如何提高壓鑄模具鋼使用壽命
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如何提高壓鑄模具鋼使用壽命

文章出處:責任編輯:人氣:-发表时间:2018-08-10 16:00【

模具鋼在工业等生产当中使用并不算少,在使用的时候,还需要注意尽量延长使用的时间,那么如何提高壓鑄模具鋼使用壽命呢?这是一个很专业的问题,毕竟影响到高壓鑄模具鋼使用寿命的因素有很多,下面我们就一起来详细了解下具体的操作途径吧。

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後,不能再進行修複而在報廢之前,所加工出來的零件數量,稱爲模具的使用壽命。對于模具本身來說,有其正常的壽命水准,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後,出現的破壞,則屬于正常的壽命範疇。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複雜的綜合性問題,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众多,既有外因也有内因,外因指的是模具工作时的外界环境,其中包括:工作条件,设备条件,使用过程中的维护、保养,被加工零件的材料,壁厚、尺寸,形状等等。内因所指的是:模具本身材质的冶金质量、机械加工工艺规范、热加工工艺制度,其中包括毛坯锻造及热处理以及模具结构的合理性、工艺设计方案的先进性以及配合精度的确切性等等。如果我们对以上所提到的各个方面都处理得当,模具的耐用性会得到确切的保障。

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;材質的潔淨度;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,達到國家鋼材的標准規範等等。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後,能夠達到上述予期的目的。

当前的多向墩拔的锻造工艺是值得采用的。其主要的特点是在锻造时变形均匀,容易锻透,使碳化物细碎,全面改善了组织。所要注意的是,通常高合金模具鋼的导热性较差,塑性低,变形抗力大,锻造温度范围狭窄。如在锻造时加热不足,锻件易碎断或产生内裂纹,冷却不当时,则在锻件中有网状碳化物或冷裂纹的危险。为此,在加热规范中,要求特别重视的是始锻温度及终锻温度。控制始锻温度,主要是为了取得最佳的塑性和获得最小的变形抗力。控制终锻温度的上限,是使晶粒不致长大或析出网状碳化物等缺陷;而控制了下限,是为了防止降低塑性,引起锻造裂纹或产生过大的内应力。对于3Cr2W8 V钢,在加热温度为1130~11600C时,始锻于1080~1120 0C,终锻于900-8500C,则较为理想。在冷却规范中,既要防止在Ar或Arm以上,由于冷却速度慢而析出网状碳化物,又要防止冷却速度过快,由于内应力过大,而有形成冷裂纹的危险。

此外,对于3Cr2W8V含钨热模钢,为了使锻坯的组织均匀,降低硬度,便于切削加工,则要求退火。在退火工艺上,值得研究的是,如采用Aci以上的持续退火工艺是不足取的,这样有可能形“成稳定的WC及WZC型的碳化物,降低了钢的淬硬性及淬透性。如采用高温退火的软化处理,不仅能得到细小的珠光体,而且带来了操作简便,周期缩短,不易氧化脱碳等优点。高温退火的软化工艺规范为。加热到Aci,(850 0C),在750一780 0C烧透,保温1012小时,保温终了后随炉温到600 0C后空冷。

3把好模具材質的初步檢驗關

从生产角度出发,为了方便、迅速,可采用磨火花鉴别法。当前,由于某些管理上的问题,有时会出现钢种的误用,这将为生产带来不可弥补的损失。因此,可进行磨火花作为初检的内容。3Cr2W8V钢的火花。较其他钢种有明显的差别。火束细而短,发出暗色光,无火花爆裂现象,流线呈暗红色,尾部有点状的狐尾花点。其次值得采取超声波探伤,检查出坯料中隐藏的缺陷。其目的一方面是为了防止在锻造过程中,因材质问题达不到锻件的要求而报废,另一方面由于未能查出隐患,在投入大量的加工人工及材料,化费了很长的周期以后,最终却功亏一笋。其他检验项目及依据如下:关于疏松可按YB9-68来评定,残留网状碳化物及共晶碳化物的不均匀度,可按GB1299-77来检验。钢材晶粒度的测定法,我国为YB27-64,也可参照美国ASTM112-74,日本JISG0551-77,苏联r OCT5639-650钢材脱碳层深度的测定,只有工503837-76及日本JISG0538-77标准。淬硬层深度的测定,有日本JISG0557-77标准,IS02939-73规定从表面测至HV550 (1 kgf负荷下测量)处。在抛光过程中如出现局部麻面或类似砂眼等缺陷时,那极可能是氧化夹杂物的聚集所在。

4精心設計模具的結構

模具設計的內容極爲豐富,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,成爲斷裂的根源。斜度值的不合理,引起抽芯,開模或取件時的擦傷。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。金屬液進入型腔後形成的渦流,由于渦心部分的流速爲無窮大,對模面起到強烈的镂蝕作用,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,過早地産生熱疲勞,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,在這裏,一方面固然是爲了提高生産效率的需要。但是從另一個角度來看,也是爲了減少鑄件的留模時問,爲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,産生熱沖蝕。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。爲此,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産生爆裂,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。爲此對合金進行精煉除氣,一方面乃是出于淨化合金液的需要,而在避免産生氣蝕作用,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,成爲裂紋源。在這個問題上,除了塗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範

作爲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。作爲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爲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。

目前大部分工厂对压铸模所取的淬火温度为1050-1100 ℃,进一步提高淬火温度的呼声很高,但是也其有利弊。众所周知,随着淬火温度的提高,其有利方面如下:

1)更多的碳化物溶入奧氏體,將使淬火後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,並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。如奧氏體化溫度爲10500C時,晶粒度等級9^-10級,奧氏體化溫度爲11500C時,晶粒度等級爲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,個人認爲,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爲重要,提高淬火溫度將可進一步發揮3Cr2W8V鋼作爲壓鑄模材料的潛力,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℃,略低于最後淬火溫度,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鋼的成分在允許範圍內有波動,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,這樣可使淬火後仍能獲得較細的晶粒。回火溫度的選擇:通常認爲回火到硬度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。如淬火溫度爲1050~10750C時,回火溫度爲560-6000C;淬火溫度爲1100、1150℃時,回火溫度應取600~6500C。回火次數對于鋁合金模具爲兩次到三次,對于銅合金模具則爲三次,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爲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,生産效率高。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,在工件的表面産生並完成一系列包括:重熔,沈識,擴散、化合及淬硬的過程,使被塗複的工件表面形成一層成分均勻,結構致密,高硬度的碳化鎢沈積層.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。經強化後的模具,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,並通入氨氣,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,氮化鐵及碳化鐵爲止,經600℃溫度處理後,其表面硬度達到HV750。在氮化處理方面,以氣體軟氮化爲最好,經處理後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,爲單相£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産周期短,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爲適宜,其最佳工琶如下:50%甲醇寫50%氨,在5800C加熱滲氮,保溫4.5小時軟氮化後油冷。

8采用良好的操作規範

操作規範中首要的問題是生産前模具的予熱。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,己成爲提高模具壽命,增加生産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爲依據。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,並且實現邊界條件,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,那麽就可以在電模型上模擬熱原件上的傳熱現象出來,對生産起到指導性作用。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,都可爲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産生應力松弛,成爲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。對于重量爲100克的鋁合金壓鑄件,模具在使用25000次以後,就應進行去應力回火;重量爲100--500克,爲10000次;大于500克爲5000次。對于同樣重量的銅合金鑄件,其間隔分別爲3000次,2000次和1000次。

塗料的複膜性對保護模具材料起到重要的作用。凡是塗料未能勻複之處,皆有受到侵蝕的危險。美國對于模具表面噴塗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。他們認爲:噴塗到高溫度模具上塗料的液滴,會産生高的蒸汽壓力,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,塗料液滴應先成球狀與型面接觸,然後攤平成橢圓形而增加了接觸面積,再進一步鋪開成膜,達到均勻複蓋的目的。爲此要求模具溫度不宜超過所謂“潤濕溫度”範圍。其最佳方案是提高噴塗壓力,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。在生産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迹處,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,産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,加工後型面易形成細微裂紋,有必要進行抛光處理。目前超聲波抛光應用日廣,比人工抛光效率可提高1-2倍。

10 模具磨损后后道工序的处理

采用电火花碳化钨表面强化工艺,乃是一项减少表面冲蚀,防止金属与模面咬合,提高使用寿命的有效途径之一。此法既可作为修复模具的手段,也可在新模具正式投入使用前,对型腔,型芯,浇注系统部分工况条件特别差的部位,进行有选择性的表面强化处理。国内已设计并研制成功低压等离子喷涂机组,可将工件置于低压真空条件下进行等离子喷涂,使工件获得高强度,耐高温,耐腐蚀等特殊涂层。如采用堆焊技术用于修复己破坏的模具,采用(D2. 5~3毫米堆337焊条是成功的。氧乙炔焰合金粉末(Ni45)喷焊型腔及修补冲头也是可行的。

高壓鑄模具鋼的使用时间延长,主要是通过上面介绍的这10个方面来进行的,对于专业做模具鋼的厂家而言,也是需要从这几个方面来入手的,可以咨询了解下旺彩网官网下载有限公司,如需了解更多关于模具鋼的知识可以阅读下《SKD61模具材質對拉絲模壽命有什麽樣影響?》。

此文關鍵字:模具鋼

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