延长压铸模具寿命方法研究

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　　摘要:模具使用寿命长短与否直接关系到企业产品是否能够达标,加工周期长短,以及预算和成本等方面,研究如何延长模具的使用时间,对企业在激烈的模具加工领域的竞争中取胜显得至关重要。本研究涉及模具加工的多个方面,研究提出了增长压铸模使用寿命的集中方法。
　　关键词:模具;使用寿命;机械加工工艺;压铸模
　　中图分类号:TQ320.67+1文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)005(C)-0041-01
　　
　　前言:目前,模具的种类各式各样,其中压铸模的工作条件非常苛刻。在一般压铸生产过程中,压铸模型腔的表层不仅受金属液在高速和高压环境下的冲刷,还有在合模、压射、冷却、开模等过程中剧烈的热交换,这使得压铸模应拥有比较高的抗热疲劳性能、传导热性能和抗磨性能等[1]。针对如何延长压铸模具寿命,我们这里从以下三个方面探讨。
　　一、模具材料的选取
　　1、材料的选取。在模具的选材之前,应根据各类不同的生产的批量、工艺的方法和加工的对象进行合理选择。选购耐用性比较好的模具材料,例如硬度较强的合金材料,以及韧度强的模具钢材料;对于小规模或产品处于实验阶段,则可选用锌合金等材料;对于热锻模我们应该选用具有韧度强、强度大耐磨性好并且抗冷热疲劳性能高的材料;对于易变形及易断裂的模具,需要选用硬度大并且有很强韧度的材料;塑料模具可以选用分子组织稠密、具有较好抛光性能的材质的作为材料。而在设计凸模或凹模时应当采用材料不同或硬度不同的模具进行互相匹配。如果凸模采用工具钢作为材料,凹模采用高碳高铬钢作为材料,那么模具使用时间可提高5到6倍。
　　2、模具结构的合理设计。在模具设计的过程中,一般模具设计的原则是:模具应该有足够的刚度、强度、对中性、同心度以及适当的冲裁间隙,必须尽量减少应力的集中,以确保用模具生产出来的产品达到设计的标准和要求。正确选择各种零件的公差配合和表面粗糙度,使模具在工作条件下,各活动部位不致咬合和窜入金属液[2]。因为模具的最重要的工作就是零作,所以就要求模具在导向精度方面的各个部位的缝隙要严格符合设计标准。在具体的设计环节中我们还需要特别注意以下几个方面的内容:①对于模具比较薄弱地方,要增加圆弧过渡,圆弧半径R一般控制在3到5毫米左右的范围,只有这样可以减少应力集中。②对于结构较为复杂的凹模来说,如果要采用镶拼结构仍然需要考虑如何减少它的应力集中。③要改善凸模的工作部分的受力情况,即使其间隙保持合理大小,以让它在冲裁力、推件力和卸件力方面降低,同样需要减小它的凹、凸模刃口摩擦程度。
　　二、模具的热处理工艺
　　大量关于模具失效方面的研究表明:如果热处理不当,约45%的模具会失效。一般情况下,表面是最容易发生摩擦和断裂的,这就对模具表面的加工质量要求格外高。
　　1、模具的整体强韧性工艺。要使模具的使用寿命获得延长,模具不仅需要具有优良的整体强韧性,同时还要具备良好的型腔表面性能。为使模具寿命更长出现了在对模具整体强韧化的基础上再进行表面强化的各种处理工艺:如对于普通冷作模具钢,经过低温淬火与低温回火处理后可收到增加韧性的良好效果;对于热作模具钢,经过高温淬火与高温回火处理后,可显著提高热作模具钢的强韧性和热稳定性[3]。
　　2、模具的表面强化热处理。目前模具表面强化的相关处理工艺种类众多,但应用效果较好的工艺主要有以下几种:①激光表面强化法:首先在模具工作表面以一定的扫描速度对经过黑化处理后的模具照射一定功率的激光束,其工作表面温度会在很短时间内急剧提高。在激光束不照射的短暂时间间隙里模具会在很短的时间内冷却并且会在表面形成一定强度的强化层。采用这种方法后的硬度可以提高15%到20%。②气体软氮化法:因为氮气可以在高温下分解出具有活性的氮原子,合金表面吸收氮气,氮气不断向金属内扩散开来,最终达到一定程度就在表面形成了氮化层。经过氮化处理后的模具表面硬度可以达到HV950至1200,这样可以使模具在疲劳强度和红硬度方面的强度很高。③离子氮化法:首先准备一个真空的容器并将待处理的模具置入其中,同时向容器输入一定数量的氮气,真空容器的罩壁的一端连接电源阳极,被处理模具的一端连接电源阴极,阴阳极之间加400至600V的直流电压,通过放电的方式使容器内部的氮气体或其他气体被电离出来。在电场的作用下正离子撞击电源阴极,高速度撞击模具的表面使模具温度升高。正离子在撞击模具表面的同时获得电子,形成的氮原子就会吸附在模具表面,达到一定程度后即在模具表面形成氮化层。所以离子氮化法可以使模具的抗疲劳强度和耐磨性能得到显著增强。
　　三、机械加工工艺
　　机械加工工艺的使用时间长短是关系到产品好坏的重要环节。因为往往模具加工零件的形状各式各样,并且对零件某些方面的精度要求也比较高,所以在使用车床这类普通的机械设备的同时,还需要使用技术更为先进的高端设备。比如对于结构复杂或者对工艺要求比较高的模具需要采用电加工的方法。电加工既不需要工具材料在硬度上高于工件材料,也不要在加工过程中施加强大的外力,它是一种直接通过电能、化学能、光能、声能对工件进行加工从而是工件达到一定的尺寸和粗糙度要求的方法。
　　采用合适的模具加工工艺对模具进行加工,可以使高精度模具的型腔表面粗糙度改善超过一倍从而让模具使用寿命也得到相应延长,比原来可提高50%左右。
　　结论及展望:由此可见,正确采用模具材料、合理设计模具结构及样式、采用合理的冲模制造工艺、热处理工艺可以在一定程度上延长模具的使用时间。这样模具在正常的工作条件下可以提高冲模寿命。随着模具研究在理论上和实践上的不断深入,模具新技术、新工艺会不断涌现,模具的使用寿命以及模具加工的质量也会不断获得提高。
　　
　　作者单位:合肥学院
　　
　　参考文献:
　　[1]Klein F. Thermal Conditions in Die Casting Dies for Aluminum Alloys [M].New York: North American Die Casting Association Pub.1993.
　　[2]张洪峰,卢志文.压铸模工作状态下的结构变形及对策[J].特种铸造及有色合金.2006.(4):229-230.
　　[3]胡心平,戴挺,吴炳尧.压铸模具钢的选择与提高压铸模寿命的途径[J].特种铸造及有色合金.2003.(4):41-43.

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