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    压铸模具钢的工作条件和性能要求是什么?

    发布时间:2021-06-15 02:23:45
    压铸模具钢的工作条件和性能要求是什幺?
         一、压铸模具钢的工作条件和性能要求
      
      压铸模具钢是完成压力铸造生产的基本工具,是在150 ~ 500 MPa的高压下1000℃压铸熔融金属,加工对象为铅、锌、铝、镁、铜等合金。由于这些金属和合金的熔点不同,对模具性能的要求也不完全相同。
      
      1.压铸模具的工作条件
      
      (1)压铸模具与其他模具相比,工作条件非常恶劣,因为不同的压铸金属要承受非常高的150 ~ 500 MPa的压力。
      
      (2)工作时经常接触300℃ ~ 1000℃的熔融金属,不同压铸合金的浇注温度不同。且沿横截面温度梯度非常大。
      
      (3)当模具工作腔与以150 m/s ~ 70 m/s的高速注入的熔融金属接触时,会造成严重磨损。
      
      (4)在液态金属冲刷和蚀刻的作用下,金属容易附着在型腔表面(尤其是铝合金更为突出),甚至渗入模具表面或与模具表面的金属发生化学变化,腐蚀模具表面。
      
      2.压铸模具的其他性能要求
      
      形状复杂、精度高、表面粗糙度小、力学性能好的零件可以通过压力铸造来铸造。因此,压铸模具应具备以下性能要求:
      
      (1)高温强度和韧性
      
      当注射熔融金属时,由于高温、高压和热应力,压铸模具容易变形甚至破裂。因此,模具材料在工作温度下应具有足够的高温强度和韧性以及高硬度。
      
      (2)优异的高温耐磨性、抗氧化性和耐回火性
      
      当高温熔融金属高速注入模具并在铸造后脱模时,会产生很大的摩擦。为了保证模具的长期使用,模具在工作温度下应具有较高的耐磨性。大量连续生产的压铸模具应在一定温度的作用下长期保持其高硬度,不应粘模或产生氧化皮。因此,模具还应具有良好的抗氧化性和回火稳定性。
      
      (3)良好的热疲劳性能
      
      压铸模具表面反复高温加热冷却,不断膨胀收缩,产生交变热应力。当应力超过模具材料的弹性极限时,会发生反复塑性变形,引起热疲劳。同时,模具表面会长期被熔融金属腐蚀氧化,逐渐产生微裂纹。在大多数情况下,热疲劳是决定压铸模具寿命的最重要因素。
      
      (4)高抗熔损性
      
      随着大型压铸机的出现,压铸压力也在增加,从低压时的20 ~ 30兆帕增加到高压时的150 ~ 500兆帕。高温高压铸造会产生明显的熔化损伤,模具对其要有很大的抵抗力。因此,模具材料必须具有较高的高温强度和较低的熔融金属亲和力,并且模具必须显示较小的粗糙度,具有适当的保护层,例如氧化模具和氮化物层,而没有脱碳层。
      
      (5)淬透性好,热处理时变形小
      
      压铸模具的制造方法一般是在退火状态下对模具材料进行雕刻,然后进行热处理以获得所需的硬度,或者对模具材料进行热处理以获得所需的硬度,然后雕刻模腔。先雕刻型腔再热处理的制造方法,硬度和强度高,不易产生熔损和热疲劳。无论采用哪种方法进行热处理,都需要获得均匀的硬度,因此要求具有良好的淬透性,尤其是热处理前对型腔进行雕刻时,对变形量小的材料要进行热处理,这对大型模具尤为重要。
      
      (6)良好的可加工性和可磨性
      
      压铸模具型腔都是切削加工而成,所以模具材料要有良好的可加工性。必须指出的是,耐磨性好的材料,切削加工性一般较差。许多模具钢就是这种情况,即使在退火状态下,其基体零件也很硬。加硬质合金,一般难切削。
      
      为了获得光滑的压铸件,要求模腔表面的粗糙度值较小,因此模具材料也应具有较好的抛光性能。
      
      (7)材料内部结构均匀,无缺陷
      
      模具材料的结构应均匀、无缺陷、方向性小,否则不仅会影响模具的裂纹、强度和热疲劳性能,还会影响热处理变形。
      
      二、压铸模具材料的选择原则
      
      根据以上分析和介绍,压铸模具材料的选择原则如下:
      
      1.能满足压铸材料的工况要求。
      
      2.根据压铸件尺寸确定模具尺寸,考虑生产批次
      
      3.根据钢材供应情况,优先选用冶金质量稳定的国产钢材。
      
      4.大中型精密压铸模具应由加工性能好、使用性能可靠、使用寿命长的钢材制成。
      
      三、提高模具寿命的方法
      
      随着现代技术的发展,积极推广应用新技术是进一步提高模具使用寿命的重要手段。提高模具寿命的成熟新工艺有两种:模具强韧化处理和模具表面强化处理。
      
      1.整体强韧化处理
      
      3Cr2W8V模具钢应用广泛。常规热处理工艺为1050℃ ~ 1100℃淬火,550℃ ~ 620℃回火。硬度一般为45 ~ 50。在使用中经常出现早期断裂,模具寿命往往很短。如采用高温淬火回火新工艺,即1150℃高温淬火,640℃ ~ 680℃高温回火,硬度约为40HRC,产生回火索氏体组织。这样,虽然硬度降低,但抗热疲劳性和断裂韧性大大提高,避免了使用中断裂的发生,显着延长了使用寿命。如果回火温度控制在620℃ ~ 640℃,硬度保持在43℃左右,某些凸模的塌缩时间会延迟。
      
      2.表面强化处理
      
      近年来,随着工业的发展,对产品质量的要求越来越严格,对模具的要求也越来越高。特别是精密压铸模具,不仅要求机械性能高,而且变形小,热处理后基本不再加工。下面介绍三种常用的模具表面强化处理方法:
      
      (1)模具气体软氮化
      
      气体软氮化是在液体软氮化的基础上发展起来的一种新型化学热处理工艺。该工艺采用尿素、甲酸胺、三乙醇胺等有机化合物作为渗透剂,或引入氨、渗碳气体等添加剂进行渗氮处理。
      
      气体软氮化工艺具有温度低、时间短、变形小、不受钢种限制的优点,处理后能显着提高型腔的耐磨性、抗疲劳性、抗咬合性和抗划伤性。它还解决了液体软氮化的毒性问题,具有工作条件好、氮化质量稳定、工艺操作方便等优点。
      
      3Cr2W8V压铸模气体软氮化表明,强化处理后一般可提高2 ~ 10倍,这取决于压铸件的材质、形状和尺寸。
      
      (2)模具的离子氮化
      
      离子渗氮是一种提高模具零件耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性的新型化学热处理工艺。生产实践证明,它在压铸模具中有很好的效果。
      
      (3)模具渗铬
      
      压铸模具渗铬可以提高压铸模具的表面硬度(HV1300)、耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和高温抗氧化性。模具经受强磨损的使用寿命可以显着延长。
      
      模具渗铬时,可加热至950℃ ~ 1100℃,保温5 h ~ 10 h,形成结合力强的渗铬层。渗铬层厚度一般较小,不影响型腔尺寸。
      
      例如,对于工厂一般形状和尺寸的压铸件,铝合金压铸模3Cr2W8V渗铬后的使用寿命可提高10倍左右。
      
      压铸模具钢的工作条件极其复杂苛刻,一对模具往往交织着各种损伤现象,相互作用,相互促进,最终以一种或多种形式失效。因此,在选择模具钢时,应仔细讨论和分析,以采取最佳措施延长压铸模具的使用寿命,这对降低生产成本、提高经济效益具有重要的现实意义。
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