壓鑄生產(chǎn)模具時損壞的原因和應(yīng)對措施
/ 2021/6/5 10:41:02
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在壓鑄生產(chǎn)中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應(yīng)力是導致模具損壞的主要原因。熱、機械、化學、操作沖擊都是產(chǎn)生應(yīng)力之源，包括有機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，應(yīng)力產(chǎn)生于：
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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被延伸拉長，形成流線，這種流線對以后的淬火變形、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、淬火鋼磨削時產(chǎn)生磨削應(yīng)力，磨削時產(chǎn)生摩擦熱，產(chǎn)生軟化層、脫碳層，降低了熱疲勞強度，容易導致熱裂、早期裂紋。
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，這一層本身會有裂紋，有應(yīng)力。電火花加工時應(yīng)采用高的頻率，使白亮層減到最小，必須進行拋光去除，并進行回火處理，回火在回火溫度進行。
（二）模具處理過程中
熱處理不當，會導致模具開裂而過早報廢，特別是只采用調(diào)質(zhì)，不進行淬火，再進行表面氮化工藝，在壓鑄幾千模次后會出現(xiàn)表面龜裂和開裂。
鋼淬火時產(chǎn)生應(yīng)力，是冷卻過程中的熱應(yīng)力與相變時的組織應(yīng)力疊加的結(jié)果，淬火應(yīng)力是造成變形、開裂的原因，必須進行回火來消除應(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，否則當高溫金屬液充型時產(chǎn)生激冷，導致模具內(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，當模溫過熱時，容易產(chǎn)生粘模，運動部件失靈而導致模具表面損傷。
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，必然會對模具產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，因而產(chǎn)生機械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在沖擊過程中，金屬液、雜質(zhì)、氣體還會與模具表面產(chǎn)生復(fù)雜的化學作用，并加速腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。當金屬液裹有氣體時，會在型腔中低壓區(qū)先膨脹，當氣體壓力升高時，產(chǎn)生內(nèi)向爆破，扯拉出型腔表面的金屬質(zhì)點而造成損傷，因氣蝕而產(chǎn)生裂紋。
3、開模
在抽芯、開模的過程中，當某些元件有形變時，也會產(chǎn)生機械應(yīng)力。
4、生產(chǎn)過程
在每一個壓鑄件生產(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。當這種交變應(yīng)力反復(fù)循環(huán)時，使模具內(nèi)部積累的應(yīng)力越來越大，當應(yīng)力超過材料的疲勞極限時，模具表面產(chǎn)生裂紋。
二、預(yù)防模具損傷的措施：
1.良好的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計
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。鑄件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)有適當?shù)蔫T造圓角，以避免模具上有尖角位導致應(yīng)力產(chǎn)生。
2.合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)模具中各元件應(yīng)有足夠的剛度、強度，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)計盡量減少對型芯沖擊、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，才會得到最佳的模具性能，而鋼材的性能是受到淬火溫度和時間、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，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，以免合模時這些多余物使模具表面受力不均勻，引起變形。
4)對合金熔煉嚴格控制，減少金屬液中氣體。
壓鑄模的使用壽命與壓鑄模的材質(zhì)密切相關(guān)。壓鑄模零、部件主要分為與金屬液接觸的零部件、滑動配合零部件和模架結(jié)構(gòu)零件。壓鑄模型腔與澆道等部件在金屬的壓力鑄造生產(chǎn)過程中，直接與高溫、高壓、高速的金屬液相接觸。一方面受到金屬液的直接沖刷、磨損、高溫氧化和各種腐蝕。另一方面由于生產(chǎn)的高效率，模具溫度的升高和降低非常劇烈，并形成周期性的變化。因此，壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣。所以，在選擇壓鑄模的制造材料時就應(yīng)當具有以下特性：
①具有良好的可鍛性和切削性。
②高溫下具有較高的紅硬性、高溫強度、抗回火穩(wěn)定性和沖擊韌度。
③具有良好的導熱性和抗疲勞性。
④具有足夠的高溫抗氧化性。
⑤熱膨脹系數(shù)小。
⑥具有高的耐磨性和耐蝕性。
⑦具有良好的淬透性和較小的熱處理變形率。
TOOLOX鋼應(yīng)用于壓鑄模具，體現(xiàn)在出廠預(yù)硬HRC45以上，韌性優(yōu)于兩倍以上H13系列材料，抗急冷急熱性能好，使用過程中內(nèi)應(yīng)力小，氮化性能好，氮化層結(jié)合緊密，可采用氣體氮化，等離子氮化等，具有極高的材料韌性，耐磨性和抗高溫性能，無需熱處理，零應(yīng)力尺寸不變，加工性能好，是目前其他鋼材無法比擬的不二選擇。
