模具制造大都需要经过锻造、机械加工、热处理等工序,为提高模具寿命,必须保证每道工序的加工质量。
1.保证模具的锻造质量
(1)模具毛坯的锻造 合理的锻造可使模具用钢的大块碳化物破碎,分布均匀,改善碳化物偏析,提高钢的强韧性,解决高碳高合金钢模具因偏析而产生的早期断裂失效问题;改变模具中金属流线的方向,使流线合理分布,提高模具的承载能力;焊合钢中的气孔,提高钢的致密度。例如采用5CrNiMo钢制冲裁模,不经锻造模具寿命仅为2万余次,而采用锻造毛坯制造,则模具的寿命可超过4万次。
(2)锻造工艺控制 为获得良好的锻造质量,必须严格锻造工艺,合理选择始锻和终锻温度,而且在锻造时采用“三镦三拔”的方法,以改善碳化物的不均匀性;对塑性差的钢材,宜采取“轻—重—轻”方式操作;对于导热性差的钢材,锻造时加热、冷却不宜过快,以免引起开裂,锻造完成后应放在干砂中冷却。采用上述改锻方法制造的模具,使用寿命可提高2~3倍。
(3)合理选择锻造方法
1)纵向锻造法(轴向锻造或单向镦拔)。此法是沿着坯料的轴向镦粗拔长工艺,因而适用于工作部分沿圆周分布的重载模具,如滚丝模、圆剪刃等。对于长度与直径之比较大的模具,当材料的碳化物不均匀度级别接近锻件要求时,单向拔长锻造比以2~4为宜。
2)横向锻造法(径向锻造或横向镦拔)。横向锻造法是将锻坯顺着轴线方向镦粗后,再沿轴线的垂直方向进行十字形反复镦、拔的一种锻造方法。该法广泛用于工作部分在端面,使用中呈劈裂、胀裂、压陷等失效形式的冷镦模、冷挤压模、冷精压模,以及冲头及预应力套等。十字镦拔的次数一般为3~4个。
3)综合锻造法(多向锻造或三向锻造)。这是对钢料从三个方位进行反复换向锻造方法。对于直径80mm的高合金钢,其总镦拔数取6~8次,总锻造比不少于15;对于高合金模具钢,原材料规格大于ϕ80mm和碳化物不均匀度超过4级的,可采用此法。
(4)锻造比控制 增加锻造比有利于改善金属的组织与性能。当锻件受力方向与纤维方向不一致时,为避免明显的各向异性,锻造比可取2.0~2.5;当锻件受力方向与纤维方向基本一致时,锻造比可取2.5~3.0;当锻件受力方向与纤维方向完全一致时,为提高纵向性能,锻造比可取4或更高。
2.保证模具的机械加工质量
1)合理选择模具材料的纤维方向。除了采用合理锻造方法,改善金属材料的纤维组织取向之外,在模具制造时,还应合理选择模具材料的纤维组织方向,以减少模具畸变与开裂的倾向,提高模具的强度。(www.daowen.com)
2)保证模具的加工精度。模具工作部位的几何形状(如过渡处圆角半径、拔模斜度)应按满足设计要求,不能实现机械加工的,应由人工修磨并严格测量,以保证模具合理的受力状态。有配合尺寸的部位,应保证公差或进行配磨。
3)降低模具表面粗糙度值。模具的工作表面,要求低的表面粗糙度值,决不允许留有加工刀痕或划痕,否则这些部位将成为机械疲劳或冷热疲劳裂纹的萌生源。
4)保证磨削加工质量。如果磨削工艺不合理(如进给量过大、切削液不足),模具经磨削加工后将由于磨削烧伤而出现表面微裂纹。因此,应制订合理的磨削工艺,进行合理冷却,并及时修复砂轮,而且模具在磨削后要进行200~315℃的去应力回火。
5)保证模具的电加工质量。如果电参数不合理,模具经电加工(如线切割、电火花等)后也容易在加工表面出现微裂纹。对此应通过调整电加工工艺参数来减少和改善脆性层,也可进行150~170℃×4~5h的低温回火或时效处理。回火温度应比最终的回火温度低20~30℃。
实践表明,冷处理可消除后续线切割的开裂现象,如T10A钢制模具在淬火后进行冷处理,出炉空冷后再放入50~60℃的热水中缓慢加热30~60min,最后进行180~200℃×90~120min的回火。
3.保证模具的热处理质量
1)正确选择热处理工艺参数(如加热温度、保温时间、冷却速度等),保证钢材中碳化物溶解,提高模具钢的基体强度和组织稳定性,以利于保证模具的硬度、耐磨性和热疲劳强度等,并减少模具热处理畸变与开裂倾向。
2)模具加热时应采取保护措施,如采用可控气氛、盐浴、真空,以及装箱、钢箔包装等保护方法。采用可控气氛加热时,应合理控制炉内碳势,避免氧化、脱碳或增碳。
3)采用强韧化处理工艺,以获得高的强度和良好韧性的配合。根据不同模具材料,采用合理的热处理工艺。例如:中碳模具钢(如5CrMnMo钢)采用高温淬火及高温回火工艺,可提高模具的断裂韧度和强度;高碳钢采用低温、短时加热淬火工艺,可提高模具韧性,并对提高模具精度和寿命有利。
4)对模具进行表面强化处理,是提高模具寿命的重要途径之一。模具工作型面直接承受机械载荷作用,是磨损、咬合等失效的发源地。为了提高模具的耐磨性、耐蚀性及耐热疲劳等性能,可采用表面强化处理技术,如化学热处理技术、表面覆层技术、表面相变与表面加工硬化技术。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。