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压铸模具淡化延长使用寿命

文章出处:铭意五金发表时间:2016/6/4 14:42:56 字体大小:【
      对于压铸模具,特别是铝合金压铸模具,由于铝合金熔点较高,压射速度较快,压射压力大,模具寿命相对于注塑、低压铸造等模具要低很多,一般在四万至十几万模次。因此,如何延长压铸模具寿命更值得我们研究、探讨。
一、影响压铸模具的因素
从压铸模具的使用特性来看,模具损坏无法使用主要表现几点:一是模具老化,表面龟裂,影响外观,同时由于龟裂造成零件表面出模拉伤或铸件变形,造成模具无法使用;二是模具开裂,无法使用;三是模具故障频繁如滑块卡死,模具窜铝等造成模具无法使用,或勉强使用压铸效率极低。
而造成压铸模具损坏的主要原因是:压铸模具在使用中,一方面模具受铝液的高速冲击以及高压冲击,压射过程实际上是喷射过程,在压铸过程中一般内浇口速度达到30-70/秒,而填充压力一般在400-900公斤/平方厘米,冲击的压力和速度都非常大;另一方面,铝液温度较高,压铸模具一直处于热涨冷缩的往复疲劳状态,模具型腔部分温度基本上一直在160-350度来回变化,模具急冷急热,不停的热涨冷缩。因此,模具损坏主要的是受冲击、受压、涨缩,造成疲劳,或变形、或表面龟裂、或整体开裂,造成模具损坏。因此模具延寿应主要从减少冲击速度、压力,降低温度、减少涨缩以及提高抗疲劳强度、提高抗冲击等方面入手。
二、提高压铸模具寿命途径
提高压铸模具寿命途径很多,应该主要从四个方面入手:一是模具材料,二是模具设计,三是模具制造,四是模具使用和维护。
(一)模具材料
模具材料以及材料的热处理是影响模具寿命的主要因素,模具材料包括型腔材料和套板材料。
1.型腔材料
型腔材料以及热处理是影响模具寿命的主要直接因素,前面讲到模具损坏在型腔上主要表现为两种形式,一是开裂,二是表面龟裂。根据不同的铸件要求以及不同的压铸条件选择合适的模具钢,以及优化的热处理工艺,是延长模具寿命的重要途径。
在选择型腔材料时,我们应从三个方面进行考量,一是模具钢要具有抗裂纹扩展及延伸的能力,从而避免模具的整体开裂,欧洲,日本不同厂家现在生产的改良型H11H13钢都把提高压铸用模具钢的韧性与延展性放在了首位。简单地讲,高的韧性与延展性能够提高钢的抗热疲劳性能从而提高模具寿命;二是材料的金相分析,显微组织结构决定了钢材的性能而不仅仅是合金元素,金相组织越细小冲击功越高。金相组织一方面取决于材料本身的特性,另一方面取决于热处理;三是材料内部质量,压铸模具型腔材料一般为锻造钢坯,内部容易存在微裂纹,及时发现和避免是十分关键的。为此,辉旺公司配置了冲击试验机、金相分析仪以及探伤机,进行材料的控制,对热处理的效果进行确认,确保模具质量,延长模具寿命。但是,目前国内大部分压铸模具制造企业,普遍缺乏检测设备,从而无法在前期做好模具材料以及热处理效果的控制,从而影响模具寿命,这一点应引起重视。
在模具型腔热处理方面,热处理工艺是影响模具寿命非常重要的因素,有两个问题非常关键,一是热处理工艺,特别是热处理时高温保持时间,根据零件的尺寸大小、形状等选择合适的工艺。而有的热处理厂家,为了节约成本,将多种特性不相同的零件放到一起进行热处理,或者为了节省费用,减少高温保持时间等等,都会影响模具寿命。如果材料热处理淬透性差,俗话说得没有淬透,会大大影响模具寿命,因此,淬火速率应当越快越好。二是淬火硬度选择,型腔热处理硬度,通常在HRC43-52度之间,在很多压铸模具制造企业,在选择模具硬度时普遍一致,大部分在HRC44-46。实际上模具型腔热处理硬度应根据铸件合金材料、铸件的特性、压铸工艺以及铸件质量特性等,综合考量进行选择材料以及热处理。材料在不同硬度下,其表现也不尽相同。型腔硬度偏高,模具越不容易粘模,但是容易出现开裂,而硬度偏低容易粘铝,但是模具不容易出现开裂;压铸锌合金或镁合金,模具型腔热处理硬度尽量偏高,可以延长模具寿命。因此,选择合适的材料以及热处理硬度,同样可以延长模具寿命,这也是我们应该深入研究的课题。
2套板材料
套板材料包括滑道、压条材料等同样是影响模具寿命的因素。压铸是一个高压铸造过程,压铸比压一般在400-900公斤/平方厘米,作用在压铸型腔上的冲击压力是非常大的。而套板作为型腔的固定以及滑块滑动、锁紧等是非常重要的。如果选择不当,同样影响模具寿命。因此,必须根据不同的铸件要求以及不同的压铸条件以及型腔材料来选择合适的套板材料。目前,我们国家压铸模具套板以往大部分采用球墨铸铁或铸钢,最近几年才部分采用了S50C锻钢,并调质处理,从实际效果上,比以往有了较大改进。而国外有采用P20调质预应钢或4140淬火,尽管增加了模具成本,但是大大提高了套板的稳定性,延长了模具寿命,这值得我们借鉴。
(二)模具设计
压铸模具设计是影响压铸模具寿命的另一重要因素,模具设计的优劣,直接影响压铸模具寿命。因此,在压铸模具设计时必须根据铸件的特性,充分考量影响模具寿命的因素,合理地设计模具结构,要在前期对于影响模具寿命的铸件设计及时提出改进意见,或采取合理的措施予以解决。在模具设计时应该从如下几个方面加以关注。
1.模具强度是否足够;
模具强度是否足够是影响模具寿命的重要因素,对于这一点中国目前大部分企业,包括压铸企业在采购模具时,普遍特别关注模具价格,甚至认为,只要能压铸出合格产品就行,对于模具大小,模具强度是否足够没有引起足够重视。同时,很多压铸模具制造企业为了取得订单,往往把模具价格压低,而在模具制作时能省则省,以降低成本。模具强度如果不够不仅影响模具可靠性,也影响模具寿命。实际上从压铸生产的角度来看,这样的模具并不经济。压铸模具如果强度不够,刚性差,模具在不断的受冲击、受压的情况下,就会过早的开裂。并且由于封铝面太少,会造成模具窜铝,不及时清理又压踏模具,造成模具损坏。因此,在模具设计时必须充分考虑模具强度,确保模具寿命。
2.模具内浇口速度是否合适,应尽量偏低;
压铸模具内浇口的设计既是影响铸件质量的重要因素,同时又直接影响压铸模具寿命,因此在压铸模具设计时必须高度重视。压铸模具内浇口速度越快,对模具型腔的冲击越大,模具型腔的瞬间升温越大,模具越容易出现表面龟裂或开裂。压铸模具内浇口一般在30-70/秒为宜,并且在确保产品质量的情况下,尽量偏低,这样,可以降低对模具的冲击,从而延长模具寿命。
3.模具滑块锁紧块强度是否足够;      
由于压铸是高速、高压,压铸模具滑块受的冲击力非常大,压铸比压一般选择在400-900公斤/平方厘米,以滑块投影100×100mm,为例,作用力就有40-90吨之大,因此,目前很多压铸模具企业在设计模具时普遍为了节省材料,模具设计偏小,锁紧块不够大,强度不够,从而造成滑块锁不住。不但会影响铸件质量,同时,容易造成窜铝,造成滑块卡死,造成模具锁紧部分变形或开裂,从而损坏模具,影响模具寿命。因此在设计模具时必须确保模具滑块锁紧块强度足够,确保模具的可靠性,延长模具寿命。
4.模具型腔封铝面是否足够;
由于压铸是高温、高速、高压,压铸模具窜铝是时有发生的,究其原因,除了压铸参数选择不当,压射速度过快,压力太大,锁模力不够等以外,模具设计不合理,封铝面不够也是其中重要的原因。如果模具窜铝,一方面直接影响铸件的内部质量,另一方面,由于在压铸过程中,没有及时或难以清理,这样会把模具挤坏,造成模具分型面塌陷。更严重的在有滑块结构的模具中,如果窜铝窜到滑块间隙里,在合模时由于锁模力非常大,会把滑块或滑块座挤坏,甚至挤裂模架。这样的现象在压铸企业里经常发生。究其原因,主要是压铸企业或模具制造企业为了节省费用,把模具做的过小,封铝面不够大而造成的。有一个现象,值得我们反思,日本人是很节约的,但是,日本人做的压铸模具基本上比中国大部分厂家做的模具大,为什么?因为压铸模具如果仅仅考虑成本,而忽略了模具最关键的特性,即:可靠性、成品率、生产效率、寿命,将是得不偿失。这也是中国压铸模具与国外先进国家模具的差距所在。这个观念不仅仅是压铸模具制造企业需要改变,同样也是压铸模具使用企业应该扭转的。
因此,在设计模具时应高度关注封铝面特别是在滑块部位的封铝面,必须足够,以确保不窜铝,从而延长模具寿命。
5.模具冷却(加温)设计是否合理,模具温度场是否合理;
模具冷却水设计在压铸模具的设计中是至关重要环节,在中国大部分压铸模具制造厂家,往往对于浇注系统非常重视。很多厂家在使用模流分析软件时,往往对于填充部分研究得很多,而对于模具温度场变化研究的不多。实际上在压铸生产中,模具冷却、模具温度场变化,对于生产效率、铸件质量以及模具寿命都是至关重要的。如果模具冷却(加温)系统设计合理,不但会提高压铸节拍,提高生产效率,提高铸件质量,同时也可以延长模具寿命。
压铸过程,是一个压铸模具急冷急热的过程,如果压铸模具冷却设计的不合理,不靠模具本身内部的冷却平稳的降温,靠喷涂的外冷急剧的从模具型腔表面降温,模具型腔的温度变化会加大,从而加大疲劳速度,既造成了涂料的浪费,降低了生产效率,又对模具的寿命也影响巨大,会大大降低模具寿命。因此,优化模具冷却(加温)设计是提高模具成品率、生产效率的关键,同时也是延长模具寿命的非常重要途径。
6.易损部位是否镶拼;
为了延长模具寿命,在模具设计时,我们应尽量对于易出现模具开裂、模具损坏的部位进行镶拼,一方面,便于维修,便于更换;另一方面,镶拼接缝可以阻隔开裂的延展。也避免了局部开裂延展到其他部位,从而延长模具寿命。
7.减少应力集中的尖角;
尖角处容易应力集中,因此,对于压铸件,转角处的尖角,无论从铸件的浇注过程,还是铸件质量,以及压铸模具寿命都是影响非常大的。因此,在前期与铸件设计人员探讨问题时,应非常关注铸件的转角,能大的尽量加大,这一点非常重要。
8.采用先进的技术;
为了延长模具寿命,包括中国在内的很多科技人员都在积极探索一些新的技术,如表面新的渗氮技术、镀钛,表面微细网格延寿技术等等。因此作为压铸模具的制造企业,作为压铸模具设计人员,积极探索新的技术,及时跟踪先进技术,适时采用新的技术提高模具寿命,也是提升压铸模具水平、提升企业技术水平的有效途径。辉旺公司在这方面进行了探索,应用了很多新的技术,取得了很好的效果。