压铸模损坏原因及预防措施

日期: 2017-01-20  来源:51模材网  点击数:  

  模具损坏分析


  在压铸生产中,模具损坏最常见的形式是裂纹、开裂。应力是导致模具损坏的主要原因。热、机械、化学、操作冲击都是产生应力之源,包括有机械应力和热应力,应力产生于:


  一.在模具加工制造过程中


  1、毛坯锻造质量问题。有些模具只生产了几百件就出现裂纹,而且裂纹发展很快。有可能是锻造时只保证了外型尺寸,而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉长,形成流线,这种流线对以后的最后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大。


  2、在车、铣、刨等终加工时产生的切削应力,这种应力可通过中间退火来消除。


  3、淬火钢磨削时产生磨削应力,磨削时产生摩擦热,产生软化层、脱碳层,降低了热疲劳强度,容易导致热裂、早期裂纹。对H13钢在精磨后,可采取加热至510-570℃,以厚度每25mm保温一小时进行消除应力退火。


  4、电火花加工产生应力。模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层,又硬又脆,这一层本身会有裂纹,有应力。电火花加工时应采用高的频率,使白亮层减到最小,必须进行抛光方法去除,并进行回火处理,回火在三级回火温度进行。


  二.模具处理过程中


  热处理不当,会导致模具开裂而过早报废,特别是只采用调质,不进行淬火,再进行表面氮化工艺,在压铸几千模次后会出现表面龟裂和开裂。


  钢淬火时产生应力,是冷却过程中的热应力与相变时的组织应力叠加的结果,淬火应力是造成变形、开裂的原因,固必须进行回火来消除应力。


  三.在压铸生产过程中


  1、模温


  模具在生产前应预热到一定的温度,否则当高温金属液充型时产生激冷,导致模具内外层温度梯度增大,形成热应力,使模具表面龟裂,甚至开裂。


  在生产过程中,模温不断升高,当模温过热时,容易产生粘模,运动部件失灵而导致模具表面损伤。


  应设置冷却温控系统,保持模具工作温度在一定的范围内。


  2、充型


  金属液以高压、高速充型,必然会对模具产生激烈的冲击和冲刷,因而产生机械应力和热应力。在冲击过程中,金属液、杂质、气体还会与模具表面产生复杂的化学作用,并加速腐蚀和裂纹的产生。当金属液裹有气体时,会在型腔中低压区先膨胀,当气体压力升高时,产生内向爆破,扯拉出型腔表面的金属质点而造成损伤,因气蚀而产生裂纹。


  3、开模


  在抽芯、开模的过程中,当某些元件有形变时,也会产生机械应力。


  4、生产过程


  在每一个压铸件生产过程中,由于模具与金属液之间的热交换,使模具表面产生周期性温度变化,引起周期性的热膨胀和收缩,产生周期性热应力。如浇注时模具表面因升温受到压应力,而开模顶出铸件后,模具表面因降温受到拉应力。当这种交变应力反复循环时,使模具内部积累的应力越来越大,当应力超过材料的疲劳极限时,模具表面产生裂纹。


  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


  压铸件结构设计的注意事项


压铸件结构设计的注意事项

  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3Cr2W8V工艺性能不好,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。

41.9K

最新文章