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壓力鑄造(簡稱壓鑄)具有生產(chǎn)效率高,、生產(chǎn)流程短,、 鑄件光潔 度和強(qiáng)度較高、 加工余量少,、 節(jié)約金屬材料等工藝特點(diǎn),。 我國近年 來壓鑄行業(yè)發(fā)展迅速,總產(chǎn)量增長明顯,已經(jīng)是名符其實(shí)的壓鑄大 國。 模具,、 壓鑄機(jī)和壓鑄材料是壓鑄生產(chǎn)的三大要素,。 只有優(yōu)質(zhì)的模 具才能穩(wěn)定、 高效生產(chǎn)出質(zhì)量好的鑄件,。 壓鑄模具的工作環(huán)境十分 惡劣:型腔在壓鑄生產(chǎn)過程中,直接與高溫,、 高壓、 高速的金屬液相 接觸,受到金屬液的直接沖刷,容易磨損,、 高溫氧化和各種腐蝕;高 效率的生產(chǎn)使模具溫度周期性的劇烈升高和降低,工作表面易產(chǎn)生 熱疲勞裂紋;金屬被強(qiáng)制變形時(shí),與型腔表面摩擦,易磨損模具并降 低其硬度,。 模具造價(jià)成本高、 制作周期長,、 修復(fù)難,在使用壽命上也 顯得尤為重要,。 因此,對影響模具性能和使用壽命的因素研究有利 于提高鑄件質(zhì)量和降低由于模具提前報(bào)廢導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。 一般來 說,影響壓鑄模性能和使用壽命的因素包括模具材料,、 模具設(shè)計(jì)與 制造,、 表面處理技術(shù)和模具具體使用情況。
1 模具材料 壓鑄模具的性能和使用壽命與模具的材質(zhì)緊密相關(guān),。 好的壓鑄 模具制造材料一般有以下特點(diǎn):良好的切削性和鍛造性;高的耐磨,、 耐蝕性能;在高溫下高強(qiáng)度、 高紅硬性,、 抗高溫氧化性,、 抗沖擊韌度 和回火穩(wěn)定性;良好的導(dǎo)熱性和抗疲勞性;熱膨脹系數(shù)小;較小熱處 理變形率和好的淬透性。 我國過去普遍使用3Cr2W8V熱作模具鋼,壓鑄模壽命為5萬模 次左右,。 90年代引進(jìn)H13熱作模具鋼,所生產(chǎn)的壓鑄模使用壽命可 達(dá)15～20萬模次,是目前廣泛應(yīng)用的壓鑄模材料,。 3Cr2W8V熱作模 具鋼有較高的強(qiáng)度和硬度、 耐冷熱疲勞性良好,且有較好的淬透性, 但是韌性和塑性較差,使用壽命不長,且合金度高,成本高,。 H13在中 溫(～600℃)下的綜合性能好,淬透性高(在空氣中即能淬硬),熱處理 變形率較低,其性能及使用壽命高于3Cr2W8V,。 壓鑄模具的選材,除了依據(jù)澆鑄金屬的溫度和澆鑄金屬的種 類,還應(yīng)考慮壓鑄模的各部件受到澆鑄金屬的沖擊和磨損。 溫度越 高,材料應(yīng)具有越高的熱疲勞性能和高溫性能,。 磨損較嚴(yán)重的部件 應(yīng)具有更高的硬度,。 壓鑄模具工作條件的日益苛刻,對模具材料的 冶金質(zhì)量、 性能、 壽命等要求不斷提高,特別是材料純凈度,、 等向性 要求更高,一些高合金,、 高質(zhì)、 優(yōu)化的模具材料不斷出現(xiàn),反過來也 促進(jìn)壓鑄行業(yè)的發(fā)展,。 2 模具設(shè)計(jì)與制造 合理的模具設(shè)計(jì)是延長壓鑄模具使用壽命的重要前提,。 合理的 壁厚和冷卻水道設(shè)計(jì)能保證模具的強(qiáng)度和熱平衡。 模具設(shè)計(jì)中要特 別注意工作中產(chǎn)生應(yīng)力集中,、 有較大磨蝕的部位,。 選配各零件精度 需合理:間隙過大則導(dǎo)熱不佳,導(dǎo)致熱疲勞損傷;間隙過小則產(chǎn)生擠 壓力和拉應(yīng)力。 在模具制造過程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,而內(nèi)應(yīng)力對模 具使用壽命有很大影響,。 因此,在制造加工模具過程中應(yīng)盡量避免 產(chǎn)生和及時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力,。 如粗加工后及時(shí)去應(yīng)力回火,用電脈沖替 代電火花降低模具表面引張力。 3 模具表面處理技術(shù) 通過對壓鑄模具可表面進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)和合理的技術(shù)處理,其性能和 壽命能得到大幅度提高,。 壓鑄模具表面處理技術(shù)大體可以分為三個(gè) 大類:傳統(tǒng)熱處理工藝改進(jìn)技術(shù);表面改性技術(shù),如表面激光處理技 術(shù);涂鍍技術(shù),。 (1)傳統(tǒng)熱處理工藝改進(jìn)技術(shù)。 傳統(tǒng)的壓鑄模具熱處理工藝是淬 火-回火,所謂的傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù)是將淬火-回火與先進(jìn) 的表面處理工藝相結(jié)合,。 如NQN(即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲復(fù)合 強(qiáng)化),模具表面硬度更高,內(nèi)部強(qiáng)度增加,、 滲層硬度梯度合理、 回火 穩(wěn)定性和耐蝕性提高,綜合性能和使用壽命大幅提高,。 (2)表面改性技術(shù),。 表面改性技術(shù)指的是利用物理或者化學(xué)方法 將模具表層性能改變,一般來說有兩種:表面熱、 擴(kuò),、 滲技術(shù)和表面 激光處理技術(shù),。 表面熱、 擴(kuò),、 滲技術(shù)包括滲碳,、 滲氮、 滲硼以及碳氮共滲,、 硫碳氮 共滲等,。 滲碳有助于強(qiáng)化模具表面硬度。 滲碳工藝方法有固體粉末 滲碳,、 氣體滲碳,、 以及真空滲碳、 離子滲碳,。 真空滲碳和離子滲碳滲 速快,、 滲層均勻、 碳濃度梯度平緩以及工件變形小,。 滲氮工藝簡便, 模具氮化層硬度高,、 耐磨磨性好,有較好的抗粘模性能,。 滲硼提升表 面性能最明顯,模具硬度、 耐磨性,、 耐腐蝕性和抗粘連性明顯提高, 但是工藝條件苛刻,。 激光處理模具表面是近三十年興起的技術(shù),以兩種方式來提升 模具表面性能,。 一種是激光融化模具表面成型,之后再與滲碳,、 滲 氮、 鍍層等工藝相結(jié)合,。 另一種方法是將激光處理表面技術(shù)與一些 物理性質(zhì)較好的金屬輔料相結(jié)合,使其融入壓鑄模具表面,。 (3)涂鍍技術(shù)。 涂鍍技術(shù)就是在表面涂上鍍層的方式為模具穿上 一層防護(hù)衣,比如聚四氟乙烯復(fù)合鍍,主要目的是增強(qiáng)模具的耐磨 性,、 耐腐性和抗冷熱的能力,。 4 模具使用 選擇合理的壓鑄工藝和維護(hù)保養(yǎng)對模具的使用壽命至關(guān)重要。 很大部分模具的損傷都是沒有正確使用和缺少科學(xué)保養(yǎng)造成的,。 首 先,要對模具的溫度控制特別注意,在生產(chǎn)前對模具進(jìn)行預(yù)熱,生產(chǎn) 中保持適當(dāng)?shù)臏囟确秶?防止型腔內(nèi)外層溫度梯度過大引起的表面 裂紋甚至開裂,。 其次,選用優(yōu)質(zhì)壓鑄脫模劑,其厚度適中,薄厚均勻 涂覆模具型面,對保護(hù)模具材料起到重要作用。 最后,為了減少熱應(yīng) 力積累,避免壓鑄模具開裂,需定期采用回火等技術(shù)消除熱應(yīng)力,。 5 結(jié)語 壓鑄模具材料,、 模具設(shè)計(jì)和制造、 模具表面處理技術(shù)和模具使 用綜合影響模具的性能和使用壽命,。 綜合這些因素并采取有效措 施,可以有效提升壓鑄模具的性能,延長壓鑄模具使用壽命,。 |
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