影響壓鑄模使用壽命的因素很多,除了選擇正確工藝及合理操作外,其材料的準確選用也至關重要.本文不但對壓鑄模合理選材做了闡述,還詳細探討了幾種提高其使用壽命的方法.
8 x+ D0 \, x; ^ 我國加入WTO后的新形式,模具行業從總體上來看,機遇要大于挑戰.這主要是我國模具價格要比許多工業發達國家低,有的甚至只是國外價格的1/3~1/5,因此在國際市場上有一定的競爭優勢.: T' n& K$ L+ j# T+ a# J
從資料可知,在全部模具中,其模具用量的次序是塑料模具、冷沖壓模、鑄造模具、鍛造模具等等。但是,由于選材不對、工藝不正確或操作不當,造成低的高溫強度與韌度、差的高溫耐磨性、低的耐熔融損傷性等,嚴重影響了模具使用壽命。所以,除了選擇正確工藝及合理操作以外,壓鑄模材料的選用也是重要問題之一,這對提高模具的產品質量、延長使用壽命具有十分重要的意義。
* a) c8 c p7 i# m( J+ k 1、工作條件與性能要求
# F" Y1 J& N6 o1 o" A6 _ 壓鑄模是完成壓力鑄造生產的基本工具,是在高壓150MPa~500MPa下將高溫1000℃熔融金屬壓鑄成形,加工對象有鉛、鋅、鋁、鎂、銅及其它合金等。由于這些金屬及合金的熔點不同,對模具性能要求也不完全相同。* X, P$ R+ V# U" I+ ]' A
1.1 壓鑄模具的工作條件: E; ^5 y: ~( L! T- L
(1)與其他模具相比,壓鑄模具的工作條件十分惡劣,因不同被壓鑄的金屬,要承受150MPa~500MPa很高壓力的作用。5 Y$ h2 ]' z! P
(2)工作時,經常與300℃~1000℃的熔融金屬接觸,且不斷地反復加熱和冷卻,沿截面溫度梯度很大。
) i, v: K8 F6 _# \( |* q% Q (3)模具工作型腔收到150m/s~70m/s高速注入地熔融金屬接觸時,會產生嚴重地磨損。( l" Z D! K/ P# l# S' p
(4)型腔在液態金屬沖刷和浸蝕作用下,易使金屬粘著在模具型腔表面上(尤其是鋁合金更為突出),甚至滲入模面或與模面金屬發生化學變化而腐蝕模面。
2 n; i4 y" O* C0 }: t 1.2 壓鑄模其他性能要求6 Z( c8 C! j+ l# k
壓力鑄造可以鑄出形狀復雜、精度高、表面粗糙度小并且具有良好地力學性能的零件。所以,壓鑄模具應具有如下的性能要求:% S# ?5 I+ G% m# W4 ^ M! c
(1)較大的高溫強度與韌度
/ p' `6 K U5 G5 [8 x! } 壓鑄模具受到熔融金屬注入時的高溫、高壓和熱應力作用,容易發生變形,甚至開裂。因此,模具材料在工作溫度下應具有足夠的高溫強度與韌度,以及較高的硬度。
0 b) \5 f. ^6 V7 g (2)優良的高溫耐磨性、抗氧化性與抗回火穩定性
* p1 k. {3 c( V) V 高溫熔融金屬高速注入模具和澆鑄后脫模時,均產生較大的摩擦作用,為保證模具長期使用,模具在工作溫度下應均有較高的耐磨性。大量連續生產的壓鑄模具,長時間處于一定溫度作用下,應持續保持其高硬度,而且應不粘模及不產生氧化皮。因此,模具還應具有良好的抗氧化性與回火穩定性。
! r% k d) V/ l' R, t# A (3)良好的熱疲勞性能
1 F+ F# J8 B: B4 }* {+ z 壓鑄模具表面反復受到高溫加熱與冷卻,不斷膨脹、收縮,產生交變熱應力。此應力超過模具材料的彈性極限時,就發生反復的塑性變形,引起熱疲勞。同事,模具表面長時間受到熔融金屬的腐蝕與氧化,也會逐漸產生微細裂紋,大多數情況下,熱疲勞是決定壓鑄模具壽命的最重要因素。$ b6 [* ]3 W. [. N
(4)高的耐熔融損傷性7 p: {7 h! u6 @
隨著壓鑄機的大型化,壓鑄壓力也在增大,已從低壓的20~30MPa,提高到高壓150~500MPa。高溫高壓澆鑄可產生明顯的熔融損傷,模具應對此具有較大的抵抗力。為此,模具材料必須具有較大的高溫強度,較小的對熔融金屬親和力,模具表明粗糙度要小,并附有適當的氧化模、氮化層等保護層,而不存在脫碳層。5 H4 e# Y2 X+ |+ ~
(5)淬透性好、熱處理變形小
2 F" r/ E4 C7 ~' i& Q# f7 { 一般壓鑄模具的制造方法是將退火狀態的模具材料雕刻型腔,然后熱處理,得到所需要的硬度,或將模具材料先進行熱處理,得到需要的硬度,再雕刻型腔。先雕刻型腔后熱處理的制造方法,有高的硬度和強度,不易產生熔損與熱疲勞。無論用哪一種方法進行熱處理,得到均一的硬度是必要的,所以要求淬透性好,特別是先雕刻型腔后進行熱處理,要用熱處理變形小的材料,這點對于尺寸大的模具尤為重要。
8 i1 N* l$ D- {) T4 C/ s" u3 c' f- F (6)較好的被削性與磨削性
7 I- u/ L- B& f5 N; V9 g+ c 壓鑄模型腔都經切削加工制成,http://www.mouldu.com,所以模具材料應具有較好的被削性。必須指出,耐磨性好的材料,其被削性一般較差。許多模具鋼就是如此,雖在退火狀態,其基體部分還是較硬。再加堅硬的碳化物,一般切削困難。
, @# ]# ~" M, k6 k 為獲得較光滑的壓鑄件,要求模具型腔表面的粗糙度值小,所以對模具材料也應具有較好拋光性能。
9 @/ w$ s; E" ? ]& J# n (7)材料內部組織均勻無缺陷9 @8 o2 k+ u7 y8 h2 f5 j1 L
模具材料的組織應均勻、無缺陷、方向性少、否則不僅影響模具的裂紋、強度、熱疲勞性能,而且還影響熱處理變形。3 S' _% [" m1 U4 {
2、壓鑄模材料的選用原則
) X. I& k: Y8 S: l 經上述分析及介紹可知,壓鑄模材料的選用原則是:
- Q+ o) Z5 t* S/ x9 b 第一 能滿足被壓鑄材料工作條件的要求,一般按表3選用。 v( ]( A; ?2 a$ d7 H$ q f8 B
第二 根據被壓鑄零件的大小來決定模具尺寸,并考慮到生產批量,參見表3。
' ~+ o1 g9 F; O9 } 第三 按鋼材的供應條件,應優先采用我國自產,并且冶金質量穩定的鋼材。' Q1 l+ m, |: G$ A/ U5 l
第四 大、中型精密壓鑄模具,應選用加工工藝性能好、使用性能可靠和壽命長的鋼種。/ Q& \3 k R k# E+ B0 r
|