铝制模具怎么才能使用谷歌搜索使用,才能延长寿命

一、保证最佳的模具间隙间隙是指冲头进入下模中,两侧的间隙之和。它与板厚、材质以及冲压工艺有关,选用合适的间隙,能够保证良好的冲孔质量,减少毛刺和塌陷,保持板料平整,有效防止带料,延长模具寿命。通过检查冲压废料的情况,可以判定模具间隙是否合适。如果间隙过大,废料会出现粗糙起伏的断裂面和较小的光亮面。间隙越大,断裂面与光亮面形成的角度就越大,冲孔时会形成卷边和断裂,甚至出现一个薄缘突起。反之,如果间隙过小,废料会出现小角度断裂面和较大的光亮面。当进行开槽、步冲、剪切等局部冲压时,侧向力将使冲头偏转而造成单边间隙过小,有时刃边偏移过大会刮伤下模,造成上下模的快速磨损。模具以最佳间隙冲压时,废料的断裂面和光亮面具有相同的角度,并相互重合,这样可使冲裁力最小,冲孔的毛刺也很小。二、适时刃磨可有效延长模具的使用寿命如果工件出现过大的毛刺或冲压时产生异常噪音,可能是模具钝化了。检查冲头及下模,当其刃边磨损产生半径约0.10mm的圆弧时,就要刃磨了。实践表明,经常进行微量的刃磨而不是等到非磨不可时再刃磨,不仅会保持良好的工件质量,减小冲裁力,而且可使模具寿命延长一倍以上。除了知道模具何时刃磨之外,掌握正确的刃磨方法尤其重要。模具刃磨规程如下:1)刃磨时,将冲头竖直夹持于平面磨床磁性卡盘的V型槽或夹具内,每次磨削量为0.03~0.05mm,重复磨削直至冲头锋利,最大磨削量一般为0.1~0.3mm。2)使用烧结氧化铝砂轮,硬度D~J,磨粒大小46~60,最好选适用于高速钢磨削的砂轮。3)当磨削力大或模具接近砂轮时,加冷却液可防止模具过热而开裂或退火,应按照制造商要求选用优质多用途冷却液。4)砂轮向下进刀量0.03~0.08mm,横向进给量0.13~0.25mm,横向进给速率2.5~3.8m/min。5)刃磨后,用油石打磨刃口,去除毛刺,并磨出半径0.03~0.05mm的圆角,可以防止刃口崩裂。6)冲头去磁处理并喷上润滑油,防止生锈。三、消除和减少粘料的方法由于冲压时的压力和热量,会将板料的细小颗粒粘结于冲头表面,导致冲孔质量差。去除粘料可用细油石打磨,打磨方向应与冲头运动的方向相同,这样光后会避免进一步粘料的产生。不要用粗纱布等打磨,以免冲头表面更粗糙,更容易出现粘料。合理的模具间隙、良好的冲压工艺,以及必要的板料润滑,都会减少粘料的产生。防止过热,一般采用润滑的方式,这样会减少摩擦。如果无法润滑或出现废料回弹,可采取以下方法:交替使用多个相同尺寸的冲头轮流冲压,可使其在被重复使用之前有较长的冷却时间。将过热模具停歇使用。通过编程控制换模,中断其长时间重复工作,或降低其冲压频率。四、冲很多孔时防止板料变形的措施如果在一张板上冲很多孔,由于冲切应力的累积板材就不能保持平整。每次冲孔时,孔周边的材料会向下变形,造成板料上表面出现拉应力,而下表面则出现压应力。对于少量的冲孔,其影响并不明显,但当冲孔数量增加时,拉、压应力在某处累积,直至材料变形。消除此类变形的一个方法是:先每隔一个孔冲切,然后返回冲切剩余的孔。这样虽然也会产生应力,但却缓解了在同一方向顺序冲压时的应力累积,也会使前后两组孔的应力相互抵消,从而防止板料的变形。五、尽量避免冲切过窄条料当模具用于冲切宽度小于板材厚度的板料时,会因侧向力作用而使冲头弯曲变形,令一侧的间隙过小或磨损加剧,严重时会刮伤下模,使上下模同时损坏。建议不要步冲宽度小于2.5倍板材厚度的窄条板料。剪切过窄条料时,板料会倾向弯入下模开口中,而不是被完全剪掉,甚至会楔入冲模的侧面。如果无法避免上述情况,建议使用退料板对冲头有支撑作用的全导向模具。六、冲头的表面硬化及其适用范围虽然热处理和表面涂层可改善冲头表面特性,但并不是解决冲压问题和延长模具寿命的一般方法。一般地说,涂层提高了冲头表面硬度并使侧面的润滑性得到改善,但在大吨位、硬质材料冲压时,这些优点在大约1000次冲压后就消失了。六、针对以下情况可使用表面硬化的冲头:冲软或粘性的材料(如铝);冲薄的研磨性材料(如玻璃环氧片);冲薄的硬质材料(如不锈钢);频繁地步冲;非正常润滑的情况。表面硬化通常采用镀钛、渗氮等方法,其表面硬化层为厚度12~60μm的分子结构,它是冲头基体的一部份,而并非仅是涂层。表面硬化的模具可按通常的方式刃磨。通过表面硬化会降低模具在冲不锈钢板时的磨损,但并不能延长其使用寿命,而适当润滑、及时刃磨以及按规程操作等,却是有效的方法。七、冲床模位对中性不好时的检修如果冲床模位的对中性不好,造成模具快速钝化,工件加工质量差,可就以下几点检修:检查机床的水平情况,必要时重新调整;检查并润滑转盘上的模孔及导向键,如有损伤及时修复;清洁转盘的下模座,以便下模准确安装,并检查其键或键槽的磨损情况,必要时更换;使用专用芯棒校准模具工位,如有偏差及时调整。上述内容是对通常的情形而言,鉴于冲床及模具的具体类型规格有所不同,用户还要结合实际去认识和总结经验,发挥出模具的最佳使用性能。
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延长压铸模具使用寿命的方式
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金属压铸是先进的少、无切削工艺,具有生产效益高、节省原材料、降低生产成本、铸件性能好、精度高等特点,得到广泛应用。其中压铸铸件最大的市场是汽车工业,随着人类更加关注可持续发展和环境保护,汽车轻量化是实现高效、安全、节能、舒适、环保的最佳途径。用铝合金代替传统钢铁制造汽车,可使整车重量减轻30%左右。由于压铸是在高压(30~150MPa)下将400~1,6000C的熔融金属压铸成型。成型过程中,模具周期性地经加热和冷却,且受到高速喷人的灼热金属冲刷和腐蚀。模具用料要求有较高的热疲劳抗力、导热性及良好的耐磨性、耐蚀性、高温力学性能。要满足不断提高的使用性能需求仅仅靠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求。
2、压铸模失效形式
压铸模工作时与高温的液体金属接触,不仅受热时间长,而且受热的温度比锻模还高,压铸有色金属的温度300~800℃,压铸黑色金属的温度达1000℃以上。还承受了很高的压力30~150MPa,受到反复加热和冷却以及金属液流动的高速冲刷而产生的磨损和腐蚀,并被反复加热、冷却,加工环境较恶劣。据失效形式统计,用3Cr2W8V作压铸模材料,65%是热疲劳,15%是开裂,6%是磨耗,4%是冲蚀失效。
2.1 疲劳裂纹
热疲劳裂纹是压铸模最常见的失效形式,占失效比例大。压铸过程中压铸模在300~8000C的热循环及脱模剂导致的拉应力与压应力交变循环,反复经受急冷、急热所造成的热应力,导致在型腔表面或内部热应力集中处逐渐产生微裂纹,其形貌多数呈现网状,称龟裂,也有呈放射状。热应力使热疲劳裂纹继续扩展成宏观裂纹。从而导致压铸模失效。热疲劳裂纹是热循环应力、拉伸应力和塑性应变共同作用而产生的。塑性应变促进裂纹的形成,拉伸应力促进裂纹的扩展与延伸。从微观分析,热疲劳裂纹在晶界碳化物、夹杂物集中区萌生,应选钢质洁净、显微组织均匀的优质模具钢有较高的热疲劳抗力。
2.2 整体脆性开裂
整体脆性开裂是由于偶然的机械过载或热过载而导致压铸模灾难性断裂。材料断裂时所达到的应力值一般都远低于材料的理论强度,由于微裂纹的存在,受力后将引起应力集中,使裂纹尖端处的应力比平均应力高得多。压铸模脆性开裂引起的原因很多,而材料的塑韧性是箱对应的最重要的力学性能。模具钢中夹杂物减少,韧性明显提高,在生产中整体脆裂的情况较少发生。
2.3 溶蚀或冲蚀
熔融的金属液以高压、高速进入型腔。对压铸模成型零件的表面产生激烈的冲击和冲刷,造成型腔表面的机械冲蚀,高温使压铸模硬度下降,导致型腔软化,产生塑性变形和早期磨损。在填充过程中,熔液产生湍流导致的空蚀效应或熔液中的微小颗粒产生的冲刷,高温金属液中杂质和熔渣对模腔表面产生复杂的化学变化,产生化学腐蚀,熔融金属液逸出气泡使型腔发生气蚀,这种机械和化学磨损综合作用的结果都在加速表面的腐蚀和裂纹的生成。提高模具材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗侵蚀能力。
3、影响热疲劳的因素
3.1 模具温度影响
压铸时速度很高,压力很大,模具表面受到很强的冲击负载,模具表面接触高温熔体,其温度最高8700C,在这样高温急热下,模具表面产生压缩热应力。每次压铸前在模具内喷润滑剂进行急冷,模具表面产生拉应力,这种交变热应力在超过模面的屈服强度时在表面产生热疲劳微裂纹,急剧扩散,向心部扩散形成龟裂。将引起铸件拉伤及粘模,严重的造成模具早期开裂。
3.2 材料基本特性
压铸在急热急冷的压铸环境下工作,对压铸模材料有以下要求:
(1)抗热疲劳和抗热冲击性能好,不易产生裂纹。
(2)韧性和延展性好,改善模具尖角和凸出部分的抗冲撞击能力。
(3)良好的热硬性、热强性,淬透性,耐磨性和高温抗氧性。
(4)热处理变形小,热膨胀系数小等等。常用于压铸模的以铬、钨和钼为主的热作模具钢3Cr2W8V和H13钢(4Cr5MoSiVl)。目前,使用压铸模多用H13钢,是以合金元素铬为主的热作模具钢,具有良好的韧性、热疲劳抗力和抗氧化性,经过适当的表面处理,其使用寿命可达到相当高的水平,现已成为成熟的压铸模具钢获得广泛应用,国外90%以上的压铸型腔模都是由H13钢制造。模具材质控制很重要。压铸模用的H13钢必需是钢质洁净,组织均匀,偏析轻微,等向性好的优质钢。国外优质H13钢的生产过程中采用了一系列先进工艺技术,如通过真空除气、电渣重熔等精炼技术提高洁净度,再通过多向扎制或反复墩锻及采用超细化处理技术,使H13钢具有优良的内在质量。运用先进冶炼工艺提供更多的高纯度压铸模具钢,是今后的方向。
4、压铸模热处理流程
通过热处理可以改变材料的金相组织,以保证必要的强度和硬度、高温下尺寸的稳定性,抗热疲劳性能和材料的切削性能等。经过热处理后的零件要求变形量少,无裂纹和尽量减少残余内应力的存在。目前压铸模一般采用真空气体淬火,表面没有氧化物,模具变形小,更好保证模具质量,其流程为锻造_球化退火_粗加工一稳定化处理_精加工_最终热处理(淬火、回火)_钳修_抛光_+渗氮(或碳氮共渗)_精磨或精研_装配。对H13钢采用高温淬火、双重淬火、控制冷却速度淬火、深冷处理等,从而改善模具性能,提高模具寿命。
5、压铸模表面强化处理
对模具进行表面处理是延长模具寿命的最有效、最经济的方法。通过调整一般热处理工艺改善钢的强度和韧性。采用不同的表面强化处理工艺,以适宜的心部性能相配合,可赋予模具表面以高硬度、耐磨耐蚀、抗咬合和低摩擦系数等许多优良性能,使模具寿命提高几倍甚至几十倍。模具表面强化主要有3类:①不改变表面化学成分,有激光相变硬化等;②改变表面化学成分,渗氮等;③表面形成覆盖层,气相沉积技术处理等。
5.1 不改变表面化学成分强化
激光强化处理:激光作为热源对材料表面进行强化,有相变硬化、表面溶化、表面涂覆等。其特征是供给材料表面功率密度至少103VC/em2。利用高功率、高密度激光束对金属进行表面处理的方法称为激光面热处理。其分为激光相变硬化、激光表面合金化等表面改性,产生其他表面加热淬火强化达不到的表面成分、组织及性能的改变。
激光熔覆技术模具表面覆盖一层薄的具有一定性能的熔覆材料,以改善表面性能。H13钢常规处理后硬度44HRC,经激光淬火,表面硬度可达772HV(相当于62HRC),淬硬层深度0.63ram。由于得到以超细化高密度位错性马氏体为主的组织,以及激光加热后自回火过程中析出弥散碳化物,使得淬层硬度、抗回火稳定性、耐磨性及抗蚀性均显著提高。激光熔覆技术以其加工精度高,热变形小,后加工量小等特点具有很大的潜在应用价值。
电火花表面强化:电火花表面强化是利用电极与工件间在气体中产生的火花放电作用,把作为电极的导电材料熔渗进工件表层,形成合金化表面强化层,常用的电极材料有TiC、WC、ZrC和硬质合金等,因电极材料的沉积发生有规律的、较小的长大,改善工件的表面物理及化学性能。如硬质合金做电极强化工件,表面硬度可达1,100~1,400HV,强化层与基体结合牢固嗍。
5.2改变表面化学成分强化
渗碳是把钢置于渗碳介质中,加热到单相奥氏体区,保温一定时间,使碳原子渗入钢表面的表面化学热处理工艺。渗碳在At3以上(850℃一950℃)进行。其目的使模具的表面在热处理后碳浓度提高,从而使表层的硬度、耐磨性、接触疲劳强度较心部有较大的提高,而心部保持一定强度和较高的韧性。有固体渗碳和液体渗碳。
渗氮在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳极限、热硬性及抗咬合性等。一般压铸模经淬火、回火(45~47HRC)后,必须进行渗氮,氮化层深度为0.15~0.2mm。有气体渗氮,离子渗氮。H13钢作挤压铝型材的空心模,经1,080℃油淬+560%:x2h两次回火,硬度48HRC。经过520℃x4h的离子渗氮,模具挤压的型材从1,000kg提高4,500kg,寿命提高了3倍。
(3)N—C共渗(软氮化)。
软氮化实质是在较低温下进行的以渗氮为主的碳氮共渗。经软氮化处理后,可显著提高表面的疲劳强度及耐磨性、抗咬合、抗擦伤和腐蚀等性能“01。
H13钢由于渗氮化合物中,相对韧性较低,膨胀系数较大,对热疲劳性能产生不利影响。在软氮化时,由于C在8相中溶解度高(550℃时达38%),软氮化温度在565℃以下附近较好。即能保证渗速,又能使£+1’所需的N浓度较高,可在表层形成£之前有更多的N渗人基体,这样在第二阶段N原子扩散时,有利于形成合理的扩散层。软氮化时间以2~4h为宜,超过6h,渗N层不再增加,硬度在2~3h达到最大值。实践证明比较合理的气体软氮化工艺如图1所示。
(4)表面渗铝
渗铝指铝在金属或合金表面扩散渗入的过程。渗铝目的是提高材料的热稳定性、耐磨性和耐蚀性。对模具表面进行先渗铝后氧化的方法,使表面生成Fe—A1—0的混合物,以减少粘模的发生,从而延长模具的寿命。常用渗铝有3种:固体粉末渗铝、热浸镀铝、表面喷镀铝再扩散退火。
(5)模具渗铬
渗铬可提高型腔表明硬度(1,300HV以上)、耐磨性、耐蚀性、疲劳强度和抗高温氧化性。对承受强烈磨损的模具,可显著提高使用寿命。渗铬时,加热到950℃~1,100℃,保温5h~10h即可形成一层结合牢固的渗铬层。渗铬层厚度一般较小,不影响模具型腔的尺寸。如对压铸件的一般形状及尺寸来说,铝合金压铸模3Cr2W8V,经渗铬后的使用寿命可提高10倍左右。
5.3 表面形成覆盖层强化
气相沉积技术:气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程,改变工件表面成分,在表面形成具有特殊性能(超硬耐磨或特殊的光学、电学性能)的金属或化合物涂层的新技术。
化学气相沉积(CVD)的沉积物由引入高温沉积区的气体离解所产生。CVD处理的模具形状不受限制,可在含碳量大于0.8%的工具钢、渗碳钢、高速钢、铸铁以及硬质合金等表面上进行。在模具上涂覆TiC、TiN覆层的工艺,其覆层硬度高达3,000HV,使模具耐磨性和抗摩擦性能提高。CVD处理后还需要进行淬火回火。采用TiC、TiN的复合涂层,使模具寿命成倍提高。
物理气相沉积(PVD)镀钛加工采用纳米涂层的新技术,在模具表面沉积多层多元素金属薄膜(膜层厚度为l~71a,m),这层膜具有耐磨损、抗腐蚀,高硬度的功能,由于这层膜不与铝、锌等金属溶液亲和或发生反应,能极大地改善压铸件的离模性能而不发生粘模现象。在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得最佳效果,有效解决压铸模具碰到的问题,以获得最优的综合使用性能,解决了传统工艺所无法解决的问题。
6、优化模具设计及压铸工艺
减少模具上尖角、拐角的地方,合理使用材料,规范加工和热处理工艺。模具的氮化处理要控制模具的表面硬度HV,&600,氮化层深度达到0.12~0.2mm。正确的预热模具,优化模具以改进内部冷却,使模具获得均匀热平衡效果,使模具维护稳定较低的温度,合理喷涂涂层,涂层对延缓热疲劳裂纹有重要意义,提高模具寿命和效益。
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息息相关。压铸模的工作条件极为复杂和恶劣,影响模具失效的主要是热疲劳。我国铝压铸模技术有了一定的发展,但与国外先进水平相比差距很大,其中模具寿命尤为突出。国外可达到8~15万模次,国产模具寿命一般在4—8万件之间,平均6万件,模具寿命短,直接导致生产效率的下降和产品成本的提高。模具工业是国民经济的基础产业,模具工业的发展水平是衡量国家工业水平及铸件开发能力的标志,从而采用延长压铸模使用寿命地最佳措施,这将对降低生产成本提高经济效益具有重要地现实意义。
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浅谈延长压铸模具寿命
文/宁波辉旺铸模实业有限公司/曲道理
压铸模具寿命是考量模具质量的重要指标,同时也是影响压铸企业经济效益的重要因素。因此,提高压铸模具寿命,无论对于压铸模具使用企业的经济利益,还是减少资源浪费的社会效益,都是非常有利的。
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米/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度-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H11及H13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米/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吨-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。
(三)模具制造
模具制造工艺以及模具制造精度,同样是影响模具寿命的重要因素。因此,在模具制造中,我们必须对于影响模具寿命的各个环节高度关注,并加以研究、加以改进,这样才会提高我们的模具寿命,才能提高我们的模具制造水平。
1.改善模具制造工艺,提高模具制造精度;
压铸模具内应力是影响压铸模具的重要因素,在模具加工过程中,容易产生应力因此,我们在编制工艺路线,制定工艺规范以及在加工时编制加工程序时,必须尽量减少应力的产生,并及时地消除应力,以提高模具寿命。
同样,选择好的加工方法,提高模具制造精度同样可以延长模具寿命。例如,以加工顶杆孔为例,目前大多数压铸模具制造企业普遍还在采用快走丝加工。这样加工出来的孔光度不够,尺寸精度不够。一方面造成顶杆顶出困难容易卡死,另一方面容易进铝,顶杆孔挤坏。很多压铸模具就是因为顶杆孔损坏,从而影响了生产 ,严重的因顶杆孔损坏,有无法扩大,造成模具报废,严重影响模具寿命。而象辉旺公司等企业采用先进的慢走丝线切割加工顶杆孔,确保了尺寸精度,提高了内孔的光洁度,大大减少了顶杆卡死现象,既提高了模具的可靠性,同时延长了模具寿命。
加强质量管理,提高模具制造水平,减少模具补焊,也是提高模具寿命的重要保证。由于补焊材质的问题,补焊时产生的高温,以及产生的内应力问题等,对于模具寿命影响极大。压铸模具应该说,对于型腔补焊是非常不愿意发生的,如果发生也应尽量采用热焊,并在焊接后进行去应力回火,以提高模具寿命。
2.减少模具表面电脉冲的硬质层;(如采用机械直接加工)
放电加工是最常用的模具型腔加工手段。但是,放电加工后的模具型腔表面会形成白亮层及变质层使得模具表面处于引张应力状态。如果模具在其后的打磨抛光过程中无法将处于引张应力状态的表面打磨掉,模具投入生产后其早期龟裂或开裂的可能性极大。源自日本研究成果表明,放电加工后模具表面处于引张应力的范围可达700-1100MPa。并且,如果放电加工的电流较大时模具表面有大量的微裂纹。这也是导至模具投入生产后,早期龟裂或开裂产生的原因。
因此,在采用电脉冲加工作业时,必须高度关注加工参数,尽量减少放电电流,减少变质层的厚度,不能只顾为了提高效率,加大放电电流,从而影响模具寿命。
另外一个方面,国外有的先进的模具制造企业已开始用高速铣加工是采用超硬铣切刀具如CBN通过CNC程序在热处理后的模具材料上加工出精度要求的模具型腔。高速铣加工出的模具型腔不仅尺寸精度高,并且表面光洁度可以一步到位无须再进行打磨或抛光,可以直接使用。并且,模具的表面处于压缩应力状态(压缩应力可达300-500MPa)。能够有效的抑制早期龟裂的形成从而延长模具使用寿命。
为此,辉旺模具公司已在国内率先开展了这项工作,目前已有五台DMG五轴联动高速铣加工设备,为压铸模具延寿,提高模具技术水平,开辟新的途径。
3.模具贴配间隙合理,确保不窜铝,不卡涩;
压铸过程是一个高温、高速、高压的过程,压铸模具一旦贴配不好,极易造成窜铝、滑块卡涩等,从而造成模具损坏,影响模具寿命。因此,压铸模具的贴配实际上比注塑模具更难,更重要。由于铸件特性各异,特别是大型模具,在压铸生产时模具的温度场和在常温下未生产时变化很大,因此在贴配时,必须充分研究模具特性以及温度场的变化,相应地进行有针对性的贴配调整,使得模具贴配间隙合理。这样,才能确保在压铸生产时,不出现窜铝、滑块卡涩等现象,提高模具可靠性,延长模具寿命。
(四)模具使用和维护
压铸模具的使用与维护同样是影响压铸模具寿命的重要一环。正确地使用和维护压铸模具是压铸企业提高生产效率、提高产品质量以及提高经济效益的关键。压铸模具使用寿命延长对于压铸企业经济效益的提高,是非常重要的。因此,压铸企业必须高度关注压铸模具的使用和维护。
1.模具使用中出现披封、铝皮要及时清理,防止挤坏模具;
在模具使用中,往往因为各种原因模具会出现披封、铝皮,这时必须及时清理,否则继续生产会将模具挤坏。特别是滑块部位,如果滑道进入铝皮等,由于压铸机合模力非常大,会将滑块挤塌、挤坏。因此,遇到此类问题,必须及时清理模具,并查找原因对模具及时修理。否则,等模具损坏了才维修,就会严重影响模具寿命。
2.尽量减少模具的急冷急热,尽量连续生产,在冷模状态下,严禁高速压射;
压铸过程中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度-350度来回变化,模具急冷急热,不停的热涨冷缩,从而造成模具疲劳损坏。而在冷模状态下开始生产时,模具温度由低温开始上升,温差加大,模具膨涨收缩加大,对于模具疲劳相应加大,会加快模具损坏,缩短模具寿命。因此,在压铸生产时应尽量连续生产,尽量减少模具的急冷急热,从而延长模具寿命。
另外,在冷模状态下,模具没有达到正常生产时的温度,模具各部间隙相对较大,在这种情况下,严禁开启高速压射和增压。否则,模具各间隙部位,包括滑块、顶杆孔等部位容易窜入铝皮,从而损坏模具,影响模具寿命。
3.尽量降低压射速度,尽量降低比压,减少模具冲击;
压铸生产时,压射速度的高低不仅影响压铸的填充速度、压射内浇口速度,同时压射速度高,冲击峰值也会加大。因此,压射速度高,压射内浇口速度快,对模具冲刷会加剧,冲击峰值加大,模具承受的冲击力也会加大,模具寿命会大大减少。因此,我们在调整压铸工艺时,在确保产品质量的情况下,尽量降低压射速度,对于提高模具寿命,提高压铸企业的经济效益非常重要。目前,先进的压铸机配置有压射刹车装置,对于减少冲击峰值,减少模具承受的冲击力,提高模具寿命非常有益。
压铸工艺中的压射比压同样是一个重要参数,压射比压根据铸件质量要求以及特性一般在400-900公斤/平方厘米。超过900公斤/平方厘米,对于铸件内部质量一般作用不大。而压射比压过高,不仅仅使模具承受的涨型力加大,甚至会使涨型力超过机床锁模力,造成窜铝。同时,如果模具承受的涨型力大,同样会损坏模具或使模具寿命缩短。因此,在压铸生产时,我们除了关注压射速度外,更应关注压射比压,由于压射比压不像压射速度容易观察,往往被忽略。实际上压射比压是压铸工艺中重要的一个参数,不仅仅影响铸件质量,对模具寿命同样影响巨大。这一点尤其应该引起压铸企业的关注。
4.尽量降低铝液浇注温度,提高模具使用寿命;
压铸生产时的铝液浇注温度,不仅影响铸件质量,也影响压铸模具的使用寿命。一般压铸时,铝液浇注温度在630度-720度,对于不同的零件,我们在选择浇注温度时,应尽量选择低一些,这样既节约了能源,同时也可以延长压铸模具的使用寿命。因为铝液温度越高,对模具的冲蚀越大,模具温度场变化的范围越大,热胀冷缩的越大,模具疲劳越大,越容易损坏。因此,适当降低铝液浇注温度,有益于延长压铸模具使用寿命。
5.加强模具的维护,定期保养,定期对模具型腔进行回火去应力处理;
压铸模具一直在高压、高速、高温下连续生产,使用条件比较恶劣。在使用过程中模具会产生损坏或故障隐患等。因此,加强模具的维护,定期对模具进行保养,更换损坏部位,更换易损件,清理滑道、顶杆孔等,是非常重要的,是确保模具在压铸生产时的可靠性,同样也可以延长模具的使用寿命。
同时,由于压铸模具在使用中不断受到冲击、不断热胀冷缩,会产生新的内应力,如果不及时消除,模具容易表面龟裂或开裂。因此,定期对模具型腔进行去应力回火,消除应力,也是延长模具寿命的重要手段。一般情况下,模具在投入使用后,应该在模次后进行首次回火。在以后根据使用情况,一般每生产1万模具左右,需对模具型腔进行去应力回火,这样可以大大延长模具使用寿命。这一点对压铸企业减少模具投入费用,提高经济效益非常重要。
压铸模具是压铸企业的最重要的生产工具,是影响企业产品质量、生产效益的关键。而压铸模具的可靠性、成品率、生产效率以及模具寿命是考量模具优劣的关键要素。提高模具水平,延长模具寿命也是提高压铸企业经济效益的重要途径。延长模具寿命是一个系统工程,必须从模具材料的选择、模具设计、模具制造、模具使用等各个环节抓起,缺一不可。相信,只要我们共同努力,我们的压铸模具技术水平一定会提高,我们的压铸模具寿命一定会越来越长。
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