压铸模5000模次,铜压铸模800模次,应对模具型腔及模架进行450—480℃回火,并对型腔抛光和氮化,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。
采用上述方法,可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。
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。
但渗氮基体的硬度应在35-43HRC,低于35HRC时氮化层不能牢固与基体结合,使用一段时间后会大片脱落:
高于43HRC,则易引起型腔表面凸起部位的断裂。
渗氮时,渗氮层厚度不应超过0.15mm,过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落。
3热处理
热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。
由于热处理过程及工艺规程不正确,引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。
压铸模型腔均由优质合金钢制成,这些材料价格较高,再加上加工费用,成本是较高的。
如果由于热处理不当或热处理质量不高,导致报废或寿命达不到设计要求,经济损失世大。
因此在热处理时应注意以下几点:
(1)锻件在未冷至室温时,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,造成加工困难,硬度限制在25-32HRC,并于精加工前,安排去应力回火。
(3)淬火时注意钢的临界点Ac1和AC3及保温时间,防止奥氏体粗化。
回火时按20mm/h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。
脱碳会记过迅速引起损伤、高密度裂纹;增碳会降低冷热疲劳抗力。
(5)氮化时,应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,应戴手套,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。
四、压铸常见缺陷:
1).冷紋:
原因:
熔湯前端的溫度太低,相疊時有痕跡.
改善方法:
1.檢查壁厚是否太薄(設計或制造),較薄的區域應直接充填.
2.檢查形狀是否不易充填;距離太遠、封閉區域(如鳍片(fin)、凸起)、被阻擋區域、圓角太小等均不易充填.並注意是否有肋點或冷點.
3.縮知充填時間.縮短充填時間的方法:
…
4.改變充填模式.
5.提高模溫的方法:
…
6.提高熔湯溫度.
7.檢查合金成分.
8.加大逃氣道可能有用.
9.加真空裝置可能有用.
2).裂痕:
原因:
1.收縮應力.
2.頂出或整緣時受力裂開.
改善方式:
1.加大圓角.
2.檢查是否有熱點.
3.增壓時間改變(冷室機).
4.增加或縮短合模時間.
5.增加拔模角.
6.增加頂出銷.
7.檢查模具是否有錯位、變形.
8.檢查合金成分.
3).氣孔:
1.空氣夾雜在熔湯中.
2.氣體的來源:
熔解時、在料管中、在模具中、離型劑.
改善方法:
1.適當的慢速.
2.檢查流道轉彎是否圓滑,截面積是否漸減.
3.檢查逃氣道面積是否夠大,是否有被阻塞,位置是否位於最後充填的地方.
4.檢查離型劑是否噴太多,模溫是否太低.
5.使用真空.
4).空蝕:
原因:
因壓力突然減小,使熔湯中的氣體忽然膨脹,衝擊模具,造成模具損傷.
改善方法:
1.流道截面積勿急遽變化
5).縮孔:
原因:
當金屬由液态凝固為固態時所占的空間變小,若無金屬補充便會形成縮孔.通常發生在較慢凝固處.
改善方法:
1.增加壓力.
2.改變模具溫度.局部冷卻、噴離型劑、降低模溫、.有時只是改變縮孔位置,而非消縮孔.
6).脫皮:
原因:
1.充填模式不良,造成熔湯重疊.
2.模具變形,造成熔湯重疊.
3.夾雜氧化層.
改善方法:
1.提早切換為高速.
2.縮短充填時間.
3.改變充填模式,澆口位置,澆口速度.
4.檢查模具強度是否足夠.
5.檢查銷模裝置是否良好.
6.檢查是否夾雜氧化層.
7).波紋:
原因:
第一層熔湯在表面急遽冷卻,第二層熔湯流過未能將第一層熔解,卻又有足夠的融合,造成組織不同.
改善方法:
1.改善充填模式.
2.縮短充填時間.
8).流動不良產生的孔:
原因:
熔湯流動太慢、或是太冷、或是充填模式不良,因此在凝固的金屬接合處有孔.
改善方法:
1.同改善冷紋方法.
2.檢查熔湯溫度是否穩定.
3.檢查模具溫充是否穩定.
9).在分模面的孔:
原因:
可能是縮孔或是氣孔.
改善方法:
1.若是縮孔,減小澆口厚度或是溢流井進口厚度.
2.冷卻澆口.
3.若是氣孔,注意排氣或捲氣問題.
10).毛邊:
原因:
1.鎖模力不足.
2.模具合模不良.
3.模具強度不足.
4.熔湯溫度太高.
11).縮陷:
原因:
縮孔發生在壓件表面下面.
改善方法:
1.同改善縮孔的方法.
2.局部冷卻.
3.加熱另一邊.
12).積碳:
原因:
離型劑或其他雜質積附在模具上.
改善方法:
1.減小離型劑噴灑量.
2.升高模溫.
3.選擇適合的離型劑.
4.使用軟水稀釋離型劑.
13).冒泡:
原因:
氣體捲在鑄件的表面下面.
改
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