探讨提高压铸模具寿命的具体措施(之三)
苏州优尼昂金属精密制造有限公司 刘遵建 压铸专业高级工程师
本文曾发表在《特种铸造及有色合金》杂志的2011年第4期
5. 压铸模具设计应注意的事项
合理设计铸件,铸件要壁厚均匀,不要太薄、太厚,一般厚度为3±1mm 左右为好,棱角过渡要有圆角或斜坡以减小应力集中,可使用筋条结构消除铸件会形成的热节。过厚的压铸件内部组织晶粒粗大,会形成气孔、缩松、氧化、内部裂纹,并伴随有应力源产生,以致其强度和耐用性能会低于加强筋辅助结构形成的产品。
对于模具的易龟裂部位和易损伤部位尽量采取镶件结构,损坏后便于维修和更换。但成型零件上的镶拼孔,包括型芯孔至模具的边缘或附近的另一孔的距离不要过小,并且镶拼孔的内角要有较大的圆倒角,以免会成为模具早期龟裂的薄弱部位。
提高模具设计刚性,要分析模具型腔各个部位的受力情况。型腔得到的受力有合金液充填时的压力、胀型力、冲击力,产品脱模时的拉力、摩擦力,温度高低变化产生的热应力,开合模、抽插芯时受到的压力、拉力、预紧力等。设计时要使模具中各组件、各部位都具有足够的厚度、宽度,使模具具有足够的刚性以承受各种应力。还要使这些受力达到适当的平衡(这一点很重要),以防止模具变形、开裂。制造时注意模具的细薄截面、模块的凹角根部是模具出现断裂的敏感源,要保证其配合精度,如果模块配合的预紧力过大,它会把合模力集中到一点上,这是模具出现大面积断裂的主要因素。
为了较好的预防模具整体出现变形。正确设计模具型腔的受力中心位置,使其尽量靠近压铸机的受力中心。动模背后的两个垫块要尽量支撑在模具的型腔镶块上,不要只支撑在型腔镶块外的套板上;动模背后中间的支撑柱或支撑块的支撑面积要足够大,否则会使支撑块的端面,甚至使压铸机的模具安装板面,容易被压变形而失去支撑的效果。
合理设计模板厚度及其它模具尺寸,模具各模块及模板的尺寸要足够大,大小比例也要合理。在使用钢板时注意,较厚的模板不能用叠加的方法保证其厚度。因为钢板加厚1倍,弯曲变形量减少85%,叠层只能起叠加作用。总厚度相同的2块叠加板是单板的弯曲变形量的4倍。所以把动模支承板与动模套板设计为一个整体的动模套板,可以增加模板的刚性。
模具上有凹角的部位容易产生应力集中。产品转角处尽量要有较大的过渡圆角,让模具型腔避免出现窄而深的凹角、凹槽。铝、镁合金压铸模具的型腔转角应大于R 1 mm,并有较高光洁度,以避免R角处早期开裂。在内浇口附近的产品上,尽量加大圆角半径,如R 1的倒角比 R 0.2的倒角,R 3的倒角比R 1的倒角,能够较好的延缓模具早期龟裂裂纹的出现。
合理选取分型面的位置,合理选用镶块、活动滑块组合结构,避免因模块上出现较锐的尖角而容易出现缺损;并使镶拼接触密封面的结合面积要比较,要使滑块出现退让时,也不会出现铝水从密封面窜入到滑块的导滑槽里;为防止运动卡滞,滑块的侧面使用斜面配合[7]。
正确设计浇注系统,设计内浇口的位置和充填流向时,尽量防止高速充填的铝水正面喷射冲击到型壁或型芯。设计内浇口截面大小时,如果选用的压射充填速度太高,有大量的动能减速后转变成热能传递到模具上,使模具温度升高,促使模具出现粘模、龟裂、冲蚀缺陷。压铸铝水的最大充填速度不应超过56m/s,充填速度以≤46m/s为好。设计内浇口的厚度时,在保证产品表面质量的情况下,还是选用厚而大一点的内浇口为好,这样可以增加流量,又不增加对模具的冲击力。
要正确选择各组件的配合公差和表面粗糙度,因模具受热不均匀和膨胀不均匀,会使配合公差产生变化,会使运动部件失灵而导致模具表面损伤,也会使动、定模套板之间的合模间隙增加,引起飞边和飞料[7]。为防止飞料,在分型面上,动、定模型腔镶块平面应分别比动定模套板平面只能略高,高出量要在0~0.080mm的范围内,特别要求紧密合模后动、定模套板的间隙要在0.030~0.100 mm 范围内。在套板上的排气槽最浅处的深度0.12~0.15mm,它一定要包括合模后动、定模套板的间隙。只有这样才能防止在套板上出现飞边、飞料和飞边粘模。尽量让套板各部位的分型面与模块的分型面一致,从模块到套板一样平齐,减少分型面的台阶,便于排气和防止飞边粘模。
尽量不要在内浇口附近的型腔平面上设置产品的字样、标记和顶杆。这些都会引起模具过早的龟裂,也会使字样标记过早的变得不清晰。
充分利用压铸合金充填流动的模拟分析功能,预防出现过度冲击、冷隔、缩松、气孔等缺陷,分析和平衡模具的冷热温度。尽量利用P-Q 2图,使模具能够很好的与压铸机进行匹配,提高产品的合格率和生产效率,延长模具的使用寿命。
6. 压铸模具的冷却和加热系统的设计
为了能够调控模具温度,防止模具变形和龟裂,一定要给模具设计冷却、加热温控系统。通常在模具模块的内部开设Φ6~Φ12孔径的管道,在型芯和模块中开设Φ3~Φ12孔径的点冷却孔,给予通水进行冷却,通热油进行加热。在没有模温机的压铸厂,与塑料模一样,也可以使用电加热管(要控制发热温度≤400℃)和测温仪置入模具,进行自动加热来预热模具。
在型腔模块的背后,选择出一个有代表性的点,加工出一个Φ6~Φ8的孔,此孔要距离型腔表面在25±5mm,要距离冷却水或加热油通道在50mm以上,给孔中插入一个热电偶连接在压铸机的测温仪器上。就会测量出模具的温度,并可以依此温度来调控模具冷却或加热的温度。
合理设计冷却水管道和加热油管道的位置、直径大小和形状。在模具的横浇道、分支浇道、产品的内浇口附近,在铸件厚壁处的型腔、型芯等模具吸收热量比较多的部位要设计通水冷却。对铸件薄壁处的型腔,对远离内浇口的模具滑块抽芯,和模具型腔的一些吸收热量少、散热快的部位,要设计用通热油或用电加热管加热模具。一般通入的热油温度在200~350℃,使模具保持在能够完全生产出合格产品的较低温度。
模具的冷却水通道距离模具表面或模具转角要有足够的距离,以避免这些部位的型面出现早期龟裂或开裂。模具冷水通道距型腔表面和分型面的距离应 > 25mm,距横浇道应>30mm,距模块的内转角处型面应>50mm,点冷却孔距离型芯头部较小的可以为5~8mm。冷却水管内孔的表面要光滑,最好不留机加工痕迹以消除裂纹源。从两面加工水管时应特别注意保证同心度;如果水管孔有拐角,在拐角处要很好的相互惯通;否则,在使用过程中,连接的拐角处就会出现开裂。
模具每个进入的水管接头要有一个小开关,要能控制冷却水的流量,以便能灵活调节模具各部位的温度。冷却水管道里出现的生锈和集垢,会影响对模具的冷却效果,要及时清除。模具外接的管道和接头建议使用铜材和不锈钢材质,以防生锈后堵塞管道。