壓鑄模損壞原因及預(yù)防措施

1、壓鑄模損壞原因及預(yù)防措施模具損壞分析 在壓鑄生產(chǎn)中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應(yīng)力是導(dǎo)致模具損壞的主要原因。熱、機(jī)械、化學(xué)、操作沖擊都是產(chǎn)生應(yīng)力之源，包括有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，應(yīng)力產(chǎn)生于： 一在模具加工制造過程中 1、毛坯鍛造質(zhì)量問題 有些模具只生產(chǎn)了幾百件就出現(xiàn)裂紋，而且裂紋發(fā)展很快。有可能是鍛造時(shí)只保證了外型尺寸，而鋼材中的樹枝狀晶體、夾雜碳化物、縮孔、氣泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉長(zhǎng)，形成流線，這種流線對(duì)以后的最后的淬火變形、開裂、使用過程中的脆裂、失效傾向影響極大。 2、在車、銑、刨等終加工時(shí)產(chǎn)生的切削應(yīng)力，這種應(yīng)力可通過中間退火來消除。 3、淬火鋼磨削時(shí)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，磨削時(shí)產(chǎn)

2、生摩擦熱，產(chǎn)生軟化層、脫碳層，降低了熱疲勞強(qiáng)度，容易導(dǎo)致熱裂、早期裂紋。對(duì)H13鋼在精磨后，可采取加熱至510570，以厚度每25mm保溫一小時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力退火。 4、電火花加工產(chǎn)生應(yīng)力。模具表面產(chǎn)生一層富集電極元素和電介質(zhì)元素的白亮層，又硬又脆，這一層本身會(huì)有裂紋，有應(yīng)力。電火花加工時(shí)應(yīng)采用高的頻率，使白亮層減到最小，必須進(jìn)行拋光方法去除，并進(jìn)行回火處理，回火在三級(jí)回火溫度進(jìn)行。 二模具處理過程中 熱處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模具開裂而過早報(bào)廢，特別是只采用調(diào)質(zhì)，不進(jìn)行淬火，再進(jìn)行表面氮化工藝，在壓鑄幾千模次后會(huì)出現(xiàn)表面龜裂和開裂。 鋼淬火時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，是冷卻過程中的熱應(yīng)力與相變時(shí)的組織應(yīng)力疊加的結(jié)果，

3、淬火應(yīng)力是造成變形、開裂的原因，固必須進(jìn)行回火來消除應(yīng)力。 三在壓鑄生產(chǎn)過程中 1、模溫 模具在生產(chǎn)前應(yīng)預(yù)熱到一定的溫度，否則當(dāng)高溫金屬液充型時(shí)產(chǎn)生激冷，導(dǎo)致模具內(nèi)外層溫度梯度增大，形成熱應(yīng)力，使模具表面龜裂，甚至開裂。 在生產(chǎn)過程中，模溫不斷升高，當(dāng)模溫過熱時(shí)，容易產(chǎn)生粘模，運(yùn)動(dòng)部件失靈而導(dǎo)致模具表面損傷。 應(yīng)設(shè)置冷卻溫控系統(tǒng)，保持模具工作溫度在一定的范圍內(nèi)。 2、充型 金屬液以高壓、高速充型，必然會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，因而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在沖擊過程中，金屬液、雜質(zhì)、氣體還會(huì)與模具表面產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)作用，并加速腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)金屬液裹有氣體時(shí)，會(huì)在型腔中低壓區(qū)先膨脹，當(dāng)氣體

4、壓力升高時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)向爆破，扯拉出型腔表面的金屬質(zhì)點(diǎn)而造成損傷，因氣蝕而產(chǎn)生裂紋。 3、開模 在抽芯、開模的過程中，當(dāng)某些元件有形變時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。 4、生產(chǎn)過程 在每一個(gè)壓鑄件生產(chǎn)過程中，由于模具與金屬液之間的熱交換，使模具表面產(chǎn)生周期性溫度變化，引起周期性的熱膨脹和收縮，產(chǎn)生周期性熱應(yīng)力。如澆注時(shí)模具表面因升溫受到壓應(yīng)力，而開模頂出鑄件后，模具表面因降溫受到拉應(yīng)力。當(dāng)這種交變應(yīng)力反復(fù)循環(huán)時(shí)，使模具內(nèi)部積累的應(yīng)力越來越大，當(dāng)應(yīng)力超過材料的疲勞極限時(shí)，模具表面產(chǎn)生裂紋。 預(yù)防模具損傷的措施 1 良好的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚盡可能均勻，避免產(chǎn)生熱節(jié)，以減少模具局部熱量集中產(chǎn)生的熱疲勞。鑄件的

5、轉(zhuǎn)角處應(yīng)有適當(dāng)?shù)蔫T造圓角，以避免模具上有尖角位導(dǎo)致應(yīng)力產(chǎn)生。 2合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）模具中各元件應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度，以承受壓力而不變形。模具壁厚要足夠，才能減少變形。 2）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡量減少對(duì)型芯沖擊、沖蝕。 3）正確選擇各元件的公差配合和表面粗糙度。 4）保持模具熱平衡。 3規(guī)范熱處理工藝 通過熱處理可改變材料的金相組織，保證必要的強(qiáng)度、硬度、高溫下尺寸穩(wěn)定性、抗熱疲勞性能和材料切削性能。 正確的熱處理工藝，才會(huì)得到最佳的模具性能，而鋼材的性能是受到淬火溫度和時(shí)間、冷卻速度和回火溫度控制。 4壓鑄生產(chǎn)過程控制 1）溫度控制：模具的預(yù)熱溫度和工作溫度；合金澆注溫度，在保證成型良好前提下

6、，用較低的澆注溫度。 2）合理的壓鑄工藝：比壓、充填速度。 3）調(diào)整機(jī)器的鎖模力，使模具受力均勻。注意清掃模具表面的殘削碎片，以免合模時(shí)這些多余物使模具表面受力不均勻，引起變形。 4）對(duì)合金熔煉嚴(yán)格控制，減少金屬液中氣體。 5模具的維護(hù)與保養(yǎng) 1）定期消除應(yīng)力 2）模具修補(bǔ) 壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)如何提高壓鑄模壽命壓鑄模由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)、投資大、制造精度高，故造價(jià)較高，因此希望模具有較高的使用壽命。但由于材料、機(jī)械加工等一系列內(nèi)外因素的影響，導(dǎo)致模具過早失效而報(bào)廢，造成極大的浪費(fèi)。 壓鑄模失效形式主要有：尖角、拐角處開裂、劈裂、熱裂紋(龜裂)、磨損、沖蝕等。造成壓鑄模失效的主要原因有：材料自身

7、存在的缺陷、加工、使用、維修及熱處理的問題。 1 材料自身存在的缺陷 眾所周知，壓鑄模的使用條件極為惡劣。以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點(diǎn)為580-740，使用時(shí)，鋁液溫度控制在650-720。在不對(duì)模具預(yù)熱的情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升至液溫，型腔表面承受極大的拉應(yīng)力。開模頂件時(shí)，型腔表面承受極大的壓應(yīng)力。數(shù)千次的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。 由此可知，壓鑄使用條件屬急熱急冷。模具材料應(yīng)選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。H13(4Cr5MoV1Si)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國外80的型腔均采用H13，現(xiàn)在國內(nèi)仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8V工藝性能不好

8、，導(dǎo)熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時(shí)易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。馬氏體時(shí)效鋼適用于耐熱裂而對(duì)耐磨性和耐蝕性要求不高的模具。鎢鉬等耐熱合金僅限于熱裂和腐蝕較嚴(yán)重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優(yōu)點(diǎn)是有良好的導(dǎo)熱性，對(duì)需要冷卻而又不能設(shè)置水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應(yīng)性。因此，在合理的熱處理與生產(chǎn)管理下，H13仍具有滿意的使用性能。 制造壓鑄模的材料，無論從哪一方面都應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，保證壓鑄模在其正常的使用條件下達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。因此，在投入生產(chǎn)之前，應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行一系列檢查，以防帶缺陷材料造成模具早期報(bào)廢和加工費(fèi)

9、用的浪費(fèi)。常用檢查手段有宏觀腐蝕檢查、金相檢查、超聲波檢查。 (1)宏觀腐蝕檢查。主要檢查材料的多孔性、偏柝、龜裂、裂紋、非金屬夾雜以及表面的錘裂、接縫。 (2)金相檢查。主要檢查材料晶界上碳化物的偏析、分布狀態(tài)、晶料度以及晶粒間夾雜等。 (3)超聲波檢查。主要檢查材料內(nèi)部的缺陷和大小。 2 壓鑄模的加工、使用、維修和保養(yǎng) 模具設(shè)計(jì)手冊(cè)中已詳細(xì)介紹了壓鑄模設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，但在確定壓射速度時(shí)，最大速度應(yīng)不超過100m/S。速度太高，促使模具腐蝕及型腔和型芯上沉積物增多；但過低易使鑄件產(chǎn)生缺陷。因此對(duì)于鎂、鋁、鋅相應(yīng)的最低壓射速度為27、18、12m/s，鑄鋁的最大壓射速度不應(yīng)超過53m/s，

10、平均壓射速度為43m/s。 在加工過程中，較厚的模板不能用疊加的方法保證其厚度。因?yàn)殇摪搴?倍，彎曲變形量減少85，疊層只能起疊加作用。厚度與單板相同的2塊板彎曲變形量是單板的4倍。另外在加工冷卻水道時(shí)，兩面加工中應(yīng)特別注意保證同心度。如果頭部拐角，又不相互同心，那么在使用過程中，連接的拐角處就會(huì)開裂。冷卻系統(tǒng)的表面應(yīng)當(dāng)光滑，最好不留機(jī)加工痕跡。 電火花加工在模具型腔加工中應(yīng)用越來越廣泛，但加工后的型腔表面留有淬硬層。這是由于加工中，模具表面自行滲碳淬火造成的。淬硬層厚度由加工時(shí)電流強(qiáng)度和頻率決定，粗加工時(shí)較深，精加工時(shí)較淺。無論深淺，模具表面均有極大應(yīng)力。若不清除淬硬層或消除應(yīng)力，在使用過程

11、中，模具表面就會(huì)產(chǎn)生龜裂、點(diǎn)蝕和開裂。消除淬硬層或去應(yīng)力可用：用油石或研磨去除淬硬層；在不降低硬度的情況下，低于回火溫度下去應(yīng)力，這樣可大幅度降低模腔表面應(yīng)力。 模具在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鑄造工藝流程。在工藝許可范圍內(nèi)，盡量降低鋁液的澆鑄溫度，壓射速度，提高模具預(yù)熱溫度。鋁壓鑄模的預(yù)熱溫度由100130提高至180200，模具壽命可大幅度提高。 焊接修復(fù)是模具修復(fù)中一種常用手段。在焊接前，應(yīng)先掌握所焊模具鋼型號(hào)，用機(jī)械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必須是干凈和經(jīng)烘干的。所用焊條應(yīng)同模具鋼成分一致，也必須是干凈和經(jīng)烘干的。模具與焊條一起預(yù)熱(H13為450)，待表面與心部溫度一致后，在保護(hù)氣下

12、焊接修復(fù)。在焊接過程中，當(dāng)溫度低于260時(shí)，要重新加熱。焊接后，當(dāng)模具冷卻至手可觸摸，再加熱至475，按25mm/h保溫。最后于靜止的空氣中完全冷卻，再進(jìn)行型腔的修整和精加工。模具焊后進(jìn)行加熱回火，是焊接修復(fù)中重要的一環(huán)，即消除焊接應(yīng)力以及對(duì)焊接時(shí)被加熱淬火的焊層下面的薄層進(jìn)行回火。 模具使用一段時(shí)間后，由于壓射速度過高和長(zhǎng)時(shí)間使用，型腔和型芯上會(huì)有沉積物。這些沉積物是由脫模劑、冷卻液的雜質(zhì)和少量壓鑄金屬在高溫高壓下結(jié)合而成。這些沉積物相當(dāng)硬，并與型芯和型腔表面粘附牢固，很難清除。在清除沉積物時(shí)，不能用噴燈加熱清除，這可能導(dǎo)致模具表面局部熱點(diǎn)或脫碳點(diǎn)的產(chǎn)生，從而成為熱裂的發(fā)源地。應(yīng)采用研磨或機(jī)

13、械去除，但不得傷及其它型面，造成尺寸變化。 經(jīng)常保養(yǎng)可以使模具保持良好的使用狀態(tài)。新模具在試模后，無論試模合格與否，均應(yīng)在模具未冷卻至室溫的情況下，進(jìn)行去應(yīng)力回火。當(dāng)新模具使用到設(shè)計(jì)壽命的1/61/8時(shí)，即鋁壓鑄模10000模次，鎂、鋅壓鑄模5000模次，銅壓鑄模800模次，應(yīng)對(duì)模具型腔及模架進(jìn)行450480回火，并對(duì)型腔拋光和氮化，以消除內(nèi)應(yīng)力和型腔表面的輕微裂紋。以后每1200015000模次進(jìn)行同樣保養(yǎng)。當(dāng)模具使用50000模次后，可每2500030000模次進(jìn)行一次保養(yǎng)。采用上述方法，可明顯減緩由于熱應(yīng)力導(dǎo)致龜裂的產(chǎn)生速度和時(shí)間。 在沖蝕和龜裂較嚴(yán)重的情況下，可對(duì)模具表面進(jìn)行滲氮處理，

14、以提高模具表面的硬度和耐磨性。但滲氮基體的硬度應(yīng)在35-43HRC，低于35HRC時(shí)氮化層不能牢固與基體結(jié)合，使用一段時(shí)間后會(huì)大片脫落：高于43HRC，則易引起型腔表面凸起部位的斷裂。滲氮時(shí)，滲氮層厚度不應(yīng)超過0.15mm，過厚會(huì)于分型面和尖銳邊角處發(fā)生脫落。 3 熱處理 熱處理的正確與否直接關(guān)系到模具使用壽命。由于熱處理過程及工藝規(guī)程不正確，引起模具變形、開裂而報(bào)廢以及熱處理的殘余應(yīng)力導(dǎo)致模具在使用中失效的約占模具失效比重的一半左右。 壓鑄模型腔均由優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，這些材料價(jià)格較高，再加上加工費(fèi)用，成本是較高的。如果由于熱處理不當(dāng)或熱處理質(zhì)量不高，導(dǎo)致報(bào)廢或壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)損失世大。因此，在熱處理時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)鍛件在未冷至室溫時(shí)，進(jìn)行球化退火。 (2)粗加工后、精加工前，增設(shè)調(diào)質(zhì)處理。為防止硬度過高，造成加工困難，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去應(yīng)力回火。 (3)淬火時(shí)注意鋼的臨界點(diǎn)Ac1和AC3及保溫時(shí)間，防止奧氏體