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模具加工設備

如何提高壓鑄模具鋼使用壽命

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2018-08-10 16:00【

模具鋼在工業等生產當中使用并不算少,在使用的時候,還需要注意盡量延長使用的時間,那么如何提高壓鑄模具鋼使用壽命呢?這是一個很專業的問題,畢竟影響到高壓鑄模具鋼使用壽命的因素有很多,下面我們就一起來詳細了解下具體的操作途徑吧。

模具由于受到了磨損,沖蝕、腐蝕及熱疲勞等原因而導致變形、破裂、粘著、龜裂,在鑄件上形成毛刺、飛邊、脫皮、傷痕、劃痕、粗糙以及尺寸偏差等現象后,不能再進行修復而在報廢之前,所加工出來的零件數量,稱為模具的使用壽命。對于模具本身來說,有其正常的壽命水準,如果一付模具,通過精心設計,注意維護保養,正常使用的條件下,達到了國內外相比的相對壽命指標以后,出現的破壞,則屬于正常的壽命范疇。如果是早期失效,則說明了現有的材料和工藝的潛力未能得到充分地發揮,應該引起我們足夠的重視,從多方面去查找原因,尋找對策。提高模具壽命是一項多因素復雜的綜合性問題,隨著科學技術的進步,人們對事物規律性認識的提高,其壽命指標還可向著更高的目標推進。

影響模具壽命的因素

影響模具壽命的因素眾多,既有外因也有內因,外因指的是模具工作時的外界環境,其中包括:工作條件,設備條件,使用過程中的維護、保養,被加工零件的材料,壁厚、尺寸,形狀等等。內因所指的是:模具本身材質的冶金質量、機械加工工藝規范、熱加工工藝制度,其中包括毛坯鍛造及熱處理以及模具結構的合理性、工藝設計方案的先進性以及配合精度的確切性等等。如果我們對以上所提到的各個方面都處理得當,模具的耐用性會得到確切的保障。

提高模具壽命的基本途徑

1首先要求冶金部門提供優質鋼材

模具毛坯在鍛造時出現斷裂或在淬火時出現工藝缺陷以及使用時降低其承載能力等,都與鋼材的冶金質量發生密切的關系。冶金質量內容包括;材質的潔凈度;有害元素、氣體及非金屬夾雜物含量,碳化物的分布均勻及顆粒勻細程度;斷口有無孔洞、疏松及白點,成份上是否始終保持穩定一致,達到國家鋼材的標準規范等等。當前電渣重熔冶煉方法,對材的冶金質量能起到明顯的保證作用。

2采用先進的毛坯鍛造工藝

模具毛坯進行鍛造有兩種目的:首先是碳化物均勻分布,加熱時阻礙奧氏體晶粒的長大,降低鋼對過熱的敏感性。由于均勻分布的碳化物硬度極高,顯著地提高了鋼的耐磨性和抗咬合能力,也增強了鋼的塑性變形抗力。其次是形成合理的流線分布,使材料在力學性能上以及淬火變形的趨向方面,不會出現明顯的差別。如在采用合理的茲造手段以后,能夠達到上述予期的目的。

當前的多向墩拔的鍛造工藝是值得采用的。其主要的特點是在鍛造時變形均勻,容易鍛透,使碳化物細碎,全面改善了組織。所要注意的是,通常高合金模具鋼的導熱性較差,塑性低,變形抗力大,鍛造溫度范圍狹窄。如在鍛造時加熱不足,鍛件易碎斷或產生內裂紋,冷卻不當時,則在鍛件中有網狀碳化物或冷裂紋的危險。為此,在加熱規范中,要求特別重視的是始鍛溫度及終鍛溫度??刂剖煎憸囟?,主要是為了取得最佳的塑性和獲得最小的變形抗力??刂平K鍛溫度的上限,是使晶粒不致長大或析出網狀碳化物等缺陷;而控制了下限,是為了防止降低塑性,引起鍛造裂紋或產生過大的內應力。對于3Cr2W8 V鋼,在加熱溫度為1130~11600C時,始鍛于1080~1120 0C,終鍛于900-8500C,則較為理想。在冷卻規范中,既要防止在Ar或Arm以上,由于冷卻速度慢而析出網狀碳化物,又要防止冷卻速度過快,由于內應力過大,而有形成冷裂紋的危險。

此外,對于3Cr2W8V含鎢熱模鋼,為了使鍛坯的組織均勻,降低硬度,便于切削加工,則要求退火。在退火工藝上,值得研究的是,如采用Aci以上的持續退火工藝是不足取的,這樣有可能形“成穩定的WC及WZC型的碳化物,降低了鋼的淬硬性及淬透性。如采用高溫退火的軟化處理,不僅能得到細小的珠光體,而且帶來了操作簡便,周期縮短,不易氧化脫碳等優點。高溫退火的軟化工藝規范為。加熱到Aci,(850 0C),在750一780 0C燒透,保溫1012小時,保溫終了后隨爐溫到600 0C后空冷。

3把好模具材質的初步檢驗關

從生產角度出發,為了方便、迅速,可采用磨火花鑒別法。當前,由于某些管理上的問題,有時會出現鋼種的誤用,這將為生產帶來不可彌補的損失。因此,可進行磨火花作為初檢的內容。3Cr2W8V鋼的火花。較其他鋼種有明顯的差別?;鹗毝?,發出暗色光,無火花爆裂現象,流線呈暗紅色,尾部有點狀的狐尾花點。其次值得采取超聲波探傷,檢查出坯料中隱藏的缺陷。其目的一方面是為了防止在鍛造過程中,因材質問題達不到鍛件的要求而報廢,另一方面由于未能查出隱患,在投入大量的加工人工及材料,化費了很長的周期以后,最終卻功虧一筍。其他檢驗項目及依據如下:關于疏松可按YB9-68來評定,殘留網狀碳化物及共晶碳化物的不均勻度,可按GB1299-77來檢驗。鋼材晶粒度的測定法,我國為YB27-64,也可參照美國ASTM112-74,日本JISG0551-77,蘇聯r OCT5639-650鋼材脫碳層深度的測定,只有工503837-76及日本JISG0538-77標準。淬硬層深度的測定,有日本JISG0557-77標準,IS02939-73規定從表面測至HV550 (1 kgf負荷下測量)處。在拋光過程中如出現局部麻面或類似砂眼等缺陷時,那極可能是氧化夾雜物的聚集所在。

4精心設計模具的結構

模具設計的內容極為豐富,可以從鑄件的結構工藝性分析著手。由于鑄件結構設計上的不合理,導致模具中存在著細薄的截面,成為斷裂的根源。斜度值的不合理,引起抽芯,開?;蛉〖r的擦傷。型腔壁面交界處的倒角,稍有疏漏,造成應力集中裂紋。澆注系統的設計中,在流向、截面積、壓射速度等控制不當,造成對型壁或型芯的沖蝕。金屬液進入型腔后形成的渦流,由于渦心部分的流速為無窮大,對模面起到強烈的鏤蝕作用,造成局部拉毛,模具的剛度不足,由于片面地強調節約鋼材,導致早期變形或斷裂的情況,時有發生。在各構件配合精度等級如選用不當,或者是由于有余隙的存在,引起導熱率的下降,過早地產生熱疲勞,或者是由于裝配尺寸過緊,形成予應力,壓鑄過程中模具出現爆裂。在現代的模具結構中已考慮采用快速頂出機構,在這里,一方面固然是為了提高生產效率的需要。但是從另一個角度來看,也是為了減少鑄件的留模時問,為卸除模具材料的熱載荷而設計的。

5合金熔煉,保溫過程中的有關控制

模具型面在高速金屬流的沖刷下,產生熱沖蝕。凡是出現沖蝕的部位,都會使鑄件的尺寸精度和表面光潔度有所下降,甚至于使該處與鑄件咬合,影響順利出模。為此,控制溫度參數,其中包括合金溫度的掌握以及控制模具始終處于熱平衡狀態,至關重要。此外合金中的氣體問題,在壓鑄這樣一個高速、高壓充型特定的環境下,隨著金屬液流的噴濺而產生爆裂,出現了對模具的氣蝕問題,在型面上留下麻點,在這方面應予以重視。為此對合金進行精煉除氣,一方面乃是出于凈化合金液的需要,而在避免產生氣蝕作用,防止模面上形成麻點也是有益的。此外,合金中含鐵量的控制,對于防止粘模至關重要。但根據Al-Fe相圖可知,鋁在600℃左右,容易溶入鐵中形成固溶體,容易粘附于模面上,使鑄件的表面質量下降。嚴重時,在模面形成脆性的鐵鋁化合物,成為裂紋源。在這個問題上,除了涂料能起到一部分作用外,合金中合適的含鐵量的控制,值得注意。過高的含鐵量可用鋁來調整,與鋁的比例可按10:2來處理,過低的含鐵量,要采用增鐵的措施來解決。

6采用最佳模具熱處理規范

作為壓鑄模具的材料必須具有較高的熱強性和回火穩定性,這樣才有可能獲得高的熱疲勞抗力和耐磨性。作為鋁合金壓鑄用的模具材料,當前比較適用的仍是屬于國內最為普遍采用的鎢系高熱強模具鋼3Cr2W8V鋼。其鍛造性能好,在機械加工性能及熱處理工藝性能上也較佳。對于3Cr2W8V鋼,由于熱處理工藝不當,在壽命問題上常常會出現大起大落的現象。其中以淬火與回火的工藝,尤其要求嚴格掌握,直接影響到模具熱疲勞抗力,熱強性和回火抗力。

目前大部分工廠對壓鑄模所取的淬火溫度為1050-1100 ℃,進一步提高淬火溫度的呼聲很高,但是也其有利弊。眾所周知,隨著淬火溫度的提高,其有利方面如下:

1)更多的碳化物溶入奧氏體,將使淬火后的馬氏體具有較高的回火穩定性,熱強度,耐磨性和耐疲勞性能也均相應地提高;

2)一定程度上減少碳化物帶狀偏析,減輕了剩余碳化物對基體的切割作用。也改善了材料性能上的方向性,并使剩余碳化物變得更少、小、勻和圓態,提高強韌性。

3)使板條馬氏體數量增加,提高強韌性,降低裂紋的擴展速度。

但是有其不利的一面:

1)晶粒粗化,使模具韌性下降。如奧氏體化溫度為10500C時,晶粒度等級9^-10級,奧氏體化溫度為11500C時,晶粒度等級為2飛級。

2)模具更易變形。

3)模具表面更易氧化脫碳。

權衡利弊,個人認為,對壓鑄模來說,其主要失效形式是熱疲勞和熱沖蝕,因此高溫強度,硬度和回火抗力比韌性更為重要,提高淬火溫度將可進一步發揮3Cr2W8V鋼作為壓鑄模材料的潛力,至于模具的變形和氧化脫碳,可通過相應的措施予以解決。例如在淬火加熱時采用兩次予熱,其中第二次予熱溫度取850^-870℃,略低于最后淬火溫度,其目的是減少模具到溫的時間差,縮短高溫保溫時間,以減輕由于高溫加熱而帶來的弊端;又如采用二次分級淬火或等溫淬火,則可減少變形:其他如加強鹽浴脫氧或在有保護性氣氛的箱式爐中加熱,可避免氧化脫碳等。

由于3Cr2W8V鋼的成分在允許范圍內有波動,理論上應有其最佳淬火溫度。當采用較高淬火溫度時,其最好的含碳量在規定含量的下限;而其含鎢量在規定含量的上限,這樣可使淬火后仍能獲得較細的晶粒?;鼗饻囟鹊倪x擇:通常認為回火到硬度HRC47-48有最好的抗熱疲勞性,但該回火溫度必須高于模具使用溫度30^-500C,否則在使用過程中會再次出現回火現象。

淬火溫度愈高,回火溫度也應相應地提高,才能發揮提高淬火溫度的效果。如淬火溫度為1050~10750C時,回火溫度為560-6000C;淬火溫度為1100、1150℃時,回火溫度應取600~6500C?;鼗鸫螖祵τ阡X合金模具為兩次到三次,對于銅合金模具則為三次,以消除殘留奧氏體,避免在使用過程中由于殘留奧氏體轉變為馬氏體而引起內應力,嚴重地影響模具的壽命。

7模具高能量密度表面強化處理

高能量密度表面強化是材料表面施加極高的能量,使之發生物理化學變化,以達到強化的目的。其主要特點是:工序簡單,過程迅速,零件變形小,生產效率高。其中以采用電火花表面強化工藝乃是一項減少表面沖蝕,防止金屬與模面咬合,提高使用壽命的有效途徑之一。其原理系利用脈沖電路的充分放電原理,將硬質合金制成的電極(Y68),接通電源的正極,金屬工件接通電源的負極,二者在空氣中作周期性地接觸,引起氣隙放電,形成火花與高溫。在高溫作用下,碳化鎢從電極上升華釋放,在工件的表面產生并完成一系列包括:重熔,沉識,擴散、化合及淬硬的過程,使被涂復的工件表面形成一層成分均勻,結構致密,高硬度的碳化鎢沉積層.其表面硬度達到HV1100-1400。強化層與基體結合牢固,耐沖擊,不剝落。強化處理時,工件處予冷·態,放電點極小,時間短,無退火及變形。經強化后的模具,無論在耐熱性,耐蝕性,紅硬性及耐磨1生方面,都有很好的成效。

國外出現的一種氧氮表面擴散法即模具在真空下,在5400C溫度下加熱4小時,并通入氨氣,接著添加丙烷及二氧化碳,直到形成0.03毫米深度的氧化鐵,氮化鐵及碳化鐵為止,經600℃溫度處理后,其表面硬度達到HV750。在氮化處理方面,以氣體軟氮化為最好,經處理后的模具有較高的表面硬度,耐磨性及沖擊韌性。其化合層致密,為單相£相,提高了模具抗擦傷,抗咬合,抗粘模和耐腐蝕能力。此外氣體軟氮化的生產周期短,易返修、設備簡單、操作方便。對于3Cr2W8V鋼鋁壓鑄模具的表面強化較為適宜,其最佳工琶如下:50%甲醇寫50%氨,在5800C加熱滲氮,保溫4.5小時軟氮化后油冷。

8采用良好的操作規范

操作規范中首要的問題是生產前模具的予熱。模具中應力的大小與模具的溫度梯度成正比,因此適當地提高予熱溫度是能夠理解的。但是過高的予熱溫度使型腔的表面接觸溫度也高,有損材料的屈服強度,對模具的抗熱疲勞性能是不利的。此外模具在服役過程中,始終保持處于熱平衡狀態,己成為提高模具壽命,增加生產效率和保證鑄件的致密性方面的重要手段:對于冷卻水道的布置以及熱油加熱、冷卻控制設備的應用,首先以測出模具溫度場的分布作為依據。采用熱電模似法測出等溫線的分布規律仍有其實用價值,它是在熱電物理現象彼此相似的理論基礎上而被采用的。在穩定的條件下,也就是說,在溫度場中的溫度與電場中的電位不隨時間變化的條件下,固體的導熱現象與直流電路中導體的導電現象,都可以用同一個拉普拉斯微分方程式描述。根據相似理論,如果兩種不同的物理現象,都可以用一個微分方程式描述,并且實現邊界條件,幾何條件與物理量相似,如電場中的電壓、電阻,電流與溫度場中的溫差、熱阻、熱流彼此相似,那么就可以在電模型上模擬熱原件上的傳熱現象出來,對生產起到指導性作用。操作過程中的節奏性和連續性,再加上模具溫控裝置的配合使用,都可為保持模具最佳的熱平衡狀態創造條件。

壓鑄模在服役期間進行去應力回火處理,使熱疲勞裂紋在尚未出現的孕育期內產生應力松弛,成為提高壽命的一項有效的措施。去應力的回火溫度取原來的回火溫度低3050℃,回火間隔與鑄件材料,模具材料及鑄件的重量有關,一般應選擇在沒有出現裂紋之前進行。對于重量為100克的鋁合金壓鑄件,模具在使用25000次以后,就應進行去應力回火;重量為100--500克,為10000次;大于500克為5000次。對于同樣重量的銅合金鑄件,其間隔分別為3000次,2000次和1000次。

涂料的復膜性對保護模具材料起到重要的作用。凡是涂料未能勻復之處,皆有受到侵蝕的危險。美國對于模具表面噴涂時液滴的形式與散布面積的大小作了機理上的探討,西德也有類似研究工作的報導。他們認為:噴涂到高溫度模具上涂料的液滴,會產生高的蒸汽壓力,而不易吸附于型面上,引起脫離和濺落,未能充分潤濕型面使模具壽命受到影響。根據機理分析,涂料液滴應先成球狀與型面接觸,然后攤平成橢圓形而增加了接觸面積,再進一步鋪開成膜,達到均勻復蓋的目的。為此要求模具溫度不宜超過所謂“潤濕溫度”范圍。其最佳方案是提高噴涂壓力,使液滴得到較高的動能,壓制了液滴的凝聚現象,達到不致快速汽化的目的。

模具在服役過程中定期進行觀察與檢修,至關重要。在生產中由于支承板及套板的變形,緊固螺栓的松動而導致模具早期破壞的例子也常有所聞。

9保證模具的加工質量

模具在磨削加工過程中由于砂輪的不夠鋒利,引起摩擦熱,會引起表面出現磨削裂紋。此外由于磨削應力的存在,也會降低模具的熱疲勞能力。

型腔表面,特別是澆道表面光潔度不高或者型面有少量擦傷及劃線痕跡處,都是裂紋源。模具鑲塊與套板之間的配合精度選用不當,或者由于過松影響熱傳導效率或者由于過緊,產生予應力而使套板碎裂。模具與機器之間安裝精度,包括平行度與垂直度,皆可能影響導向件的過早磨損。對于用電火花加工的模具應用日廣的今天,在加工過程中,由于局部高溫形成表層下的回火區。該區在組織上及化學成分與基體不同,硬度高,再加上表面存在著殘余應力,加工后型面易形成細微裂紋,有必要進行拋光處理。目前超聲波拋光應用日廣,比人工拋光效率可提高1-2倍。

10 模具磨損后后道工序的處理

采用電火花碳化鎢表面強化工藝,乃是一項減少表面沖蝕,防止金屬與模面咬合,提高使用壽命的有效途徑之一。此法既可作為修復模具的手段,也可在新模具正式投入使用前,對型腔,型芯,澆注系統部分工況條件特別差的部位,進行有選擇性的表面強化處理。國內已設計并研制成功低壓等離子噴涂機組,可將工件置于低壓真空條件下進行等離子噴涂,使工件獲得高強度,耐高溫,耐腐蝕等特殊涂層。如采用堆焊技術用于修復己破壞的模具,采用(D2. 5~3毫米堆337焊條是成功的。氧乙炔焰合金粉末(Ni45)噴焊型腔及修補沖頭也是可行的。

高壓鑄模具鋼的使用時間延長,主要是通過上面介紹的這10個方面來進行的,對于專業做模具鋼的廠家而言,也是需要從這幾個方面來入手的,可以咨詢了解下天成有限公司,如需了解更多關于模具鋼的知識可以閱讀下《SKD61模具材質對拉絲模壽命有什么樣影響?》。

此文關鍵字:模具鋼

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