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提高压铸模具寿命—细节决定成败

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        提高压铸模具寿命细节决定成败



提高压铸模具的寿命,是压铸行业一直的追求。产品生产者通常要求模具生产者提供寿命保证。模具生产商通常把模具寿命保证的希望寄托在模具材料上,希望优质的模具材料能解决一切问题!优质的模具材料能解决一切问题吗?答案显然不那么肯定!

只有系统地考虑模具设计、制造、服役、维护等各个方面的问题,遵循科学规律,才能真正在保障压铸产品质量的前提下,尽可能地提高压铸模具的寿命。

模具设计

通常在模具设计阶段,建议注意以下几点:

1:选择合适的R角。R角开裂在压铸模具早期失效中经常发生,实验证明R角小于1mm时,材料的抗开裂的能力下降(图1),通常在压铸模具中有机械应力和热应力存在,热应力和温度变化和模具使用温度相关。因此,参考各类模具的使用温度,一般建议锌压铸R>0.5mm,铝压铸R>1.0mm,铜压铸R>1.5mm

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1 冲击韧性和R角的关系(H13材料,硬度46-47HRC

 

2:要绝对保证模具的强度和刚度,防止模具使用过程中变形,降低模具寿命,因此,模壁要留有足够的厚度,通常建议:型腔到外表面的距离>50mm;型腔深度与模具厚度的比<1:3 浇口与型腔壁距离>50。另外,优化模架结构,也非常重要。在各个设计规范中对模架的设计都有表述,需要提到一点,对于长寿命模具,使用预硬钢(ASTM 41404340(对应GB 42CrMo40CrNiMoA)718 )能有效提高模架的抗压塌性能。

3:采用镶件,对于易损坏或强度较少的部分分开成为下镶块,并且对于长寿模具建议推杆孔采用镶套。

4:浇口要远离型腔壁,型芯,镶块。

5:要在型腔面和冷却水道之间留有足够的距离,较短的距离会加大由于温度剧烈变化导致的热应力,过大的距离则没有冷却效果(参见图二)。水孔壁离型腔一般建议为25mm,浇口处为28mm;角部型腔面距冷却水道的距离>50mm。如果水冷,孔径建议为9-12mm,油冷;孔径建议为12-15mm;通常多且细冷却水道冷却效果比少数粗大的冷却水道冷却效果要好。 

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2.离型腔表面一定距离的温度变化曲线

 

模具制造

在模具制造阶段,建议注意以下几点:

1:采用推荐的模具加工流程  毛坯入厂检普通粗加工(1.5mm留量) NC数控加工(1.0-1.5mm留量) 模具去应力(简单模具可以不采用NC半精加工(留量0.5-0.6mm) 模具真空热处理(一次淬火,三次回火) 热处理后检NC数控精加工到三坐标检验数控合EDM电火花粗加工及WEDM线切EDMWEDM的三坐标检验合EDM精加工(使白层最少)EDM精加工三坐标检验合模具去应力(消除电加工应力)去电加工白层,抛模具装模具检试模(2030)样品三坐标检验、客户确模具去应力或表面处模具入库包装

2:避免在型腔表面残留电加工白层,电加工后,材料表面由外到内依次形成熔化及再凝固层-再淬火层-再回火层-基体(参见图3)。熔化及再凝固层由于不容易被腐蚀剂腐蚀,使用金相显微镜观察时为白色,通常简称白层。白层及再淬火使材料表面硬度升高,再回火层降低了材料表面硬度,这样的结构类似鸡蛋壳及下面的蛋青,在外力作用下特别容易破裂,成为早期开裂的微裂纹。
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3EDM加工后材料表面组织分层及相应的硬度分布

因此,在模具制造过程中要彻底去除熔化及再凝固层(白层)、再淬火层、再回火层。通常建议电加工应分多次进行,最后阶段采用低电流、高频率参数,降低白层厚度。完毕后用比原先回火温度低25的温度再回火一次以达到去应力目的。最后用砂纸或油石对加工表面进行研磨或抛光(建议采用专用的电火花油石),彻底去除表面电加工影响层。

3:避免转角处的粗磨痕迹,粗磨痕迹通常是由模具加工使用的电动工具残留的,留有较大的残留应力,容易成为早期开裂的裂纹源,并且位于转角时更容易发生早期开裂。

4:避免表面过度抛光,特别光亮的表面不利于脱模剂的附着,通常建议压铸模具表面抛光至200#-600#砂纸。

5:对容易发生粘膜的模具建议浅氮化或氧化处理。粘模是指在熔融金属和型腔表面发生的化学反应,导致铸件和模具发生粘接,粘膜通常和铝液温度、成分、模具的冷却相关。通过表面浅氮化或氧化(最好是浅氮化+氧化)处理,可以隔开压铸金属和模具材料的直接接触,减少粘模失效的发生。

6:注意配合间隙及滑动元件的润滑,推杆位置及数量直接影响到铸件从模具型腔内的顺利推出,要防止铸件粘模,严重的粘模现象要通过火焰烘烤才能使之从型腔内清理出来,还可能采取手工剔除的方法清理余渣,这些手段会破坏模具材质的强度及模具型腔表面的保护层,进而降低模具寿命,一般情况下推杆、滑块等滑动元件必须进行适当的润滑,间隙适中,一般情况下:推杆间隙0.05-0.1;滑块间隙0.1-0.3。并且,型芯、滑块、推杆等滑动元件的寿命也应该受到重视,这部分元件直接影响到模具的生产效率,可以大大降低模具的更换时间和频率,提高单位时间内的铸件产量。

7:调整模具装配,提高模具寿命和生产效率,对滑块多的模具来说,必须保证配合面的着色面积,合模后着色面积要大于80%,这样才能保证配合面不积留铝。装配时要对模具间隙进行仔细调整,保证模具各个滑动部位滑动自如,定位准确,导滑顺畅,防止滑动元件间因间隙不合格而产生焊合拉扭现象,有效提高模具寿命和生产效率。

生产维护

任何优质的模具,如果使用不当,也很容易出现早期失效,在模具服役阶段,要采取各种措施来降低模具表面的热应力及机械应力,防止模具早期失效;建议采取以下措施:

1:在保证压铸质量的前提下,尽量降低金属液温度,有数据表明,铝液温度提高20,会缩短20%的模具寿命。

2:采用正确的方法将模具预热到足够高的温度,如在开始阶段降低活塞速度,开始的5-10次采用比较低的注入速度,采用气体火焰或电加热器进行加热。并且根据压铸合金种类选择合适的预热温度,一般在150 350之间,薄件预热温度稍高些。

推荐预热温度铅锡合金-100-150 锌合金-150-200 镁合金-180-300 铝合金-180-300 铜合金-300-350

3:用正确的方法冷却模具,如果用水冷却,预热水温到 50°C;不要通过长时间喷涂脱模剂,来降低模具温度;在压铸间隙停机时,减少脱模剂喷涂量,这样可以避免模温降的太低;在模具热的时候不要打开冷却水.

4:不要采用过高的注入速度,避免模具受到较大的机械应力及加大侵蚀风险,通常建议铝压铸内浇口速度为20 m/s60 m/s,最小速度为18m/s,真空压铸内浇口速度15 m/s30 m/s。镁压铸内浇口速度40 m/s90 m/s,最小速度为27 m/s,锌压铸内浇口速度30 m/s50 m/s,最小速度为12 m/s,铜压铸内浇口速度20 m/s 50 m/s

5:在模具使用过程中保证在使用一段时间后进行去应力处理,当模具表面出现细微裂纹时,应立刻对模具进行去应力处理,避免模具表面的累计应力通过开裂的方式释放。采用最新的ABP处理,不但能进行去应力处理,而且还能提供模具表面强化的效果。

在实际产品生产中,通常建议按照以下规律进行去应力处理,试模阶1000 2000 5000 10000后续每10000 20000模次。

以低于先前最高回火温度 25°C的温度进行去应力回火,热透后保温2小时。

结论

本文针对模具设计、制造及使用维护过程中的一些看似简单,但又常常被忽略的细节作以强调。但是,细节决定成败,只要对上述设计、制造、使用及维护过程中的细节给予足够重视,必将在很大程度上提高模具的寿命。


2018年7月7日 18:30
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