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          壓鑄廠該怎么延長壓鑄模具的壽命

          來源: 譽格壓鑄    人氣:2577    發布時間: 2019-10-18 

          對于壓鑄模具,特別是鋁合金壓鑄模具,由于鋁合金熔點較高,壓射速度較快,壓射壓力大,模具壽命相對于注塑、低壓鑄造等模具要低很多,一般在四萬至十幾萬模次。如果能夠延長鋁合金壓鑄模具的壽命,可以為壓鑄廠節省下不小的成本。


          一、影響壓鑄模具的因素:


          從壓鑄模具的使用特性來看,模具損壞無法使用主要表現幾點:


          一是模具老化,表面龜裂,影響外觀,同時由于龜裂造成零件表面出模拉傷或鋁合金壓鑄件變形,造成鋁合金壓鑄模具無法使用;


          二是模具開裂,無法使用;


          三是模具故障頻繁如滑塊卡死,模具竄鋁等造成模具無法使用,或勉強使用壓鑄效率極低。而造成壓鑄模具損壞的主要原因是:壓鑄模具在使用中,一方面模具受鋁液的高速沖擊以及高壓沖擊,壓射過程實際上是噴射過程,在壓鑄過程中一般內澆口速度達到30-70米/秒,而填充壓力一般在400-900公斤/平方厘米,沖擊的壓力和速度都非常大;另一方面,鋁液溫度較高,壓鑄模具一直處于熱漲冷縮的往復疲勞狀態,模具型腔部分溫度基本上一直在160度-350度來回變化,模具急冷急熱,不停的熱漲冷縮。因此,模具損壞主要的是受沖擊、受壓、漲縮,造成疲勞,或變形、或表面龜裂、或整體開裂,造成模具損壞。因此模具延壽應主要從減少沖擊速度、壓力,降低溫度、減少漲縮以及提高抗疲勞強度、提高抗沖擊等方面入手。


          二、提高壓鑄模具壽命途徑


          提高壓鑄模具壽命途徑很多,應該主要從四個方面入手:一是模具材料,二是模具設計,三是模具制造,四是模具使用和維護。


          (一)模具材料


          模具材料以及材料的熱處理是影響模具壽命的主要因素,模具材料包括型腔材料和套板材料。


          1.型腔材料


          型腔材料以及熱處理是影響模具壽命的主要直接因素,前面講到模具損壞在型腔上主要表現為兩種形式,一是開裂,二是表面龜裂。根據不同的鋁合金壓鑄件要求以及不同的壓鑄條件選擇合適的模具鋼,以及優化的熱處理工藝,是延長模具壽命的重要途徑。


          在選擇型腔材料時,我們應從三個方面進行考量,一是模具鋼要具有抗裂紋擴展及延伸的能力,從而避免模具的整體開裂。簡單地講,高的韌性與延展性能夠提高鋼的抗熱疲勞性能從而提高模具壽命;二是材料的金相分析,顯微組織結構決定了鋼材的性能而不僅僅是合金元素,金相組織越細小沖擊功越高。金相組織一方面取決于材料本身的特性,另一方面取決于熱處理;三是材料內部質量,壓鑄模具型腔材料一般為鍛造鋼坯,內部容易存在微裂紋,及時發現和避免是十分關鍵的。


          在模具型腔熱處理方面,熱處理工藝是影響模具壽命非常重要的因素,有兩個問題非常關鍵,一是熱處理工藝,特別是熱處理時高溫保持時間,根據零件的尺寸大小、形狀等選擇合適的工藝。如果材料熱處理淬透性差,俗話說得沒有淬透,會大大影響模具壽命,因此,淬火速率應當越快越好。二是淬火硬度選擇,型腔熱處理硬度,通常在HRC43-52度之間,在很多壓鑄廠,在選擇模具硬度時普遍一致,大部分在HRC44-46。實際上模具型腔熱處理硬度應根據鑄件合金材料、鑄件的特性、壓鑄工藝以及鑄件質量特性等,綜合考量進行選擇材料以及熱處理。材料在不同硬度下,其表現也不近相同。型腔硬度偏高,模具越不容易粘模,但是容易出現開裂,而硬度偏低容易粘鋁,但是模具不容易出現開裂;鋅合金壓鑄或鎂合金壓鑄,模具型腔熱處理硬度盡量偏高,可以延長模具壽命。


          2、套板材料


          套板材料包括滑道、壓條材料等同樣是影響模具壽命的因素。壓鑄是一個高壓鑄造過程,壓鑄比壓一般在400-900公斤/平方厘米,作用在壓鑄型腔上的沖擊壓力是非常大的。而套板作為型腔的固定以及滑塊滑動、鎖緊等是非常重要的。如果選擇不當,同樣影響模具壽命。因此,必須根據不同的鑄件要求以及不同的壓鑄條件以及型腔材料來選擇合適的套板材料。


          (二)模具設計


          壓鑄模具設計是影響壓鑄模具壽命的另一重要因素,模具設計的優劣,直接影響壓鑄模具壽命。因此,在壓鑄模具設計時必須根據鋁合金壓鑄件的特性,充分考量影響模具壽命的因素,合理地設計模具結構,要在前期對于影響模具壽命的鋁合金壓鑄件設計及時提出改進意見,或采取合理的措施予以解決。


          1.模具強度是否足夠


          很多壓鑄廠在模具制作時能省則省,以降低成本。模具強度如果不夠不僅影響模具可靠性,也影響模具壽命。實際上從壓鑄生產的角度來看,這樣的模具并不經濟。壓鑄模具如果強度不夠,剛性差,模具在不斷的受沖擊、受壓的情況下,就會過早的開裂。并且由于封鋁面太少,會造成模具竄鋁,不及時清理又壓踏模具,造成模具損壞。因此,在模具設計時必須充分考慮模具強度,確保模具壽命。


          2.模具內澆口速度是否合適,應盡量偏低;


          壓鑄模具內澆口的設計既是影響鋁合金壓鑄件質量的重要因素,同時又直接影響壓鑄模具壽命,因此在壓鑄模具設計時必須高度重視。壓鑄模具內澆口速度越快,對模具型腔的沖擊越大,模具型腔的瞬間升溫越大,模具越容易出現表面龜裂或開裂。壓鑄模具內澆口一般在30-70米/秒為宜,并且在確保產品質量的情況下,盡量偏低,這樣,可以降低對模具的沖擊,從而延長模具壽命。


          3.模具滑塊鎖緊塊強度是否足夠;


          由于壓鑄是高速、高壓,壓鑄模具滑塊受的沖擊力非常大,壓鑄比壓一般選擇在400-900公斤/平方厘米,以滑塊投影100*100mm,為例,作用力就有40噸-90噸之大,因此,目前很多壓鑄廠在設計模具時普遍為了節省材料,模具設計偏小,鎖緊塊不夠大,強度不夠,從而造成滑塊鎖不住。不但會影響鑄件質量,同時,容易造成竄鋁,造成滑塊卡死,造成模具鎖緊部分變形或開裂,從而損壞模具,影響模具壽命。因此在設計模具時必須確保模具滑塊鎖緊塊強度足夠,確保模具的可靠性,延長模具壽命。


          4.模具型腔封鋁面是否足夠;


          由于壓鑄是高溫、高速、高壓,壓鑄模具竄鋁是時有發生的,究其原因,除了壓鑄參數選擇不當,壓射速度過快,壓力太大,鎖模力不夠等以外,模具設計不合理,封鋁面不夠也是其中重要的原因。如果模具竄鋁,一方面直接影響鑄件的內部質量,另一方面,由于在壓鑄過程中,沒有及時或難以清理,這樣會把模具擠壞,造成模具分型面塌陷。更嚴重的在有滑塊結構的模具中,如果竄鋁竄到滑塊間隙里,在合模時由于鎖模力非常大,會把滑塊或滑塊座擠壞,甚至擠裂模架。這樣的現象在壓鑄廠里經常發生。究其原因,主要是壓鑄廠為了節省費用,把模具做的過小,封鋁面不夠大而造成的。壓鑄模具最關鍵的特性,即:可靠性、成品率、生產效率、壽命,缺少這些將是得不償失。這也是中國壓鑄廠與國外先進國家壓鑄廠的差距所在。


          5.模具冷卻(加溫)設計是否合理,模具溫度場是否合理;


          模具冷卻水設計在壓鑄模具的設計中是至關重要環節,在中國大部分壓鑄廠,往往對于澆注系統非常重視。很多壓鑄廠在使用模流分析軟件時,往往對于填充部分研究得很多,而對于模具溫度場變化研究的不多。實際上在壓鑄生產中,模具冷卻、模具溫度場變化,對于生產效率、鑄件質量以及模具壽命都是至關重要的。如果模具冷卻(加溫)系統設計合理,不但會提高壓鑄節拍,提高生產效率,提高鑄件質量,同時也可以延長模具壽命。


          壓鑄過程,是一個壓鑄模具急冷急熱的過程,如果壓鑄模具冷卻設計的不合理,不靠模具本身內部的冷卻平穩的降溫,靠噴涂的外冷急劇的從模具型腔表面降溫,模具型腔的溫度變化會加大,從而加大疲勞速度,既造成了涂料的浪費,降低了生產效率,又對模具的壽命也影響巨大,會大大降低模具壽命。因此,優化模具冷卻(加溫)設計是提高模具成品率、生產效率的關鍵,同時也是延長模具壽命的非常重要途徑。


          6.易損部位是否鑲拼;


          為了延長模具壽命,在模具設計時,我們應盡量對于易出現模具開裂、模具損壞的部位進行鑲拼,一方面,便于維修,便于更換;另一方面,鑲拼接縫可以阻隔開裂的延展。也避免了局部開裂延展到其他部位,從而延長模具壽命。


          7.減少應力集中的尖角;


          尖角處容易應力集中,因此,對于壓鑄件,轉角處的尖角,無論從鑄件的澆注過程,還是鑄件質量,以及壓鑄模具壽命都是影響非常大的。因此,在前期與鑄件設計人員探討問題時,應非常關注鑄件的轉角,能大的盡量加大,這一點非常重要。


          8.采用先進的技術;


          為了延長模具壽命,包括中國在內的很多科技人員都在積極探索一些新的技術,如表面新的滲氮技術、鍍鈦,表面微細網格延壽技術等等。因此作為壓鑄模具的制造企業,作為壓鑄模具設計人員,積極探索新的技術,及時跟蹤先進技術,適時采用新的技術提高模具壽命,也是提升壓鑄模具水平、提升企業技術水平的有效途徑。


          (三)模具制造


          模具制造工藝以及模具制造精度,同樣是影響模具壽命的重要因素。


          1、改善模具制造工藝,提高模具制造精度;


          壓鑄模具內應力是影響壓鑄模具的重要因素,在模具加工過程中,容易產生應力因此,我們在編制工藝路線,制定工藝規范以及在加工時編制加工程序時,必須盡量減少應力的產生,并及時地消除應力,以提高模具壽命。


          同樣,選擇好的加工方法,提高模具制造精度同樣可以延長模具壽命。例如,以加工頂桿孔為例,目前大多數壓鑄廠普遍還在采用快走絲加工。這樣加工出來的孔光度不夠,尺寸精度不夠。一方面造成頂桿頂出困難容易卡死,另一方面容易進鋁,頂桿孔擠壞。很多壓鑄模具就是因為頂桿孔損壞,從而影響了生產,嚴重的因頂桿孔損壞,有無法擴大,造成模具報廢,嚴重影響模具壽命。


          加強質量管理,提高模具制造水平,減少模具補焊,也是提高模具壽命的重要保證。由于補焊材質的問題,補焊時產生的高溫,以及產生的內應力問題等,對于模具壽命影響極大。壓鑄模具應該說,對于型腔補焊是非常不愿意發生的,如果發生也應盡量采用熱焊,并在焊接后進行去應力回火,以提高模具壽命。


          2、減少模具表面電脈沖的硬質層;(如采用機械直接加工)


          放電加工是最常用的模具型腔加工手段。但是,放電加工后的模具型腔表面會形成白亮層及變質層使得模具表面處于引張應力狀態。如果模具在其后的打磨拋光過程中無法將處于引張應力狀態的表面打磨掉,模具投入生產后其早期龜裂或開裂的可能性極大。如果放電加工的電流較大時模具表面有大量的微裂紋。這也是導至模具投入生產后,早期龜裂或開裂產生的原因。


          因此,在采用電脈沖加工作業時,必須高度關注加工參數,盡量減少放電電流,減少變質層的厚度,不能只顧為了提高效率,加大放電電流,從而影響模具壽命。


          另外一個方面,國外有的先進的壓鑄廠已開始用高速銑加工是采用超硬銑切刀具如CBN通過CNC程序在熱處理后的模具材料上加工出精度要求的模具型腔。高速銑加工出的模具型腔不僅尺寸精度高,并且表面光潔度可以一步到位無須再進行打磨或拋光,可以直接使用。并且,模具的表面處于壓縮應力狀態(壓縮應力可達300-500MPA)。能夠有效的抑制早期龜裂的形成從而延長模具使用壽命。


          3、模具貼配間隙合理,確保不竄鋁,不卡澀


          壓鑄過程是一個高溫、高速、高壓的過程,壓鑄模具一旦貼配不好,極易造成竄鋁、滑塊卡澀等,從而造成模具損壞,影響模具壽命。因此,壓鑄模具的貼配實際上比注塑模具更難,更重要。由于鋁合金壓鑄件特性各異,特別是大型模具,在壓鑄生產時模具的溫度場和在常溫下未生產時變化很大,因此在貼配時,必須充分研究模具特性以及溫度場的變化,相應地進行有針對性的貼配調整,使得模具貼配間隙合理。這樣,才能確保在壓鑄生產時,不出現竄鋁、滑塊卡澀等現象,提高模具可靠性,延長模具壽命。


          4、模具使用和維護


          壓鑄模具的使用與維護同樣是影響壓鑄模具壽命的重要一環。正確地使用和維護壓鑄模具是壓鑄企業提高生產效率、提高產品質量以及提高經濟效益的關鍵。


          1、模具使用中出現披封、鋁皮要及時清理,防止擠壞模具;


          在模具使用中,往往因為各種原因模具會出現披封、鋁皮,這時必須及時清理,否則繼續生產會將模具擠壞。特別是滑塊部位,如果滑道進入鋁皮等,由于壓鑄機合模力非常大,會將滑塊擠塌、擠壞。因此,遇到此類問題,必須及時清理模具,并查找原因對模具及時修理。否則,等模具損壞了才維修,就會嚴重影響模具壽命。


          2、盡量減少模具的急冷急熱,盡量連續生產,在冷模狀態下,嚴禁高速壓射


          壓鑄過程中壓鑄模具一直處于熱漲冷縮的往復疲勞狀態,模具急冷急熱,不停的熱漲冷縮,從而造成模具疲勞損壞。而在冷模狀態下開始生產時,模具溫度由低溫開始上升,溫差加大,模具膨漲收縮加大,對于模具疲勞相應加大,會加快模具損壞,縮短模具壽命。因此,在壓鑄生產時應盡量連續生產,盡量減少模具的急冷急熱,從而延長模具壽命。


          另外,在冷模狀態下,模具沒有達到正常生產時的溫度,模具各部間隙相對較大,在這種情況下,嚴禁開啟高速壓射和增壓。否則,模具各間隙部位,包括滑塊、頂桿孔等部位容易竄入鋁皮,從而損壞模具,影響模具壽命。


          3、盡量降低壓射速度,盡量降低比壓,減少模具沖擊


          壓鑄生產時,壓射速度的高低不僅影響壓鑄的填充速度、壓射內澆口速度,同時壓射速度高,沖擊峰值也會加大。因此,壓射速度高,壓射內澆口速度快,對模具沖刷會加劇,沖擊峰值加大,模具承受的沖擊力也會加大,模具壽命會大大減少。因此,我們在調整壓鑄工藝時,在確保產品質量的情況下,盡量降低壓射速度,對于提高模具壽命,提高壓鑄企業的經濟效益非常重要。目前,先進的壓鑄機配置有壓射剎車裝置,對于減少沖擊峰值,減少模具承受的沖擊力,提高模具壽命非常有益。


          4、盡量降低鋁液澆注溫度,提高模具使用壽命


          壓鑄生產時的鋁液澆注溫度,不僅影響鑄件質量,也影響壓鑄模具的使用壽命。一般壓鑄時,鋁液澆注溫度在630度-720度,對于不同的零件,我們在選擇澆注溫度時,應盡量選擇低一些,這樣既節約了能源,同時也可以延長壓鑄模具的使用壽命。因為鋁液溫度越高,對模具的沖蝕越大,模具溫度場變化的范圍越大,熱脹冷縮的越大,模具疲勞越大,越容易損壞。因此,適當降低鋁液澆注溫度,有益于延長壓鑄模具使用壽命。


          5、加強模具的維護,定期保養,定期對模具型腔進行回火去應力處理


          壓鑄模具一直在高壓、高速、高溫下連續生產,使用條件比較惡劣。在使用過程中模具會產生損壞或故障隱患等。因此,加強模具的維護,定期對模具進行保養,更換損壞部位,更換易損件,清理滑道、頂桿孔等,是非常重要的,是確保模具在壓鑄生產時的可靠性,同樣也可以延長模具的使用壽命。


          同時,由于壓鑄模具在使用中不斷受到沖擊、不斷熱脹冷縮,會產生新的內應力,如果不及時消除,模具容易表面龜裂或開裂。因此,定期對模具型腔進行去應力回火,消除應力,也是延長模具壽命的重要手段。一般情況下,模具在投入使用后,應該在3000-5000模次后進行首次回火。在以后根據使用情況,一般每生產1萬模具左右,需對模具型腔進行去應力回火,這樣可以大大延長模具使用壽命。這一點對壓鑄廠減少模具投入費用,提高經濟效益非常重要。

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