浅谈如何提高压铸模寿命.doc
模具热处理技术的走势 模具的制造精度:组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形,从而降低模具的精度,甚至报废。 模具的强度:热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好,造成被处理模具强度(硬度)达不到设计要求。 模具的工作寿命:热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等,导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降,影响模具的工作寿命。 模具的制造成本:作为模具制造过程的中间环节或最终工序,热处理造成的开裂、变形超差及性能超差,大多数情况下会使模具报废,即使通过修补仍可继续使用,也会增加工时,延长交货期,提高模具的制造成本。 正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性,使得这二种技术在现代化的进程中,相互促进,共同提高。近年来,国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。 一、模具的真空热处理技术 真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术,它所具备的特点,正是模具制造中所迫切需要的,比如防止加氧化和不脱碳、真空脱气或除气,消除氢脆,从而提高材料(零件)的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素,决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。 按采用的冷却介质不同,真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件(如模具)真空加热的优良特性,冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要,模具淬火过程主要采用油冷和气冷。 对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面,淬火后尽可能采用真空回火,特别是真空淬火的工件(模具),它可以提高与表面质量相关的机械性能。如疲劳性能、表面光亮度、腐蚀性等。 热处理过程的计算机模拟技术(包括组织模拟和性能预测技术)的成功开发和应用,使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量(甚至是单件)、多品种的特性,以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点,又使得模具的智能化处理成为必须。模具的智能化热处理包括:明确模具的结构、用材、热处理性能要求:模具加热过程温度场、应力场分布的计算机模拟;模具冷却过程温度场、相变过程和应力场分布的计算机模拟;加热和冷却工艺过程的仿真;淬火工艺的制定;热处理设备的自动化控制技术。国外工业发达国家,如美国、日本等,在真空高压气淬方面,已经开展了这方面的技术研发,主要针对目标也是模具。 二、模具的表面处理技术 模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外,其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指:耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善,单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的,也是不经济的,而通过表面处理技术,往往可以收到事半功倍的效果,这也正是表面处理技术得到迅速发展的原因。 模具的表面处理技术,是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术,改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态,以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上,又可分为:化学方法、物理方法物理化学方法和机械方法。虽然旨在提高模具表面性能新的处理技术不断涌现,但在模具制造中应用较多的主要的渗氮、渗碳和硬化膜沉积。 渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方式每一种渗氮方式中,都有若干种渗氮技术,可以适应不同钢种不同工件的要求。由于渗氮技术可形成优良性能的表面,并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调,同时渗氮温度低渗氮后不需激烈冷却,模具的变形极小,因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早,也是应用最广泛的。 模具渗碳的目的,主要是为了提高模具的整体强韧性,即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性。由此引入的技术思路是,用较低级的材料,即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料,从而降低制造成本。 硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。为了增加膜层工件表面的结合强度,现在发展了多种增强型CVD、PVI)技术。硬化膜沉积技术最早在工具(刀具、刃具、量具等)上应用,效果极佳,多种刀具已将涂覆硬化膜作为标准工艺。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下,硬化膜沉积技术(主要是设备)的成本较高,仍然只在一些精密、长寿命模具上应用,如果采用建立热处理中心的方式,则涂覆硬化膜的成本会大大降低,更多的模具如果采用这一技术,可以整体提高我国的模具制造水平。 三、模具材料的预硬化技术 模具在制造过程中进行热处理是绝大多数模具长时间沿用的一种工艺,白上个世纪70年代开始,国际上就提出预硬化的想法,但由于加工机床刚度和切削刀具的制约,预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度,所以预硬化技术的研发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高,模具材料的预硬化技术开发速度加快,到上个世纪80年代,国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30(目前在60以上)。我国在上世纪90年代中后期开始采用预硬化模块(主要用国外进口产品)。 模具材料的预硬化技术主要在模具材料生产厂家开发和实施。通过调整钢的化学成分和配备相应的热处理设备,可以大批量生产质量稳定的预硬化模块。我国在模具材料的预硬化技术方面,起步晚,规模小,目前还不能满足国内模具制造的要求。 采用预硬化模具材料,可以简化模具制造工艺,缩短模具的制造周期,提高模具的制造精度。可以预见,随着加工技术的进步,预硬化模具材料会用于更多的模具类型。模具制造中的高速铣削与精密电火花加工高速铣削加工(HSM或HSC)一般采用非常高的铣刀转速,较快的进给量,非常小的径向与轴向铣削深度对模具进行铣削加工。在铣削时,大量的铣削热被切屑带走,因此工件的表面温度较低,工件变形小,可切削较硬的表面,给现代模具加工带来了新的加工技术。 (1)改善了工件的加工精度和表面质量。高速铣床必须具备高刚性高精度等性能,同时由于铣削力低,工件热变形减少,高速铣削的加工精度很高。铣削深度较小,而进给较快,加工表面粗糙度很小,铣削铝合金时可达Ra0.40.6,铣削钢件时可达Ra0.20.4。 (2)有利于加工薄壁模具和整体结构式零件。高速铣削铣削力小,有较高的稳定性,可高质量地加工出薄壁模具和整体结构式零件。如高速切削可使飞机大量采用整体结构零件,明显减轻部件重量,提高零件可靠性,减少装配工时。在数码产品或继电器产品中,薄壁模具加工困难,但采用高速铣削技术可以大大改善。能加工出壁厚0.2mm,壁高20mm的薄壁零件。 (3)可加工高硬度高强度的脆性材料,代替部分电火花加工。 目前,高速铣削已可加工硬度达HRC60的零件,进行硬切削。高速铣削允许在热处理以后再进行切削加工,改变了模具的制造工艺,不再是硬材料非得电火花加工的单一模式。 (4)提高了模具的生产率 铣削速度和进给速度的提高,就提高了材料的去除率,加工速度得到一定的提高。同时,可加工淬硬材料,表面质量达到加工要求,无需抛光或电加工,缩短了工艺路线,大大提高了生产率。 电火花加工(EDM) 又称电加工,属于特种加工的技术范畴,是广泛采用的高速铣削加工的重要补充和发展,主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工。现代电火花加工是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法,因些与其他加工方式相比有自己独立的特点: (1)直接利用成型电极或线状的电极丝作为切削工具,不需要专门购买昂贵的刀具,可节约制造费用。 (2)可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不同的工件只需编制不同的控制程序或加工电极,很容易实现自动加工,很适合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工,且加工周期短。 (3)利用电蚀加工原理,电极丝或成型电极与工件不直接接触,两者之间的作用很小,故而电极丝或工具电极不需要太高的强度。 (4)在高速铣削加工中,刀具硬度必须比工件大,而数控电火花加工的电极材料不必比工件材料硬,可节省辅助时间和刀具费用。 (5)直接利用电、热能进行加工,可以方便地对影响加工精度的加工参数(脉冲宽度、间隔、伺服速度等)进行调整,有利于加工精度的提高,便于实现加工过程的自动化控制。 (6)工作液一般采用水基乳化液或专用火花油,可实现浸液加工,冷却状态好。 (7)利用四轴或五轴联动,可加工锥度、上下面异形体或回转体、螺纹等各种零件。 (8)电火花线切割加工由于电极丝比较细,可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。由于切缝很窄,实际金属去除量很少,材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。 近几年来,由于电火花加工解决了加工表面质量问题,再加上自动化智能化一系列的技术进步,使得电火花加工技术有了质的飞跃,其以柔克刚独特的加工性能,目前还找不到哪一种加工技术可以与之竞争。 现代模具制造的发展方向是两者结合,取长补短。 高速铣削是一项系统技术,企业必须根据产品的材料和结构特点,购置合适的高速切削机床,选择合适的切削刀具,采用最佳的切削工艺,以达到理想的高速模具加工效果。电火花加工是高速铣削加工的有力补充和坚强后盾,在高速铣削无法加工的微小区域或复杂区域电加工机床发挥着极其重要的作用。如国外将高速铣削中心与电火花机床并在一起制造,由同一系统控制,称之为模具制造中心。该模具制造中心可实现模具制造的无人化智能化加工。总之,模具企业必需充分发挥两种数控技术的各自优势,并进行优化结合,才能发挥出模具数控机床的最高效率!压铸模零件的热处理、 退火 包括锻造后的球化退火和模具制作过程中的去应力退火两部分。 其主要目的:在原材料阶段进行结晶组织的改良;方便加工而降低硬度;防止加工后变形和淬火裂纹而去除内应力。 ()球化退火。 模具钢经锻造后,钢的内部组织变成不稳定的结晶,硬度高切削困难,且此种状态的钢,内应力大,加工后容易变形和淬裂,机械性能差,为使碳化物结晶变成球化稳定组织须进行球化退火。 ()去应力退火。 对有残留应力的模具钢进行机械加工,加工后会产生变形,如果机械加工后仍留有应力,则在淬火时会发生很大的变形或淬火裂纹。为防止这些问题发生,必须进行去应力退火。 模具制作过程中一般进行三次去应力退火: ()在切削掉原材料体积的以上形状或对原材料厚度深度加工时,加工余量留有,进行第一次去应力退火。 ()在精加工留有余量()时,进行第二次去应力退火。 ()在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 、淬火 设备为高压高流率真空气淬炉。 ()淬火前:采用热平衡法,提高模具加热和冷却的整体一致性。对凡是影响到这一点的薄壁孔、沟槽、型腔等,都要进行填充、封堵,尽量做到模具能均衡加热和冷却;同时,注意装炉方式,防止压铸模在高温时因自重而引起的变形。 ()模具的加热:在加热过程中要缓慢加热(用升温),并采用两级预热方式,防止快速升温造成模具内、外温差过大,引起过大的热应力,同时减小相变应力。 ()淬火温度与保温时间:要采用下限淬火加热温度,均热时间不宜过短或过长,一般由壁厚和硬度来确定均热时间。 ()淬火冷却:采用预冷方式,并通过调节气压与风速,有效的控制冷却速度,使之最大限度地实现理想冷却。即:预冷到后,增大冷却速度,快速通过“”曲线鼻部,模温在以下则逐渐降低冷却速度,到点以下则采用近似等温转变的冷却方式,以最大限度地减少淬火变形。模具冷却到约时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。 3、回火 淬火的模具冷却到约时,就要立即进行回火,以防止继续产生变形,甚至开裂。回火温度由工作硬度来确定,一般要进行三次回火。 、氮化处理 一般压铸模经淬火、回火()后就能使用,但为了提高模具的耐磨性、抗蚀性和抗氧化性,防止粘模,延长模具的寿命,必须进行氮化处理。氮化层深度一般为。氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约左右)。 、几点说明 ()模具的热处理变形是由于相变应力、热应力的共同作用引起的,受多种因素影响。因此,在正确选材的前提下,还要注意毛坯的锻造,要采用六面锻造的方法,反复镦拔。同时,在模具的设计阶段就必须注意,使壁厚尽量均匀(壁厚不均匀时要开工艺孔);对形状复杂的 模具,要采用镶拼结构,而不采用整体结构;对有薄壁、尖角的模具,要采用圆角过渡和增大圆角半径。 在热处理时要作好数据记录,长、宽、厚各方向上的变形量,热处理条件(装炉方式、加热温度、冷却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 ()压铸模的加工一般有两种工艺流程,都是根据实际情况确定的。 第一种:一般压铸模。 锻打球化退火粗加工第一次去应力退火(留有余量)粗加工第二次去应力退火(留有余量)精加工第三次去应力退火(试模后、淬火前)淬火回火钳修氮化。 第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 锻打球化退火粗加工第一次去应力退火(留有余量)淬火回火机、电加工第二次去应力退火(留有余量)机、电加工第三次去应力退火(试模后)钳修氮化。浅谈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、维修以及热处理的问题。 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3Cr2W8VT_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:用油石或研磨去除淬硬层;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。 模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内,尽量降低铝液的浇铸温度,压射速度,提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100130提高至180200,模具寿命可大幅度提高。 焊接修复是模具修复中一种常用手段。在焊接前,应先掌握所焊模具钢型号,用机械加工或磨削消除表面缺陷,焊接表面必须是干净和经烘干的。所用焊条应同模具钢成分一致,也必须是干净和经烘干的。模具与焊条一起预热(H13为450),待表面与心部温度一致后,在保护气下焊接修复。在焊接过程中,当温度低于260时,要重新加热。焊接后,当模具冷却至手可触摸,再加热至475,按25mm/h保温。最后于静止的空气中完全冷却,再进行型腔的修整和精加工。模具焊后进行加热回火,是焊接修复中重要的一环,即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。 模具使用一段时间后,由于压射速度过高和长时间使用,型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成。这些沉积物相当硬,并与型芯和型腔表面粘附牢固,很难清除。在清除沉积物时,不能用喷灯加热清除,这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生,从而成为热裂的发源地。应采用研磨或机械去除,但不得伤及其它型面,造成尺寸变化。经常保养可以使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后,无论试模合格与否,均应在模具未冷却至室温的情况下,进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1/61/8时,即铝压铸模10000模次,镁、锌压铸模5000模次,铜压铸模800模次,应对模具型腔及模架进行450480回火,并对型腔抛光和氮化,以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每1200015000模次进行同样保养。当模具使用50000模次后,可每2500030000模次进行一次保养。采用上述方法,可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。 在冲蚀和龟裂较严重的情况下,可对模具表面进行渗氮处理,以提高模具表面的硬度和耐磨性。但渗氮基体的硬度应在35-43HRC,低于35HRC时氮化层不能牢固与基体结合,使用一段时间后会大片脱落:高于43HRC,则易引起型腔表面凸起部位的断裂。渗氮时,渗氮层厚度不应超过0.15mm,过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落。 3 热处理 热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。由于热处理过程及工艺规程不正确,引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。 压铸模型腔均由优质合金钢制成,这些材料价格较高,再加上加工费用,成本是较高的。如果由于热处理不当或热处理质量不高,导致报废或寿命达不到设计要求,经济损失大。因此在热处理时应注意以下几点: (1)锻件在未冷至室温时,进行球化退火。 (2)粗加工后、精加工前,增设调质处理。为防止硬度过高,造成加工困难,硬度限制在25-32HRC,并于精加工前,安排去应力回火。 (3)淬火时注意钢的临界点Ac1和AC3及保温时间,防止奥氏体粗化。回火时按20mm/h保温,回火次数一般为3次,在有渗氮时,可省略第3次回火。 (4)热处理时应注意型腔表面的脱碳与增碳。脱碳会记过迅速引起损伤、高密度裂纹;增碳会降低冷热疲劳抗力。 (5)氮化时,应注意氮化表面不应有油污。经清洗的表面,不允许用手直接触摸,应戴手套,以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀。 (6)两道热处理工序之间,当上一道温度降至手可触摸,即进行下道,不可冷至室温。4压铸模常见故障原因及排除 常见故障 开 裂,粗裂纹 产生原因1.设计不合理,尖棱尖角;2.模具预热不好,模温低;3.热处理不良;4.型腔表面硬度太高,韧性差;5.操作不当使模具存在较大应力;改进建议 1.改进设计,尽可能加大圆弧;2.提高预热温度;3.重新热处理;4.回火降低硬度;5.按正常操作规章操作; 常见故障龟 裂 产生原因1.模温低,预热不足;2.型腔表面硬度低;3.型腔表面应力高;4.型腔局部脱碳; 改进建议1.提高预热温度;2.成型淬火、氮化,提高硬度;3.回火消除应力;4.去除脱碳层后渗氮 常见故障磨 损,冲 蚀 产生原因1.型腔表面硬度低;2.表面脱碳;3.型腔表面残余应力高;4.浇注速度过块;5.铝液熔融温度高; 改进建议1.成型淬火、氮化,提高已硬度;2.去除脱碳层后渗氮;3.回火消除应力;4.在工艺范围内,降低压射速度;5.在工业范围内,降低液温; 常见故障粘 膜,拉 伤 产生原因1.设计与模具材料不合理;2.热处理硬度不足;3.型腔表面粗糙;4.有色金属液中含铁量大于0.6;5.所用脱模剂不合格;6.浇注速度过快; 改进建议1.改进设计和重新选材;2.重新热处理提高硬度;3.精抛型腔表面,抛光纹理方向与模一致4.降低铁含量;5.重新换合格、纯净的脱模剂;6.在工艺范围内,降低压射速度; 压铸模具使用注意要点在压铸行业当中,正确认识和使用压铸模具,可以更好的提高压铸件的质量和压铸模具的寿命。 压铸模的使用特点: 在压铸过程中,压铸模的成形零件工作条件极其恶劣,它们经受机械磨蚀、化学侵蚀和热疲劳的反复作用。 1) 金属液在高压、高速下进入型腔,对模具成形零件的表面产生激烈的摩擦和冲击,使模具表面产生侵蚀和磨损。 2) 金属液在浇注过程中难免有熔渣带入,熔渣对成形零件表面产生复杂的化学作用,如铜合金中的锌较快地扩散到模具表面,形成一种较脆的化合物,铝和铁的化合物像尖劈一样,加速了裂纹的形成和发展。 3) 热应力是模具成形零件表面产生裂纹的主要原因。在生产每一个压铸件过程中,成形件表面除了受到金属液的高速、高压冲刷外,还存在着吸收金属在凝固过程中放出的热量,产生了热交换。此外由于模具材料热传导的关系,使成形件表面层温度急剧上升,与内部产生很大的温差,从而产生内应力。当金属液充填型腔时,型腔表层首先达到高温而膨胀,而内层模温较低,相对的膨胀量小,使表层产生压应力。开模后,型腔表面与空气接触,受到压缩空气及涂料的激冷而产生拉应力。这种交变应力随着生产的延续而增长,当超过模具材料的疲劳极限时,使表面层产生塑性变形,在晶界处产生裂纹。 为了保持型面的耐用,要求型面具有热疲劳性能、耐磨损、不粘模、易脱件。所以对成形零件采用了目前应用较好的4Cr5MoSiV1(H13)材料制造。成形零件的表面加工得比较光,尤其是对型腔的表面,常经过拋光加工,一般为Ra0.4m。 合金熔液温度 为了能更好地填充到压铸模所有凹孔和深处,保证金属流动时彼此融和,在使用压铸模时,应正确选择金属的浇注温度。合金压铸液体温度 材料名称 压铸液体温度/ 锌合金 420-500 铝合金 620-680 镁合金 700-740 铜锌合金 850-960 压铸合金温选用原则: 1) 浇入的金属温度越低,压铸模寿命越长; 2) 用低温压铸,才有可能排气槽深度增大而无金属液溅出的危险; 3) 采用低温能减少压室与顶杆啮紧的机会; 4) 采用低温能减少铸件中的收缩孔和裂纹的产生。 总之,在工艺条件允许的情况下,压铸合金温度,选用低温为好。 模具工作温度 压铸模的工作温度根据其压铸合金而异,下面为推荐值,供选用。 模具名称 工作温度/ 锌合金模具 150-180 铝合金模具 180-225 镁合金模具 200-250 铜锌合金模具 300 压铸模工作温度的选择原则: 1) 模具温度过低,铸件内部结构疏松,空气排出困难,难以成型; 2) 模具温度过高,铸件内部结构致密,但铸件易“焊”附于模腔中,粘模不易卸出铸件。同时过高的温度会使模体本身膨胀,影响铸件尺寸精度。 3) 模具温度应选择在合适的范围内,一般经试验合适后,恒温控制为好。 压铸模的润滑 1) 润滑的目的:润滑作为压铸模和压铸件的分型剂,便于卸件;作为压铸模和压机的活动部分的润滑剂,减少摩擦,提高使用寿命;此外,还可作为压铸模的冷却剂,并降低模具由于长期工作的热疲劳,延长了模具寿命。 2) 润滑剂的要求:对于润滑剂应满足如下需要: a. 不能使压铸件在型腔中粘附; b. 不能腐蚀模具型面钢料; c. 不能产生有毒气体; d. 在受热时不能产生灰渣; e. 润滑后应均匀贴附在型腔及工作表面而不被高压金属冲走; f. 价格比较便宜。 3) 润滑剂的配制(质量分数) a. 全损耗系统用油85%-90%+石墨10%-15% b. 重油100% c. 石蜡30%+黄蜡30%+凡士林油14%+石墨26% d. 石墨25%+甘油20%+水玻璃5%+水50% 4) 使用润滑剂时应注意的事项: a. 润滑剂可用于型腔及可动部分表面上; b. 润滑剂喷量每次要少,而且要均匀,喷涂后最好在型面上形成一层薄膜。 压铸模的调整内容 压铸模制造完成以后,要经过试模调整,选择正确的压铸条件,才能达到稳定的压铸出合格的铸件。 试模前,试模人员应做到对压铸用合金原材料进行检查,了解合金材料的特点和压铸特性;还应了解模具结构、压铸机的性能、压铸条件及操作方法。 正确选择压铸成形条件,是试模调整的关键。常常遇到即使模具的设计与制造都正确,由于压铸成形条件选择不当,同样压不出合格的铸件。相反,在某些情况下,可借助于调整压铸成形条件,克服模具的不足之处,压出了合格的铸件。为此,试模人员必须熟悉各项压铸成形条件的作用及相互关系、模具动作原理,才能正确地选择和合理地调整各项压铸成形条件。 压铸成形条件调整的内容有:材料熔融温度、压射时模具温度及熔液温度;压铸机的注射压力、锁模力、开模力的确定及根据制件情况所需的压射比压、压射速度大小等。最后对压铸成的制品状况要进行修整才能获得完善的制件。-压铸模具的表面处理新技术压铸模具是模具中的一个大类。随着我国汽车摩托车工业的迅速发展,压铸行业迎来了发展的新时期。同时,也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提出了更高的要求。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足,必须将各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要。在各种模具中,压铸模具的工作条件是较为苛刻的。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型,在工作过程中反复与炽热金属接触,因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性等。因此,对压铸模具的表面处理技术要求较高近年来,各种压铸模具表面处理新技术不断涌现,但总的来说可以分为以下三个大类:(1)传统热处理工艺的改进技术;(2)表面改性技术,包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等;(3)涂镀技术,包括化学镀等。1传统热处理工艺的改进技术传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火,以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样,同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出适合的加工工艺,从而改善模具性能,提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向,是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗,与常规淬火、回火工艺相结合的(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗)复合强化,不但得到较高的表面硬度,而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布合理、回火稳定性和耐蚀性提高,从而使得压铸模具在获得良好心部性能的同时,表面质量和性能大幅提高。2表面改性技术2 1表面热扩渗技术这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。2 1 1渗碳和碳氮共渗渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能提高模具寿命。如328钢制的压铸模具,先渗碳、再经11401150淬火,550回火两次,表面硬度可达5661,使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1. 83.0倍。进行渗碳处理时,主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中,真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术,该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点,将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。2 1 2渗氮及有关的低温热扩渗技术这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低(一般为480600)、工件变形小,尤其适应精密模具的表面强化,而且氮化层硬度高、耐磨性好,有较好的抗粘模性能。328钢压铸模具,经调质、520540氮化后,使用寿命较不氮化的模具提高23倍。美国用13钢制作的压铸模具,不少都要进行氮化处理,且以渗氮代替一次回火,表面硬度高达6570,而模具心部硬度较低、韧性好,从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺,但当氮化层出现薄而脆的白亮层时,无法抵抗交变热应力的作用,极易产生微裂纹,降低热疲劳抗力。因此,在氮化过程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采用二次和多次渗氮工艺。采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层,增加渗氮层厚度,并同时使模具表面存在很厚的残余应力层,使模具的寿命得以明显提高。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛,在国内较少见。如+工艺,是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗后进行氮化处理的工艺,应用于有色金属压铸模具则更具特点。2 1 3渗硼由于渗硼层的高硬度(:18002300、2:13001500)、耐磨性和红硬性,以及一定的耐蚀性和抗粘着性,渗硼技术在模具工业中获得较好的应用效果。但因压铸模具工作条件十分苛刻,故渗硼工艺较少应用于压铸模具表面处理中,但近年来,出现了改进的渗硼方法,解决了上述问题,而得以应用于压铸模具的表面处理,如多元、涂剂粉末渗等。涂剂粉末渗硼的方法是将硼化合物和其他渗剂混合后涂覆在压铸模具表面,待液体挥发后,再按照一般粉末渗硼的方法装箱密封,920加热并保温8,随之空冷。这种方法可以获得致密、均匀的渗层,模具表面渗层硬度、耐磨性和弯曲强度都得到提高,模具使用寿命平均提高2倍以上。2 1 4稀土表面强化近年来,在模具表面强化中采用加入稀土元素的方法得到广泛推崇。这是因为稀土元素具有提高渗速、强化表面及净化表面等多种功能13,它对改善模具表面组织结构,表面物理、化学及力学性能均有极大地影响,可提高渗速、强化表面、生成稀土化合物。同时可消除分布在晶界上微量杂质的有害作用,起着强化和稳定模具型腔表面晶界的作用。另外,稀土元素与钢中的有害元素发生作用,生成高熔点化合物,又可抑制这些有害元素在晶界上偏聚,从而降低深层的脆性等。在压铸模具表面强化处理工艺中加入稀土元素成分,能够明显提高各种渗入法的渗层厚度、提高表面硬度,同时使得渗层组织细小弥散、硬度梯度下降,从而使得模具的耐磨性、抗冷、热疲劳性能等显著提高,从而大幅度提高模具寿命。目前应用于压铸模具型腔表面的处理方法有:稀土碳共渗、稀土碳氮共渗、稀土硼共渗、稀土硼铝共渗、稀土软氮化、稀土硫氮碳共渗等。2 2激光表面处理激光表面处理是使用激光束进行加热,使工件表面迅速熔化一定深度的薄层,同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面,在激光照射下使其与基体金属充分融合,冷凝后在模具表面获得厚度为101000具有特殊性能的合金层,冷却速度相当于激冷淬火。如在13钢表面采用激光快速熔融工艺进行处理,熔区具有较高的硬度和良好的热稳定性,抗塑性变形能力高,对疲劳裂纹的萌生和扩展有明显的抑制作用。最近,萨哈和达霍特若采用在13基材上进行激光熔覆层的方法,研究表明,获得的模具表面实质是连续、致密无孔的 钢复合覆层,它不仅有很强的在600下的氧化抗力,而且有很强的抗熔融金属还原的能力19。2 3电火花沉积金属陶瓷工艺在表面改性技术的不断发展中,出现了一种电火花沉积工艺。该工艺在电场作用下,在母材表面产生瞬间高温、高压区,同时渗入离子态的金属陶瓷材料,形成表面的冶金结合,而母材表面也同时发生瞬间相变,形成马氏体和微细奥氏体组织20。这种工艺不同于焊接,也不同于喷镀或者元素渗入,应该是介于两者之间的一种工艺。它很好地利用了金属陶瓷材料的高耐磨、耐高温、耐腐蚀的特性,而且工艺简单,成本较低廉。是压铸模具表面处理的一条新路。3涂镀技术涂镀技术作为模具强化技术的一种,主要应用在塑料模、玻璃模、橡胶模、冲压模等工作环境相对简单的模具表面处理。压铸模具需要承受冷热应力交替的苛刻环境,所以一般不使用涂镀技术来强化压铸模具表面。但近年来,有报道采用化学复合镀的方法强化压铸模具表面,以提高模具表面抗粘着性、脱模性。该方法在铝基压铸模具上将聚四氟乙烯微粒浸润后进行( )-聚四氟乙烯复合镀。实验证明,此方法在工艺上和性能上均为可行,大大降低了模具表面的摩擦系数。4结语模具压力加工是机械制造的重要组成部分,而模具的水平、质量和寿命则与模具表面强化技术休戚相关。随着科学技术的进步,近年来各种模具表面处理技术出现较大的进展。表现在:传统的热处理工艺的改进及其与其他新工艺的结合;表面改性技术,包括渗碳、低温热扩渗(各种渗氮、碳氮共渗、离子氮化、三元共渗等)、盐浴热扩渗、渗硼、稀土表面强化、激光表面处理和电火花沉积金属陶瓷等;涂镀技术等方面。但对于工作条件极为苛刻的压铸模具