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目前,因?yàn)橹袊?guó)模具工業(yè)的迅猛發(fā)展,世界各國(guó)的優(yōu)秀模具用特種鋼在中國(guó)都有很好的巿常但由于使用時(shí)操作工藝存在問題,往往出現(xiàn)使用最合適的高級(jí)鋼種,取得的效果卻與使用中碳鋼差不多的現(xiàn)象。
最近幾年,國(guó)外在中國(guó)定制壓鑄模具及壓鑄件的勢(shì)頭很猛。但在制造過(guò)程中,有些壓鑄模具的型腔鋼材甚至僅使用千把模,就出現(xiàn)了開裂。這就造成好鋼沒有用好。
如何讓優(yōu)質(zhì)特種鋼發(fā)揮其本身優(yōu)勢(shì),提高模具壽命和產(chǎn)品質(zhì)量呢？
下面就以日立金屬出品的SKD61,2344,8407等為例,根據(jù)自己的使用體會(huì),和各位同仁交流一下使用心得。
SKD61是日立金屬提供給客戶用于壓鑄模具模芯制造用的常用熱模鋼材料,現(xiàn)在許多使用淬火注塑模的單位也使用此鋼材制作注塑模具。該鋼材有很好的強(qiáng)度、韌性及耐熱平衡性,切削性能也很好。未進(jìn)行熱處理時(shí)的硬度在HRC25-HRC28之間,加工過(guò)程中和使用過(guò)程中如果工藝得當(dāng),產(chǎn)品外形合理,制作的壓鑄模具一般使用壽命可以達(dá)到10萬(wàn)模或以上。
首先談采購(gòu)過(guò)程。一般應(yīng)到日立金屬專賣店進(jìn)貨,要求購(gòu)買電渣重熔真空冶煉的鋼材。此種鋼材比同樣牌號(hào)的普通真空冶煉特種鋼的性能更好,因?yàn)樗耐蛐院?不易變形。兩者的價(jià)格相差人民幣20元/KG左右。專賣店會(huì)提供鋼材質(zhì)量保證書,在條件具備時(shí),應(yīng)該將該材料的熱處理也要求專賣店承擔(dān),同時(shí)要求給予三次回火的服務(wù)（熱處理價(jià)格和運(yùn)輸費(fèi)用一并包含在采購(gòu)貨款中）。
其次,談設(shè)計(jì)。我們現(xiàn)在的設(shè)計(jì)思路基本與日本的相同,即壓鑄模具的型腔基本上是采用鑲嵌的方法進(jìn)行制造,可以節(jié)省特種鋼。但在設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要計(jì)算好剛性平衡點(diǎn),以免為節(jié)省特種鋼而模具剛性不夠,造成模具壽命大幅下降。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和滑塊的工作可靠性,以保證模具使用壽命。其次是進(jìn)行模流分析,選擇最合適的流向、進(jìn)料口方案。在設(shè)計(jì)型腔時(shí)應(yīng)盡量避免在壓鑄時(shí)型腔內(nèi)應(yīng)力匯聚在相對(duì)薄弱的部位。
接下來(lái),談加工過(guò)程。在加工過(guò)程中,首先是粗加工與半精加工。在此過(guò)程中,要注意加工過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力積累。尤其是加工到后期,工件不應(yīng)有嚴(yán)重摔、砸,以免引發(fā)內(nèi)應(yīng)力造成潛在的裂紋。
然后送去熱處理。在真空爐內(nèi)應(yīng)該有較平緩的升溫過(guò)程,當(dāng)達(dá)到500-550℃時(shí),有一個(gè)保溫過(guò)程；一般為第一段升溫時(shí)間的1.5倍。然后進(jìn)入第二段升溫,達(dá)到750-800℃時(shí),應(yīng)有第二段升溫過(guò)程二倍的保溫時(shí)間,以確保加工過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力的較好消除。接下來(lái),在第三段升溫至1000-1050℃時(shí),應(yīng)有第三段升溫的二倍的保溫時(shí)間以確保被加工鋼材的通體溫度均衡。淬火后風(fēng)冷至常溫,然后進(jìn)行第一次回火。當(dāng)然,最好是油冷,其金相狀態(tài)會(huì)適當(dāng)增加使用壽命。油冷時(shí)淬火件應(yīng)在不停流動(dòng)的淬火油內(nèi)冷卻,以使其硬度均勻。
回火在二級(jí)升溫后至600℃時(shí)保溫,時(shí)間視工件大小及厚度而定。一般全過(guò)程為24小時(shí)或以上,出爐后油冷至常溫。此時(shí)的材料硬度應(yīng)該在HRC46-HRC52之間。
接下來(lái)是半精加工和精加工。完畢以后進(jìn)行第二次回火,此時(shí)材料硬度應(yīng)該在HRC44-HRC50之間。
壓鑄模具型腔應(yīng)該不允許焊接,因?yàn)榧词诡A(yù)加溫后,用同種材料焊接,焊接后保溫,該部位的使用壽命不到正常壽命的三分之一。有時(shí)因?yàn)樵O(shè)計(jì)變更,不得不進(jìn)行型腔焊接,最好是退火、重新淬火后回火。即使這樣,其壽命最多達(dá)到正常壽命的一半。
滑塊。一般滑塊應(yīng)采用與型腔本體材料不同的材料,且硬度與型腔本體材料不同,以保證使用過(guò)程中只更換損耗的那一件。若能夠使用銅基石墨摩擦片則更好。此種工藝已迅速普及,因?yàn)榛瑝K與型腔一般不會(huì)損壞,只需更換摩擦片。
試模。試模時(shí)許多工廠為圖省事,往往不給模具接冷卻水,這是絕對(duì)不允許的。試模不接冷卻水將直接導(dǎo)致壓鑄模具使用壽命的嚴(yán)重降低。即使當(dāng)時(shí)看不見裂紋,在正常使用時(shí)必定會(huì)提前出現(xiàn)型腔裂紋。
在試模時(shí),一定要注意,模溫不到時(shí),只能逐步加壓。待模溫均勻達(dá)到規(guī)定時(shí),注射壓力才能到位。
鋁或鋅液的溫度要按照規(guī)定參數(shù),擅自提高液溫也會(huì)損害模具。
使用期回火。一般新模具投入使用5000模后（包括試模次數(shù)）,要將型腔拆下進(jìn)行一次回火以消除內(nèi)應(yīng)力。然后正常使用至15000模左右再去回火。如果型腔表面出現(xiàn)裂紋后就別去回火了。
模具的養(yǎng)護(hù)。在模具使用后進(jìn)入庫(kù)存狀態(tài)時(shí),應(yīng)放盡油和水后,在型腔內(nèi)涂防銹油,在滑動(dòng)部位涂耐高溫機(jī)油,封閉冷卻系統(tǒng)和型腔以防銹蝕。
隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展,許多新工藝也被使用到模具制作中來(lái)。例如真空噴涂陶瓷材料在進(jìn)料口所對(duì)的型腔部位,可以使該部位的壽命大大提高,保持型腔形狀和尺寸的精度,使模具整體壽命更加保持一致。我所知的有涂層為0.01毫米和0.001毫米兩種,也有型腔整體噴涂的。如果采用此工藝,型腔鋼材用一般熱模鋼就可得到高級(jí)熱模鋼的使用效果,大家不妨試用后再推廣。