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壓鑄模具淡化延長使用壽命

文章出處:銘意五金發表時間:2016/6/4 14:42:56 字體大小:【
      對于壓鑄模具,特別是鋁合金壓鑄模具,由于鋁合金熔點較高,壓射速度較快,壓射壓力大,模具壽命相對于注塑、低壓鑄造等模具要低很多,一般在四萬至十幾萬模次。因此,如何延長壓鑄模具壽命更值得我們研究、探討。
一、影響壓鑄模具的因素
從壓鑄模具的使用特性來看,模具損壞無法使用主要表現幾點:一是模具老化,表面龜裂,影響外觀,同時由于龜裂造成零件表面出模拉傷或鑄件變形,造成模具無法使用;二是模具開裂,無法使用;三是模具故障頻繁如滑塊卡死,模具竄鋁等造成模具無法使用,或勉強使用壓鑄效率極低。
而造成壓鑄模具損壞的主要原因是:壓鑄模具在使用中,一方面模具受鋁液的高速沖擊以及高壓沖擊,壓射過程實際上是噴射過程,在壓鑄過程中一般內澆口速度達到30-70/秒,而填充壓力一般在400-900公斤/平方厘米,沖擊的壓力和速度都非常大;另一方面,鋁液溫度較高,壓鑄模具一直處于熱漲冷縮的往復疲勞狀態,模具型腔部分溫度基本上一直在160-350度來回變化,模具急冷急熱,不停的熱漲冷縮。因此,模具損壞主要的是受沖擊、受壓、漲縮,造成疲勞,或變形、或表面龜裂、或整體開裂,造成模具損壞。因此模具延壽應主要從減少沖擊速度、壓力,降低溫度、減少漲縮以及提高抗疲勞強度、提高抗沖擊等方面入手。
二、提高壓鑄模具壽命途徑
提高壓鑄模具壽命途徑很多,應該主要從四個方面入手:一是模具材料,二是模具設計,三是模具制造,四是模具使用和維護。
(一)模具材料
模具材料以及材料的熱處理是影響模具壽命的主要因素,模具材料包括型腔材料和套板材料。
1.型腔材料
型腔材料以及熱處理是影響模具壽命的主要直接因素,前面講到模具損壞在型腔上主要表現為兩種形式,一是開裂,二是表面龜裂。根據不同的鑄件要求以及不同的壓鑄條件選擇合適的模具鋼,以及優化的熱處理工藝,是延長模具壽命的重要途徑。
在選擇型腔材料時,我們應從三個方面進行考量,一是模具鋼要具有抗裂紋擴展及延伸的能力,從而避免模具的整體開裂,歐洲,日本不同廠家現在生產的改良型H11H13鋼都把提高壓鑄用模具鋼的韌性與延展性放在了首位。簡單地講,高的韌性與延展性能夠提高鋼的抗熱疲勞性能從而提高模具壽命;二是材料的金相分析,顯微組織結構決定了鋼材的性能而不僅僅是合金元素,金相組織越細小沖擊功越高。金相組織一方面取決于材料本身的特性,另一方面取決于熱處理;三是材料內部質量,壓鑄模具型腔材料一般為鍛造鋼坯,內部容易存在微裂紋,及時發現和避免是十分關鍵的。為此,輝旺公司配置了沖擊試驗機、金相分析儀以及探傷機,進行材料的控制,對熱處理的效果進行確認,確保模具質量,延長模具壽命。但是,目前國內大部分壓鑄模具制造企業,普遍缺乏檢測設備,從而無法在前期做好模具材料以及熱處理效果的控制,從而影響模具壽命,這一點應引起重視。
在模具型腔熱處理方面,熱處理工藝是影響模具壽命非常重要的因素,有兩個問題非常關鍵,一是熱處理工藝,特別是熱處理時高溫保持時間,根據零件的尺寸大小、形狀等選擇合適的工藝。而有的熱處理廠家,為了節約成本,將多種特性不相同的零件放到一起進行熱處理,或者為了節省費用,減少高溫保持時間等等,都會影響模具壽命。如果材料熱處理淬透性差,俗話說得沒有淬透,會大大影響模具壽命,因此,淬火速率應當越快越好。二是淬火硬度選擇,型腔熱處理硬度,通常在HRC43-52度之間,在很多壓鑄模具制造企業,在選擇模具硬度時普遍一致,大部分在HRC44-46。實際上模具型腔熱處理硬度應根據鑄件合金材料、鑄件的特性、壓鑄工藝以及鑄件質量特性等,綜合考量進行選擇材料以及熱處理。材料在不同硬度下,其表現也不盡相同。型腔硬度偏高,模具越不容易粘模,但是容易出現開裂,而硬度偏低容易粘鋁,但是模具不容易出現開裂;壓鑄鋅合金或鎂合金,模具型腔熱處理硬度盡量偏高,可以延長模具壽命。因此,選擇合適的材料以及熱處理硬度,同樣可以延長模具壽命,這也是我們應該深入研究的課題。
2套板材料
套板材料包括滑道、壓條材料等同樣是影響模具壽命的因素。壓鑄是一個高壓鑄造過程,壓鑄比壓一般在400-900公斤/平方厘米,作用在壓鑄型腔上的沖擊壓力是非常大的。而套板作為型腔的固定以及滑塊滑動、鎖緊等是非常重要的。如果選擇不當,同樣影響模具壽命。因此,必須根據不同的鑄件要求以及不同的壓鑄條件以及型腔材料來選擇合適的套板材料。目前,我們國家壓鑄模具套板以往大部分采用球墨鑄鐵或鑄鋼,最近幾年才部分采用了S50C鍛鋼,并調質處理,從實際效果上,比以往有了較大改進。而國外有采用P20調質預應鋼或4140淬火,盡管增加了模具成本,但是大大提高了套板的穩定性,延長了模具壽命,這值得我們借鑒。
(二)模具設計
壓鑄模具設計是影響壓鑄模具壽命的另一重要因素,模具設計的優劣,直接影響壓鑄模具壽命。因此,在壓鑄模具設計時必須根據鑄件的特性,充分考量影響模具壽命的因素,合理地設計模具結構,要在前期對于影響模具壽命的鑄件設計及時提出改進意見,或采取合理的措施予以解決。在模具設計時應該從如下幾個方面加以關注。
1.模具強度是否足夠;
模具強度是否足夠是影響模具壽命的重要因素,對于這一點中國目前大部分企業,包括壓鑄企業在采購模具時,普遍特別關注模具價格,甚至認為,只要能壓鑄出合格產品就行,對于模具大小,模具強度是否足夠沒有引起足夠重視。同時,很多壓鑄模具制造企業為了取得訂單,往往把模具價格壓低,而在模具制作時能省則省,以降低成本。模具強度如果不夠不僅影響模具可靠性,也影響模具壽命。實際上從壓鑄生產的角度來看,這樣的模具并不經濟。壓鑄模具如果強度不夠,剛性差,模具在不斷的受沖擊、受壓的情況下,就會過早的開裂。并且由于封鋁面太少,會造成模具竄鋁,不及時清理又壓踏模具,造成模具損壞。因此,在模具設計時必須充分考慮模具強度,確保模具壽命。
2.模具內澆口速度是否合適,應盡量偏低;
壓鑄模具內澆口的設計既是影響鑄件質量的重要因素,同時又直接影響壓鑄模具壽命,因此在壓鑄模具設計時必須高度重視。壓鑄模具內澆口速度越快,對模具型腔的沖擊越大,模具型腔的瞬間升溫越大,模具越容易出現表面龜裂或開裂。壓鑄模具內澆口一般在30-70/秒為宜,并且在確保產品質量的情況下,盡量偏低,這樣,可以降低對模具的沖擊,從而延長模具壽命。
3.模具滑塊鎖緊塊強度是否足夠;      
由于壓鑄是高速、高壓,壓鑄模具滑塊受的沖擊力非常大,壓鑄比壓一般選擇在400-900公斤/平方厘米,以滑塊投影100×100mm,為例,作用力就有40-90噸之大,因此,目前很多壓鑄模具企業在設計模具時普遍為了節省材料,模具設計偏小,鎖緊塊不夠大,強度不夠,從而造成滑塊鎖不住。不但會影響鑄件質量,同時,容易造成竄鋁,造成滑塊卡死,造成模具鎖緊部分變形或開裂,從而損壞模具,影響模具壽命。因此在設計模具時必須確保模具滑塊鎖緊塊強度足夠,確保模具的可靠性,延長模具壽命。
4.模具型腔封鋁面是否足夠;
由于壓鑄是高溫、高速、高壓,壓鑄模具竄鋁是時有發生的,究其原因,除了壓鑄參數選擇不當,壓射速度過快,壓力太大,鎖模力不夠等以外,模具設計不合理,封鋁面不夠也是其中重要的原因。如果模具竄鋁,一方面直接影響鑄件的內部質量,另一方面,由于在壓鑄過程中,沒有及時或難以清理,這樣會把模具擠壞,造成模具分型面塌陷。更嚴重的在有滑塊結構的模具中,如果竄鋁竄到滑塊間隙里,在合模時由于鎖模力非常大,會把滑塊或滑塊座擠壞,甚至擠裂模架。這樣的現象在壓鑄企業里經常發生。究其原因,主要是壓鑄企業或模具制造企業為了節省費用,把模具做的過小,封鋁面不夠大而造成的。有一個現象,值得我們反思,日本人是很節約的,但是,日本人做的壓鑄模具基本上比中國大部分廠家做的模具大,為什么?因為壓鑄模具如果僅僅考慮成本,而忽略了模具最關鍵的特性,即:可靠性、成品率、生產效率、壽命,將是得不償失。這也是中國壓鑄模具與國外先進國家模具的差距所在。這個觀念不僅僅是壓鑄模具制造企業需要改變,同樣也是壓鑄模具使用企業應該扭轉的。
因此,在設計模具時應高度關注封鋁面特別是在滑塊部位的封鋁面,必須足夠,以確保不竄鋁,從而延長模具壽命。
5.模具冷卻(加溫)設計是否合理,模具溫度場是否合理;
模具冷卻水設計在壓鑄模具的設計中是至關重要環節,在中國大部分壓鑄模具制造廠家,往往對于澆注系統非常重視。很多廠家在使用模流分析軟件時,往往對于填充部分研究得很多,而對于模具溫度場變化研究的不多。實際上在壓鑄生產中,模具冷卻、模具溫度場變化,對于生產效率、鑄件質量以及模具壽命都是至關重要的。如果模具冷卻(加溫)系統設計合理,不但會提高壓鑄節拍,提高生產效率,提高鑄件質量,同時也可以延長模具壽命。
壓鑄過程,是一個壓鑄模具急冷急熱的過程,如果壓鑄模具冷卻設計的不合理,不靠模具本身內部的冷卻平穩的降溫,靠噴涂的外冷急劇的從模具型腔表面降溫,模具型腔的溫度變化會加大,從而加大疲勞速度,既造成了涂料的浪費,降低了生產效率,又對模具的壽命也影響巨大,會大大降低模具壽命。因此,優化模具冷卻(加溫)設計是提高模具成品率、生產效率的關鍵,同時也是延長模具壽命的非常重要途徑。
6.易損部位是否鑲拼;
為了延長模具壽命,在模具設計時,我們應盡量對于易出現模具開裂、模具損壞的部位進行鑲拼,一方面,便于維修,便于更換;另一方面,鑲拼接縫可以阻隔開裂的延展。也避免了局部開裂延展到其他部位,從而延長模具壽命。
7.減少應力集中的尖角;
尖角處容易應力集中,因此,對于壓鑄件,轉角處的尖角,無論從鑄件的澆注過程,還是鑄件質量,以及壓鑄模具壽命都是影響非常大的。因此,在前期與鑄件設計人員探討問題時,應非常關注鑄件的轉角,能大的盡量加大,這一點非常重要。
8.采用先進的技術;
為了延長模具壽命,包括中國在內的很多科技人員都在積極探索一些新的技術,如表面新的滲氮技術、鍍鈦,表面微細網格延壽技術等等。因此作為壓鑄模具的制造企業,作為壓鑄模具設計人員,積極探索新的技術,及時跟蹤先進技術,適時采用新的技術提高模具壽命,也是提升壓鑄模具水平、提升企業技術水平的有效途徑。輝旺公司在這方面進行了探索,應用了很多新的技術,取得了很好的效果。