鋁壓鑄模是目前應(yīng)用較為廣泛的模具,由于生產(chǎn)周期長、投資大、制造精度高,故造價較高,因此希望鋁壓模具有較長的使用壽命。但由于材料、機械加工、使用等一系列因素的影響,常常導(dǎo)致模具過早失效而報廢,造成極大的浪費。下面通過模具的選材、設(shè)計、制造、使用等方面分析影響鋁壓模具使用壽命的基本因素及對應(yīng)的注意事項。

一、材料

模具材料對模具壽命的影響反映在模具材料的選擇是否正確,材質(zhì)是否良好和使用是否合理三個方面,統(tǒng)計資料表明,由于選材和熱處理不當,致使模具早期失效的約占70%。鋁壓鑄模屬于熱作模具,使用條件極為惡劣。鋁的熔點為580-740℃,壓鑄時,鋁液溫度控制在650-720℃。在不對模具預(yù)熱的情況下壓鑄,型腔表面溫度由室溫升至液溫,型腔表面將承受極大的拉應(yīng)力。開模頂件時,型腔表面又承受極大的壓應(yīng)力。數(shù)千次的壓鑄后,模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。因此對鋁壓模具材料要求較高。目常用鋁壓鑄模具材料是H13鋼,對應(yīng)國內(nèi)牌號為4Gr5MoV1Si,是應(yīng)用較廣泛的模具材料,屬于冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。在制造壓鑄模生產(chǎn)之前,要先對材料進行檢查,以防帶缺陷材料造成模具早期報廢和加工費用的浪費。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具設(shè)計手冊中詳細介紹了鋁壓鑄模設(shè)計應(yīng)注意的問題,需要強調(diào)的是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量避免尖銳的圓角和過大的截面變化。尖銳的圓角引起的應(yīng)力集中可高達平均應(yīng)力的10倍。從而易造成模具早期失效。另外要注意由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成后續(xù)熱處理變形開裂,為防止熱處理變形與開裂,截面尺寸力求均勻形狀力求對稱簡單,盲孔盡量開成通孔,必要時可開工藝孔。結(jié)構(gòu)設(shè)計上避免幾何缺口。包括刀痕、夾角、溝槽、孔穴及截面突變等,減少零件結(jié)構(gòu)和熱處理缺陷的發(fā)生。

三、機加工

不正確的機加工易造成應(yīng)力集中,光潔度不夠和機加工沒有完全均勻地去除軋制鍛造形成的脫碳層,都可能導(dǎo)致材料的早期失效。另外在加工模具過程中,較厚的模板不能用疊加的方法保證其厚度。因為鋼板厚1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。在加工冷卻水道時,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,連接的拐角處就會開裂。冷卻系統(tǒng)的表面應(yīng)當光滑,不留機加工痕跡。隨著技術(shù)的進步,要注意跟蹤使用先進機加工技術(shù),有利于模具零部件加工精度的提高,從而延長模具使用壽命。

四、磨削和電火花加工

磨加工時間可能導(dǎo)致金屬表面局部過熱,產(chǎn)生高的表面殘余應(yīng)力以及組織變化等,可能導(dǎo)致磨削裂紋的產(chǎn)生。此外,原始組織預(yù)處理不當,碳化物偏析、晶粒粗大、回火不充分都能造成磨削裂紋。因此在保證材質(zhì)的情況下,注意選擇適用的冷卻液控制磨削加工冷卻?？刂颇ハ魉俣?/span>,減少裂紋產(chǎn)生。

電火花加工能在淬火回火后的模具表面形成淬火馬氏體的白亮淬硬層,淬硬層厚度由加工時電流強度和頻率決定,粗加工時較深,精加工時較淺。淬硬層會造成模具表面有極大應(yīng)力。若不清除淬硬層或消除應(yīng)力,在使用過程中,模具表面易產(chǎn)生龜裂、點蝕和開裂。消除淬硬層或去應(yīng)力可通過:①用油石或研磨去除淬硬層;②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。

五、熱處理

熱處理不當是導(dǎo)致模具早期失效的重要因素。熱處理的變形主要是由熱應(yīng)力和組織應(yīng)力引起的。當應(yīng)力超過屈服強度時,材料就會產(chǎn)生塑性變形。當應(yīng)力超過強度極限時就會造成零件的淬裂。鋁壓鑄模具在熱處理時要注意以下幾點

(1) 鍛件在未冷至室溫時,要進行球化退火。

(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,造成機加工困難,硬度要限制在25-32HRC,精加工前,應(yīng)安排去應(yīng)力回火。

(3) 淬火時注意鋼的加熱溫度和保溫時間,防止奧氏體粗化?；鼗饡r按20mm?h保溫,回火次數(shù)一般為3次,在有滲氮時,可省略第3次回火。

(4) 熱處理時應(yīng)注意型腔表面的脫碳與增碳。

(5) 氮化時,注意氮化表面不應(yīng)有油污。經(jīng)清洗的表面,不允許用手直接觸摸,要戴手套,以防止氮化表面沾有油污導(dǎo)致氮化層不勻。

(6) 兩道熱處理工序之間,當上一道溫度降至手可觸摸,即進行下道,不可冷至室溫。

(7) 采用靜態(tài)淬火法、鹽爐淬火、專用夾具淬火等方式,減少熱處理變形。

(8) 跟蹤使用先進熱處理設(shè)備和工藝,如采用真空爐和流動粒子爐加熱,可提高模具表面光潔度,利于控制熱處理變形,延長零件壽命。

六、生產(chǎn)操作

鋁壓鑄模具確定壓射速度時,速度不能太高,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。因此對于鋁壓鑄模壓射速度為18m?s,壓射速度不應(yīng)超過53m?s,平均壓射速度為43m?s。模具在使用過程中要嚴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100～130℃提高至180～200℃,模具壽命可大幅度提高。同時避免機床調(diào)整和使用操作不當,造成模具早期失效。

七、模具維護

1、及時清除模腔沉積物,模具使用一段時間后,型腔和型芯上會有沉積物。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)合而成的。有些沉積物很硬,并與型芯和型腔表面粘附牢固,難以清除。在清除沉積物時,可采用研磨或機械法去除,注意不得傷及其它型面,造成尺寸變化。

2、經(jīng)常保養(yǎng)使模具保持良好的使用狀態(tài)。新模具在試模后,注意在模具未冷卻至室溫的情況下,進行去應(yīng)力回火。當新模具使用到設(shè)計壽命的1?6～1?8時,即鋁壓鑄模10000模次,應(yīng)對模具型腔及模架進行450—480℃回火,并對型腔進行拋光和氮化,以消除內(nèi)應(yīng)力和型腔表面的輕微裂紋。以后每12000～15000模次進行同樣保養(yǎng)。當模具使用50000模次后,可每25000～30000模次進行一次保養(yǎng)。通過保養(yǎng),可明顯減緩由于熱應(yīng)力導(dǎo)致龜裂的產(chǎn)生速度和時間。有效提高模具壽命和鑄件質(zhì)量。

3、及時修復(fù)模具缺陷,在沖蝕和龜裂較嚴重的情況下,可對模具表面進行滲氮處理,以提高模具表面的硬度和耐磨性。滲氮時注意基體和滲氮層的結(jié)合牢固度,滲氮層厚度不應(yīng)超過0115mm,過厚的滲氮層易在分型面和尖銳邊角處發(fā)生脫落。對于模具表面缺陷還可采用焊接法進行修復(fù),焊接時注意焊條和焊件的成分匹配,焊接表面的清理和焊條烘干,焊接后型腔的修整和精加工及焊接后去應(yīng)力回火。

影響鋁壓模使用壽命的因素很多,涉及多個方面,作為制造業(yè),必須正確地設(shè)計模具結(jié)構(gòu)、制造模具零部件、制定合理的熱處理工藝,按工藝規(guī)范合理的使用模具,并及時修理維護,可充分發(fā)揮模具材料的性能,有效地提高鋁壓模質(zhì)量和使用壽命。