压铸模具对模具钢材的基本性能要求
压铸模具对 模具钢材的基本性能要求
压铸模受严重热高温和机械循环负荷,这种负荷直接提高对压铸模模具钢材的要求。因此有许多因素限制了模具寿命。
最重要的是:
热疲劳(热龟裂);侵蚀/腐蚀;破裂(整体破裂);凹陷。
压铸合金工作温度对压铸模具寿命影响非常大。对某种特定合金的压铸模,由于压铸件的设计,表面光洁度,生产速度,压铸时过程控制,模具设计,模具钢材及其热处理,加工公差范围等也会很大程度上改变模具寿命。
⒈热疲劳
热疲劳由于许多次温度循环,产生的热应力造成的逐渐破裂,它是发生于模具表面薄层的一种微表面层现象。压铸时模具受冷热变化,从而在模具表层产生严重应变,逐渐导致热疲劳裂纹。典型的热疲劳损坏是被称为“热龟裂”的一种表面破裂。在近十五年,人们花了很大精力来了解热疲劳过程以及材料性能和热疲劳的关系,正由于此,Uddeholm公司建立了一套模仿热疲劳破坏的装置,目的是为了改善和发展热作 模具钢材,目前已发展了优质工具钢VIDAR SUPREME,8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。
⒉影响热疲劳的因素
热疲劳裂纹是由热循环应力,拉应力和塑性应变等多种因素组合在一起形成的,如果以上因素中任何一个不存在的话,热疲劳既不会产生也不会扩展。塑性应变使裂纹出现,而拉应力使裂纹扩展。下影响热疲劳的因素:模具温度因素;预热温度;模具表面温度;模具高温保持时间;冷却速度;基本的模具钢材性能;热膨胀系数;热传导系数;高温屈服强度;抗回火性;蠕变强度;延展性。
应力集中部位:圆角、孔和尖角;粗糙表面;模具温度循环。
⒊预热温度
最重要的是表面和金属溶液的温差不能太大。因此,模具需要预热,预热温度不低于150℃,
因为钢材在此温度的断裂韧性是室温时的两倍。
⒋模具表面温度
模具表层温度和热疲劳的出现密切相关,温度达600℃时,热膨胀和应力正好是热作钢所能承受的,但是温度再高会明显的产生热龟裂危险,模具表面温度主要取决于预热温度、金属压铸温度、压铸产品设计、模具形状和尺寸,模具材料的高温性能。
⒌高温保持时间
较长的高温保持时间增加,模具有过度回火和蠕变的危险,这就意味着钢材的机械强度下降和相应的抗热负荷和机械负荷能力下降。
⒍冷却速度
表面冷却速度相当重要,较快的冷却会产生较大应力,从而导致早期裂纹,冷却剂的选择通常从模具寿命和生产率两方面综合考虑,但大多数生产商由于环保问题把冷却剂从油性冷却剂改成水性冷却剂。
⒎压铸模具对模具钢材的基本性能要求:
⑴热膨胀系数
低的热膨胀系数意味着较小的膨胀体积,亦即较低的热应力累积。
⑵热传导性
高的热传导性降低了热温差,从而降低了热应力,在实验中很难预测和研究什么样一个程度的热传导性会影响到热应力。
⑶高温屈服强度
高的高温屈服强度有利于对抗热龟裂。
⑷抗回火能力
如果模具钢材最初具有的高温屈服强度,会在高温状态长时间使用而降低,这就意味着热龟裂破坏会加速,因此模具钢材有良好的长时间高温抗软化性能显得非常重要。
⑸蠕变强度
和抗回火性相关的软化会因机械负荷的作用而明显加速。模具钢材同时处于高温和机械负荷状态,因此一种好的模具钢材应具备高温下抗机械负荷作用的能力,此能力可以数字化以高温蠕变强度表示。事实上,通过实验已证明恒温和循环机械负荷也会产生热龟裂。
⑹延展性
延展性是 模具钢材抵抗塑性变形而不产生裂纹的能力以数字化表示。模具钢材在特定的高温屈服强度及温度循环下,延展性的好坏是主宰模具钢材在最初的热疲劳破坏中产生可见裂纹的因素。延展性对裂纹扩展的影响逐渐减少。模具钢材的延展性主要取决于夹杂物和偏析即钢的纯度和均匀性。因此Uddeholm公司的压铸模具钢就是一种特殊的方法来处理。通过特殊的熔炼和精炼技术,控制锻造的方法,特殊的细微化热处理,已使模具钢材的延展性大大改善,特别是大块材料的中心部位也大大改善。
⑺应力集中
内圆、孔和尖角的几何形状造成的应力集中和温差的增大使应力和应变也增大。这就意味着在这些区域的热龟裂出现的比平面部位早。热龟裂的粗线及肋的设计师模具产生整体破裂的危险增加。
⑻表面粗糙
表面缺陷蠕研磨刮痕同样会像内圆角、孔和尖角一样影响裂纹的出现。推荐以220-600的粒度研磨,这样的粗糙度不会导致热色裂的出现。不太光滑的表面如喷砂,氧化的表面有助于润滑剂的辅助性和在模具表面上更均匀地分布。甚至很少有粘结产生,产品容易脱模。这对模具的试模期尤其重要。


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