沖壓模具設(shè)計相關(guān)資料

1、 壓鑄模具是模具中的一個大類。隨著我國汽車摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄行業(yè)迎來了發(fā)展的新時期。同時，也對壓鑄模具的綜合力學性能、壽命等提出了更高的要求。要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅依靠新型模具材料的應用仍然很難滿足，必須將各種表面處理技術(shù)應用到壓鑄模具的表面處理當中才能達到對壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。壓力鑄造是使熔融金屬在高壓、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型，在工作過程中反復與熾熱金屬接觸，因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞、導熱性耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性、良好的脫模性等。因此，對壓鑄模具的表面處理技術(shù)要求較高近年來，各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但總的來說可以分為以下

2、三個大類：(1)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進技術(shù);(2)表面改性技術(shù)，包括表面熱擴滲處理、表面相變強化、電火花強化技術(shù)等;(3)涂鍍技術(shù)，包括化學鍍等。1 傳統(tǒng)熱處理工藝的改進技術(shù)傳統(tǒng)的壓鑄模具熱處理工藝是淬火-回火，以后又發(fā)展了表面處理技術(shù)。由于可作為壓鑄模具的材料多種多樣，同樣的表面處理技術(shù)和工藝應用在不同的材料上會產(chǎn)生不同的效果。史可夫最近提出針對模具基材和表面處理技術(shù)的基材預處理技術(shù)，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上對不同的模具材料提出適合的加工工藝，從而改善模具性能，提高模具壽命。熱處理技術(shù)改進的另一個發(fā)展方向，是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進的表面處理工藝相結(jié)合，提高壓鑄模具的使用壽命。如將化學熱處理的方法碳

3、氮共滲，與常規(guī)淬火、回火工藝相結(jié)合的NQN(即碳氮共滲 - 淬火-碳氮共滲)復合強化，不但得到較高的表面硬度，而且有效硬化層深度增加、滲層硬度梯度分布合理、回火穩(wěn)定性和耐蝕性提高，從而使得壓鑄模具在獲得良好心部性能的同時，表面質(zhì)量和性能大幅提高。2 表面改性技術(shù)2.1 表面熱擴滲技術(shù)這一類型中包括有滲碳、滲氮、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等。2.1.1 滲碳和碳氮共滲滲碳工藝應用于冷、熱作和塑料模具表面強化中，都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具，先滲碳、再經(jīng)11401150淬火，550回火兩次，表面硬度可達HRC5661，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1. 83.0倍。進行

4、滲碳處理時，主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳氣氛中加入氮元素形成的碳氮共滲等。其中，真空滲碳和離子滲碳則是近20年來發(fā)展起來的技術(shù)，該技術(shù)具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點，將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來越重要的作用。2.1.2 滲氮及有關(guān)的低溫熱擴滲技術(shù)這一類型中包括滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、氧氮共滲、硫氮共滲以及硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。這些方法處理工藝簡便、適應性強、擴滲溫度較 低(一般為480600)、工件變形小，尤其適應精密模具的表面強化，而且氮化層硬度高、耐磨性好，有較好的抗粘模性能。3Cr2W8V鋼壓

5、鑄模具， 經(jīng)調(diào)質(zhì)、520540氮化后，使用壽命較不氮化的模具提高23倍。美國用H13鋼制作的壓鑄模具，不少都要進行氮化處理，且以滲氮代替一次回火，表 面硬度高達HRC6570，而模具心部硬度較低、韌性好，從而獲得優(yōu)良的綜合力學性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝，但當?shù)瘜映霈F(xiàn)薄而脆的 白亮層時，無法抵抗交變熱應力的作用，極易產(chǎn)生微裂紋，降低熱疲勞抗力。因此，在氮化過程中，要嚴格控制工藝，避免脆性層的產(chǎn)生。最近，國外提出采用二次 和多次滲氮工藝。采用反復滲氮的辦法可以分解容易在服役過程中產(chǎn)生微裂紋的氮化物白亮層，增加滲氮層厚度，并同時使模具表面存在很厚的殘余應力層，使模具 的壽命得以明顯

6、提高。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法。這些工藝在國外應用較為廣泛，在國內(nèi)較少見。如TFI+ABI工藝，是在鹽浴氮碳 共滲后再于堿性氧化性鹽浴中浸漬。工件表面發(fā)生氧化，呈黑色，其耐磨性、耐蝕性、耐熱性均得到了改善。經(jīng)此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數(shù)百小時。再如法國開發(fā)的硫氮碳共滲后進行氮化處理的oxynit工藝，應用于有色金屬壓鑄模具則更具特點。2.1.3滲硼由于滲硼層的高硬度(FeB:HV18002300、Fe2B:HV13001500)、耐磨性和紅硬性，以及一定的耐蝕性和抗粘著性，滲硼技術(shù)在模具工業(yè)中獲得較好的應用效果。但因壓鑄模具工作條件十分苛刻，故滲硼工藝較少應用于壓

7、鑄模具表面處理中，但近年來，出現(xiàn)了改進的滲硼方法，解決了上述問題，而得以應用于壓鑄模具的表面處理，如多元、涂劑粉末滲等。涂劑粉末滲硼的方法是將硼化合物和其他滲劑混合后涂覆在壓鑄模具表面，待液體揮發(fā)后，再按照一般粉末滲硼的方法裝箱密封，920加熱并保溫8h，隨之空冷。這種方法可以獲得致密、均勻的滲層，模具表面滲層硬度、耐磨性和彎曲強度都得到提高，模具使用壽命平均提高2倍以上。2.1.4稀土表面強化近年來，在模具表面強化中采用加入稀土元素的方法得到廣泛推崇。這是因為稀土元素具有提高滲速、強化表面及凈化表面等多種功能13，它對改善模具表面組織結(jié)構(gòu)，表面物理、化學及力學性能均有極大地影響，可提高滲速、

8、強化表面、生成稀土化合物。同時可消除分布在晶界上微量雜質(zhì)的有害作用，起著強化和穩(wěn)定模具型腔表面晶界的作用。另外，稀土元素與鋼中的有害元素發(fā)生作用，生成高熔點化合物，又可抑制這些有害元素在晶界上偏聚，從而降低深層的脆性等。在壓鑄模具表面強化處理工藝中加入稀土元素成分，能夠明顯提高各種滲入法的滲層厚度、提高表面硬度，同時使得滲層組織細小彌散、硬度梯度下降，從而使得模具的耐磨性、抗冷、熱疲勞性能等顯著提高，從而大幅度提高模具壽命。目前應用于壓鑄模具型腔表面的處理方法有:稀土碳共滲、稀土碳氮共滲、稀土硼共滲、稀土硼鋁共滲、稀土軟氮化、稀土硫氮碳共滲等。2.1.5表面被覆強化近年來由于冷焊技術(shù)的發(fā)展，使

9、得表面處理技術(shù)得到很大的提高，特別是ESD-05上市以后，可以使用碳化物等不同材質(zhì)的焊材對表面進行處理，這種方式方便簡單，成本低，使用方便。同時效果也好，漸漸的已經(jīng)成為行業(yè)的主選。2.2表面激光涂層2.2.1激光表面處理激光表面處理是使用激光束進行加熱，使工件表面迅速熔化一定深度的薄層，同時采用真空蒸鍍、電鍍、離子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其與基體金屬充分融合，冷凝后在模具表面獲得厚度為101000m具有特殊性能的合金層，冷卻速度相當于激冷淬火。如在H13鋼表面采用激光快速熔融工藝進行處理，熔區(qū)具有較高的硬度和良好的熱穩(wěn)定性，抗塑性變形能力高，對疲勞裂紋的萌生和擴展有明

10、顯的抑制作用。最近，薩哈和達霍特若采用在H13基材上進行激光熔覆VC層的方法，研究表明，獲得的模具表面實質(zhì)是連續(xù)、致密無孔的VC鋼復合覆層，它不僅有很強的在600下的氧化抗力，而且有很強的抗熔融金屬還原的能力19。23電火花沉積金屬陶瓷工藝在表面改性技術(shù)的不斷發(fā)展中，出現(xiàn)了一種電火花沉積工藝。該工藝在電場作用下，在母材表面產(chǎn)生瞬間高溫、高壓區(qū)，同時滲入離子態(tài)的金屬陶瓷材料，形成表面的冶金結(jié)合，而母材表面也同時發(fā)生瞬間相變，形成馬氏體和微細奧氏體組織20。這種工藝不同于焊接，也不同于噴鍍或者元素滲入，應該是介于兩者之間的一種工藝。它很好地利用了金屬陶瓷材料的高耐磨、耐高溫、耐腐蝕的特性，而且工藝

11、簡單，成本較低廉。是壓鑄模具表面處理的一條新路。2.22WS焊機處理WS焊機與激光焊機的原理是一樣的，都是通過脈沖點焊的方式進行的。相對于激光焊來說更方便更靈活，焊絲直徑0.1-2.0mm，同時上面內(nèi)置氬弧焊的功能，這樣更方便靈活。3、涂鍍技術(shù)涂鍍技術(shù)作為模具強化技術(shù)的一種，主要應用在塑料模、玻璃模、橡膠模、沖壓模等工作環(huán)境相對簡單的模具表面處理。壓鑄模具需要承受冷熱應力交替的苛刻環(huán)境，所以一般不使用涂鍍技術(shù)來強化壓鑄模具表面。但近年來，有報道采用化學復合鍍的方法強化壓鑄模具表面，以提高模具表面抗粘著性、脫模性。該方法在鋁基壓鑄模具上將聚四氟乙烯微粒浸潤后進行(NiP)-聚四氟乙烯復合鍍。實驗

12、證明，此方法在工藝上和性能上均為可行，大大降低了模具表面的摩擦系數(shù)。模具壓力加工是機械制造的重要組成部分，而模具的水平、質(zhì)量和壽命則與模具表面強化技術(shù)休戚相關(guān)。隨著科學技術(shù)的進步，近年來各種模具表面處理技術(shù)出現(xiàn)較大的進展。表現(xiàn)在:傳統(tǒng)的熱處理工藝的改進及其與其他新工藝的結(jié)合;表面改性技術(shù)，包括滲碳、低溫熱擴滲(各種滲氮、碳氮共滲、離子氮化、三元共滲等)、鹽浴熱擴滲、滲硼、稀土表面強化、激光表面處理和電火花沉積金屬陶瓷等;涂鍍技術(shù)等方面。但對于工作條件極為苛刻的壓鑄模具而言，現(xiàn)有新的表面處理工藝還無法滿足不斷增長的要求，可以預計更為先進的技術(shù)，也有望應用于壓鑄模具的表面處理。鑒于表面處理是提高壓

13、鑄模具壽命的重要手段之一，因此要提高我國壓鑄模具生產(chǎn)整體水平，表面處理技術(shù)將起著舉足輕重的作用。 潘曉華1朱祖昌2 （1艾福表面處理技術(shù)(上海)有限公司，上海200030，2上海工程技術(shù)大學，上海200336） 中文摘要：著重介紹H13鋼的化學成分及低Si高M0的改進方向，同時論述了壓鑄模具的表面PVD改性。 關(guān)鍵詞：壓鑄模具，熱處理，表面改性，物理氣相沉積 1.壓鑄模具和H13 國內(nèi)有色金屬壓鑄模具普遍采用H13熱作模具鋼。所謂熱作模具是指對加熱至再結(jié)晶溫度以上的金屬或合金進行塑性變形的和對液態(tài)的有色金屬壓制成型制造零部件的模具。 作為有色金屬的壓鑄模具用鋼一般應具有下述條件：（1）具有較高

14、的淬透性，熱處理時可采用冷卻強度較小的介質(zhì)和具有較小的熱處理變形；（2）具有高的抗熱裂性和耐熱疲勞抗力，使模具經(jīng)受激冷激熱不易形成裂紋以及形成的裂紋不易擴展，避免模具失效；（3）具有高的抗熱軟化能力和抗高溫磨損能力，使模具保持一定的高溫強度和尺寸穩(wěn)定性；（4）具有高的抗液態(tài)金屬的粘焊（soldering）和化學沖蝕損傷，國內(nèi)以熔化液態(tài)金屬的熔損來表征。要達到這些兼具高溫強度和高韌度要求，又有較高的高溫硬度和抗磨損能力，主要由鋼的化學成分決定，一般采用中碳含量（0.350.45）和含Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素總量在625%范圍。 在美國，熱作模具鋼分為三種：鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼

15、和鉬熱作模具鋼，全部以H命名。分別為H10H19,H21H26,和H42、H431。用于Al合金壓鑄模的鋼種，目前很普遍采用H13鋼，它屬于第一種。國內(nèi)鋼號為4Cr5M0SiVl。以前國內(nèi)采用較多的3Cr2W8V鋼的熱疲勞性和韌度顯得不足。 H13鋼的含碳量在0.5以下。美國AISIH13,UNST20813,ASTMA681(最新版)的H13鋼和FEDQQ-T-570的H13的含碳量都規(guī)定為（0.320.45）,是所有H13鋼中含碳量范圍最寬的。我國GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1鋼號的含碳量為（0.320.42）和（0.320.45）。德國D

16、IN17350X40CrM0V5-1和WNr1.2344鋼的含碳量為（0.370.43），含碳范圍較窄2。北美壓鑄協(xié)會標準NADCA207-90中對中高級H13鋼的含碳量規(guī)定為（0.370.42）。 鉻和其他碳化物形成元素一起提供給鋼具有較高的淬透性和好的抗軟化能力，所以該鋼在空冷條件下能夠淬硬。在6barN2氣體真空處理條件下可淬透直徑為160mm3。但鉻的加入會增加碳化物的不均勻程度，致使鋼中會出現(xiàn)亞穩(wěn)定的共晶碳化物，這種碳化物現(xiàn)在國內(nèi)一般可用高碳鉻軸承鋼相關(guān)標準予以評定4。鉻含量的提高有利于增加材料的熱強度，但對韌度不利。材料中增加鉬和鎢，有人提出5，（1/2W+M0）的量至1以上時，會

17、使材料500以上進行回火時仍獲得較高硬度，并具有二次硬化能力。H13鋼的二次硬化能力不很明顯，可參見資料1。提高V的含量，如V的量由0.4（SKD6,相當于H11）提高至1%，使H13鋼（SKD61）的熱強度和熱穩(wěn)定性提高了，同時V也增加水沖洗抗力，實際上是提高水浸侵蝕磨損抗力（erosivewear）1。 另外，鋼中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能對奧氏體晶粒細化，也使溶入奧氏體后在回火過程中產(chǎn)生二次硬化效果。對Cr的加入形成的碳化物為M23C6型，其在1100奧氏體化時基本上溶解完了，（全部溶入奧氏體的溫度是1160），這將決定H13鋼的最佳奧氏體化溫度處于102

18、01080范圍內(nèi)6。 含Cr熱作模具鋼的含Si量都在0.801.20，只有H19鋼含Si量為0.200.50。鋼中增加Si的量除了固溶強化影響外，它能改進鋼的高溫抗氧化能力，直至800（1475）。但Si有損于韌度提高?，F(xiàn)在H13鋼的發(fā)展正在向低Si高M0的第二階段進行，（發(fā)展第一階段是提高H13鋼的材質(zhì)和熱處理水平）。人們已逐漸認識到低Si的效果主要有：減輕材料的偏析，改善宏觀組織均勻程度；減少凝固時液/固界面上成分過冷，改善結(jié)晶的微觀組織和奧氏體晶粒細化；提高鋼的韌度以及抗熱裂能力和減低高溫疲勞裂紋擴展速度以及高溫蠕變裂紋擴展速率；延緩鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變。同時增加M0的量至3左右，日本低Si高

19、M0的SKD61的成分范圍為：C（0.300.40）、Si（0.050.30）、Cr（4.95.5%）、M0（2.03.5）和V（0.501.20）。相應低Si高M0的德國鋼號為1.2367，其成分為C0.40，Si0.40，Cr4.95，M03.0和V0.9。M0的量提高至3.0，則使鋼的淬透性提高，防止奧氏體晶界碳化物的析出和延緩貝氏體轉(zhuǎn)變；提高回火抗力和韌度；提高高溫強度和高溫蠕變強度；提高抗熱裂能力。關(guān)于延緩貝氏體轉(zhuǎn)變，有資料報導：對610203500mm的H13模塊經(jīng)3bar（約3atm）氣淬后心部和表面的貝氏體量達70和40%，而對低Si高M0SKD61鋼相應僅有2和1%7。這對模

20、具使用壽命提高十分有利。我國的一種新型熱作模具鋼3Cr3M03VNb的M0量也為3%（范圍為2.703.20），Si的量為0.60，其性能優(yōu)良的一個原因也應歸咎于低的Si高M0的。 2.H13鋼的表面改性 壓鑄模具的使用壽命決定于很多因素：模具設(shè)計的合理性，模具材料選擇正確性，模具機械加工和熱處理工藝的合理正確制訂，當然還應涉及模具的使用條件和維護。其中模具材料的質(zhì)量和熱處理是相當重要的關(guān)鍵因素。熱處理應包括整體工件的熱處理和工件的表面改性。相關(guān)的標準主要有北美壓鑄協(xié)會標準、法國汽車工業(yè)會、德國鋼鐵協(xié)會、材料協(xié)會和壓鑄協(xié)會的標準，還有通用汽車、福特汽車的推薦標準等。對H13鋼整體熱處理和檢測十

21、分重要，我們將另有專論。 H13鋼鍛模和鋁合金壓鑄模的表面改性目前主要在以下兩個方面：（1）鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術(shù)和（2）PVD涂層技術(shù)。國內(nèi)外在這兩方面進行的研究論文有了發(fā)表，但具體工業(yè)應用報導不多。專門從事材料表面改性技術(shù)的法國HEF集團在一些國際性會議上以論文形式報導了H13鋼表面改性工業(yè)應用的實例，同時艾福表面處理技術(shù)（上海）有限公司（HEFShanghai）結(jié)合舍福表面處理技術(shù)有限公司（TSShanghai）的實踐匯同國外的相關(guān)文獻（尤其是NADCA的專家和CaseWesternReserve大學教授的工作）作一定描述。 國內(nèi)普遍認為，熱疲勞發(fā)生龜裂損傷和熱磨損是熱作模具失效

22、的兩大主要原因。這方面，國外的相關(guān)文獻敘述得十分明確：模具的損壞和限制模具壽命上升的三個機制為：1)液態(tài)金屬鋁的粘焊（soldering）和化學沖蝕損傷。2)磨損和腐蝕。3)熱疲勞開裂。其中1)是最重要的失效機制。他們提出采用鐵素體氮碳共滲和離子氮化能顯著提高工具鋼的模具壽命。國內(nèi)有關(guān)鋁熔損的試驗指出，當模具材料硬度為45HRC時，未表面處理的鋁熔損率高達54.90時，當采用鹽浴硫氮碳共滲，其熔損率僅為0.10，當采用鹽浴氮碳共滲（軟氮化）后在加上PVD處理時，熔損率更明顯降低至0.10。由此可見H13鋼的表面改性的效果十分明顯。 解決H13鋼表面改性問題的最佳途徑是在模具材料表面涂覆硬膜，使

23、其不被鋁合金熔液潤濕，同時涂覆的硬膜也賦予模具材料表面的腐蝕磨損抗力。HEF集團對汽車轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當于H13鋼）表面沉積3m厚的CERTESSSD涂層，其硬度可達40004500HV，使用溫度可達800，還可抗鋁合金的黏結(jié)，使用壽命提高至10萬次，是未進行沉積處理挺桿的67倍。 對如何獲得這種不被液態(tài)金屬潤濕的硬質(zhì)膜，ColoradoSchoolofMines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等8提出多層優(yōu)化涂膜的結(jié)構(gòu)是：先對H13模具基體進行表面改性，如采用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮；50100nm的結(jié)合中間層（adhesionin

24、terlayer）如Ti或Cr；調(diào)整基材和涂層之間由于壓鑄作業(yè)引起的熱殘余應力的中間過度層（intermediategradedlayer），這可應用有限元模擬方法確定，他們舉例認為，這取決于所選的工作硬化層，當工作層選用Al2O3層時，這中間過渡層為TiAlN梯度層；工作涂層，與液態(tài)金屬或玻璃不相潤濕（nonwetting），對Al合金壓鑄，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相應多層結(jié)構(gòu)膜總厚在58m之間。 在模具工件上通過PVD技術(shù)獲得優(yōu)異質(zhì)量的涂層，應該依賴于高性能的設(shè)備和能優(yōu)化選擇的工藝參數(shù)。這種設(shè)備最好具有下述技術(shù)要求：涂覆處理溫度低；繞涂性好；涂層沉積均勻；采用增強

25、離化率技術(shù)；精確的涂層成分控制；一定的沉積速率；能進行多層復合涂；能得到納米結(jié)構(gòu)的涂層；具有PVD和CVD的工作模式；能邊涂覆邊刻蝕，獲得最佳的涂層質(zhì)量。 法國HEF集團發(fā)展并應用等離子體增強磁控濺射（PEMSTM）技術(shù)對涂層的沉積過程進行精確的控制。應用PEMSTM技術(shù)可以達到涂層最高理論密度。HEF集團真空涂層設(shè)備和技術(shù)因此在世界上處于領(lǐng)先地位。概括地說，HEF的設(shè)備和技術(shù)的主要優(yōu)勢在于： 1)可以獨立地對離子的流量和能量進行控制，從而得到最高密度和性能的涂層； 2)采用獨特的OES系統(tǒng)對等離子體波長進行測量，實現(xiàn)涂層成分的精確控制； 3)獲得的所有硬質(zhì)涂層都具有納米級（20nm）結(jié)構(gòu)；

26、4)低電壓、高真空度環(huán)境下均勻的轟擊，可以極大地減弱尖角效應； 5)在抽真空的同時進行加熱，充分迅速地去除水分，獲得優(yōu)質(zhì)、高效的沉積效果； 6)最低處理溫度可達到80，可用于對幾乎所有材料，包括鋁合金和聚合物材料進行涂層加工； 7)一臺設(shè)備同時擁有PVD和PACVD加工模式，給客戶的技術(shù)升級以充分的支持。 法國HEF集團通過艾福表面處理技術(shù)（上海）有限公司已在上海舍福表面處理技術(shù)有限公司（上海松江）投資引入兩種系列的PVD/PACVD設(shè)備，現(xiàn)在能涂覆的硬膜涂層主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和類金剛石DLC膜，他們對PVD涂膜前的H13鋼基材等的表面改性采用液體

27、硫氮碳共滲或液體氮碳共滲也具有鮮明特色，稱作為Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技術(shù)或Tufftride/Tenifer（由其2001年并入HEF集團的德國子公司Durferrit提供）。相關(guān) 介紹可參見本期廣告及模具工程今年第四期論文。 3結(jié)束語 1)H13鋼是世界上普遍使用的強韌兼具的熱作模具鋼，具有高的淬透性和抗熱裂能力。很多場合應用于制造鋁合金壓鑄模具。 2)H13鋼的國內(nèi)牌號為4Cr5M0SiVl，現(xiàn)在正在向低Si高M0方向發(fā)展。 3)H13鋼的表面改性主要有鐵素體氮碳共滲或者硫氮碳共滲以及物理氣相沉積硬膜等方法，更為優(yōu)越的辦法是這些方法進行合理組合。 如何確保壓鑄模具“0”

28、燒焊 發(fā)布時間:2011-7-14 19:27:04 來源：中國壓鑄雜志文字【大 中 小】 文/浙江精湛化油器有限公司/工程師/何深富模具是一個傳統(tǒng)的制造業(yè),在中國的模具設(shè)計和制造中,采用先進的計算機技術(shù)是在上個世紀90年代后期才開始應用,到現(xiàn)在也就十幾年的發(fā)展時間。當時也就國有大型企業(yè)能夠購買昂貴的數(shù)控設(shè)備和設(shè)計軟件，而在這段時間，由于歷史上的原因，當時急需的30歲左右的技術(shù)人員在國家是一個空白，而老的技術(shù)員由于對計算機的接受能力有限，所以當時的計算機技術(shù)在模具行業(yè)一直應用的不算成功。在最近幾年，由于大量從業(yè)人員的涌入，CAD/CAM/CAE的應用，才有所起色。本人97年大學畢業(yè)后進入二汽，

29、剛好趕上了當時公司從西班牙引進數(shù)控機床，從美國PTC公司引進軟件，加上公司老的技術(shù)人員的指導和車間老一輩技工的教誨，對CAD/CAM在模具行業(yè)的應用有自己的一點心得，在此寫出來與奮斗在模具的同行共勉。同時借此機會一并感謝當初在二汽化油器廠對我諄諄教導的各位師傅。第一步：3D造型壓鑄件中的尺寸可以分為3類，一類為孔尺寸，一類為軸尺寸，一類為位置尺寸，每個尺寸根據(jù)公差的要求在造型上要分別處理，現(xiàn)逐一說明。(假設(shè)車間對于未注公差尺寸的控制精度為0.1)孔尺寸：傳統(tǒng)壓鑄件產(chǎn)品中，對于孔尺寸，一般給正偏差，對于不同公差，造型列表如右表:孔位尺寸：這個簡單，一般壓鑄件產(chǎn)品中，都為偏差，就直接按名義尺寸造型

30、就可以了，綜上所述，我將產(chǎn)品的造型歸納為一句話，按“偏小實體原則造型”，目的是留一定的修模量，車間制造過程難免會有一些加工精度的誤差，這個在造型時盡量考慮周到。以上是我根據(jù)本公司的工藝水平來確定的方案，不同的公司可以根據(jù)自己車間的工藝水平，結(jié)合這個“偏小實體原則”來確定具體的造型方案。但是模具造型人員必須要注意，公差不能是僅僅標注在圖紙上的，必須在3D造型中體現(xiàn)。第二步：模具設(shè)計3D軟件發(fā)展至今，已經(jīng)具備了一定的智能和相關(guān)的功能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面1. 設(shè)計前期評審階段，借助模流分析軟件，計算出理論上的設(shè)計方案，再結(jié)合設(shè)計人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗，采納大家的合理建議，確保主體設(shè)計方案一次成功，

31、即使是一次不能成功，也要預留更改方案。因為模具的主體設(shè)計方案在整副模具中起著決定性的作用。誠然，站在產(chǎn)品，模具，壓鑄這幾個不同的角度，模具的設(shè)計方案會有一定的區(qū)別，有時甚至是絕然相反的。如何確保產(chǎn)品的功能性，模具制造的簡單性，壓鑄過程的高效性，這個在初期的評審階段盡量考慮周全為好。2. 盡量采用全3D設(shè)計，許多公司所謂的全3D是將3D模型一個一個的累積而成的，每個零件保持獨立或部分相關(guān)聯(lián)。其實這個非常不好，說一個簡單的例子，模具上的一個成型芯子底孔更改，由直徑7更改為5，對于真正的全3D來說，設(shè)計人員只需要將直徑更改為5就可以了，軟件將自動更改如下3點，1,)芯子的臺階大小和高度，2)模芯上對

32、應的放置芯子的沉臺大小和高度，3)模芯上對應的孔徑。而許多公司的全3D是需要設(shè)計人員再去分別更改與芯子相關(guān)聯(lián)的形狀和尺寸的，更別說整副模具的相關(guān)性了。據(jù)我所知，在世界范圍內(nèi)只有少數(shù)的大公司具有這樣的能力，因為要做到這一點，需要非常專業(yè)的模具實踐和理論知識，同時還需要對使用的軟件有一定的二次開發(fā)能力。國內(nèi)能做到這種程度的就更少了。3. 機構(gòu)分析，利用3D軟件的便捷，可以對一些復雜的模具結(jié)構(gòu)做受力和運動分析，檢查抽芯行程和模具的運動干涉以及水孔干涉，模具透空尺寸等問題，在模具結(jié)構(gòu)上也可以做到萬無一失。第三步：圖紙傳統(tǒng)的圖紙都是在設(shè)計完成后再刻寫在硫酸紙上作為底圖存檔，再用曬圖機曬出車間使用的圖紙，

33、由于曬圖機曬出的圖紙顏色是藍色的，所以才有了設(shè)計“藍圖”一說。許多人也許站在現(xiàn)在的眼光去看過去，會覺得一點都不方便，因為如果需要改圖，是很麻煩的，其實現(xiàn)在的2D設(shè)計也是一樣的麻煩，只不過電腦上的圖檔代替了當初的硫酸紙而已?，F(xiàn)在的許多公司，都將2D和3D隔離開來了，在模具或產(chǎn)品的3D尺寸更改時，2D圖紙并不會自動更新，而是需要重新標注尺寸，這樣增加了工作量的同時也增加了出錯的概率，是非常不可取的，這種做法其實與傳統(tǒng)的曬圖方法類似。自從有了3D軟件后，3D直接驅(qū)動2D圖紙的更新將是未來模具設(shè)計行業(yè)的方向，許多大型軟件也提供了這些功能，只不過是許多公司急功近利，不愿意丟掉原來的思維習慣而已，就像當初

34、的工程師，當聽說要他們丟掉傳統(tǒng)的畫圖板時是多么的不依不舍!對于圖紙，有幾點需要改變觀念，現(xiàn)逐一說明。圖紙的線條問題，自從3D出現(xiàn)后，圖紙就出現(xiàn)了爭論，原始的圖紙是手工畫的，后來用2D軟件代替了畫板，也是一根一根線條的畫(其實2D軟件也就是代替了畫圖板而已!)，而3D的圖紙就不一樣了，因為3D是真切的表達了事物的真實形狀，為了更逼真，連相切線條都畫出來了，這樣在圖紙上了有了不受歡迎的線條，許多公司花費巨大的人力去保證所謂的圖面“整潔”，增加了無謂的失誤。其實這個僅僅是一個看圖習慣而已，3D的圖紙看習慣了，可以清楚的看出產(chǎn)品的真實意圖，更有立體感，今后將會被基層的工人所認同的。圖紙的簡化，有了數(shù)控

35、加工和3D設(shè)計，許多尺寸都通過數(shù)控程序來控制了，少了許多的標注，這為車間的“無圖紙”化提供了一種可能。許多復雜的成型部分都可以不用標注尺寸，只有那些任然使用傳統(tǒng)工藝制造的部位，例如螺釘孔(需要鉆床加工)，模芯的外形尺寸(需要銑床磨床加工)等按公差標注，其它的就標注一些公差要求嚴的成型部位和一些需要檢查的部位就足夠了。因為數(shù)控加工的特性就是，如果有錯，很容易發(fā)現(xiàn)，僅檢查個別地方就能發(fā)現(xiàn)所有數(shù)控加工的尺寸的正確性。新逆向軟件的檢測功能在今后的應用將會越來越廣，到時候只需要將加工出來的模具用激光掃描進電腦，同設(shè)計的3D比較一下就可以了，到那時，就更加無圖紙化了。采用新的標注方法，針對原始標注中的許多

36、難點，3D軟件提供了新的標注方法，其中最明顯的就數(shù)孔位和孔形狀的標注了，成千上萬的孔的標注一分鐘內(nèi)就能標注完整。 首頁- 商機- 資訊- 展會- 人才- 黃頁- 精英- 學院- 視頻- 協(xié)會- 行業(yè)分類- 問答- 壓鑄家園 免費注冊 請登錄 您好，歡迎來到中國壓鑄網(wǎng)！快 訊 您所在的位置：中國壓鑄網(wǎng) 資訊中心 壓鑄模具資訊 正文 窗體頂端 請輸入關(guān)鍵字: 窗體底端壓鑄模具系統(tǒng)澆道參數(shù)PQ2設(shè)計技術(shù) 發(fā)布時間:2011-5-12 17:33:24 來源：互聯(lián)網(wǎng)文字【大 中 小】 李湘生 ，柳百成z(1.浙江工程學院機控學院，浙江杭州310018;2.清華大學機械工程系，北京100084)摘要：壓

37、鑄技術(shù)中，澆道參數(shù)的確定是一項最復雜的工作，也是一項最重要的工作。本文在PQ2 圖的基礎(chǔ)上提出了確定澆道參數(shù)的一個新方法，該方法不僅考慮了所成形零件的有關(guān)因素， 而且考慮了壓鑄機的有關(guān)參數(shù)，從而可以更科學，更實用，該方法在生產(chǎn)實際應用后取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：壓鑄;模具;澆道中圖分類號：TG249.2;TG241 文獻標識碼：B 文章編號：1001.4977(2004)11.0929.03PQ2 Design Techn ique of Gating Parameters for D ieCastingDie SysternLI Xiang.sheng。， L IU Bai.cheng(1.

38、School of Mechanic and Control，Zhejiang Institute of Science and Tecnology，Hangshou 310018，Zhejiang。China;2.Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)壓鑄技術(shù)在發(fā)展的過程中，澆道系統(tǒng)常常比壓鑄的其他課題更容易引起人們的爭議和論述，說明澆道系統(tǒng)包含了許多學科的知識。壓力鑄造自問世以來。較長時期內(nèi)。澆道系統(tǒng)的設(shè)計一直是建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。具體做法是根據(jù)鑄件品質(zhì)對澆道的設(shè)計做出評估

39、，然后反復修改澆道，直到所得鑄件滿足要求為止。只是到了最近的20多年來，PQ2 圖這一新技術(shù)產(chǎn)生以后， 澆道設(shè)計才將理論設(shè)計、科學計算和參數(shù)測定結(jié)合在一起，po2圖標志著壓鑄技術(shù)的重大進步1，2l。1 澆道計算模型金屬液在型腔內(nèi)的填充，是一個高壓、高速流動過程。填充過程中， 填充條件由壓力、速度、溫度、時間和排氣等因素組成。澆道系統(tǒng)與壓力傳遞、填充速度、填充時間、凝固時間、型腔溫度、金屬溫度以及排氣條件等方面有密切關(guān)系。在有些研究中。PQ2 圖主要應用于核查已設(shè)計的澆道系統(tǒng)和壓鑄機所提供的能量。但是根據(jù)本研究。PQ2 圖還有一個重要的用途，就是直接根據(jù)PQ2 圖設(shè)計澆道的關(guān)鍵參數(shù)。壓鑄機的壓鑄

40、過程是二個液壓系統(tǒng)：一個液壓系統(tǒng)是壓鑄機的液壓系統(tǒng);另一個液壓系統(tǒng)是金屬液從坩堝到型腔的液體傳遞系統(tǒng)。為了表述的方便，先對本文所用的一些符號進行說明。Ps ， 作用于壓室內(nèi)金屬液的壓射比壓; ，金屬液的密度;應用伯努利定律的一個簡化形式3J，可以得出金屬液的流動系統(tǒng)中內(nèi)澆遭處的壓射壓力：則內(nèi)澆道速度等于金屬的流量Q 除以內(nèi)澆道面積F 的乘積所以有：此式揭示了壓射壓力與流量的函數(shù)關(guān)系。如果用線圖表示就是模具的澆遭系統(tǒng)應有的壓力與流量關(guān)系線。壓鑄機壓射過程的液體流動系統(tǒng)如圖1所示，當壓射沖頭移動時，蓄能器的部分壓力用于提供壓射缸的液體流動所需能量。剩余的能量則作為推動沖頭的有效壓力，液體流動所需的

41、壓力則與壓射逐度的平方成正。根據(jù)伯努利定律 有：式(5)表明了壓鑄機能夠提供的壓射比壓與流量的關(guān)系，即壓射比壓與流量的平方冪呈一次線性關(guān)系式(2)是金屬壓鑄所需的能量，式(5)是機床能夠提供的能量。一般來說總是要求壓鑄機能夠提供的能量大于模具所要求的能量。那么在實際工作過程中的工作狀態(tài)則是由這兩種關(guān)系決定的。聯(lián)立方程(1)和方程(4)則有：解上述方程組，可得到：將a、b分別代入上式可得這個公式說明了確定澆道面積的依據(jù)。澆道面積主要根據(jù)壓鑄機的有關(guān)技術(shù)參數(shù)和零件充填速度確定，當要求零件充填速度高時，澆道面積就要減小，同時如果壓鑄機所能提供的能量較高，那么澆道面積可以增加。另一方面， 澆道面積還受

42、到澆道流動效率、合金密度的影響，當澆道流動效率高時，澆道面積可以減小，相反，如果所設(shè)計澆道不能滿足要求，也可以通過修改澆道參數(shù)提高流動效率。對于輕合金，必須采用較大的澆道面積才能滿足要求。這些與現(xiàn)有的壓鑄模具設(shè)計手冊4 里的結(jié)論不同。2 極限澆道速度式(8)說明當澆道速度增加，那么澆道的面積就必須減小，但是極限澆道面積最小是0，所以澆道速度存在一個上限。這個上限大致可以按下式估計：最大澆道速度可以提供一個設(shè)計參考：如果模具系統(tǒng)和壓鑄機系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計不匹配，那么這個最大速度值可能小于壓鑄高質(zhì)量零件所需要的壓鑄速度。那么就無論怎么修改模具都不能得到合格品，這是成品率低下的一個根本原因。而薄壁鋅合金

43、壓鑄件所需要的澆道速度一般為(根據(jù)研究的結(jié)果)4050m/s對于拉鏈壓鑄件一般采用150kN壓鑄機，壓鑄合金采用鋅合金， 有如下的一些基本參數(shù)：Ds =38ram，Dg 38 mm 2.4=91.2mm則得到最大澆道速度為55.84m/s。3 澆道速度校核公式從另一個角度考慮，從實際的澆道截面積可以得到實際的澆道速度：對于150kN壓鑄機，澆道截面積為24mm2的情況(公司很多模具的澆道截面積都是24mm2)時，計算得n =52m/s。這個速度超過了一般壓鑄的要求速度，這樣有可能引起壓鑄件中出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象。對此可以通過調(diào)整澆道大小來改變壓鑄速度。4 填充時間上面的討論主要是關(guān)于從澆道的設(shè)計來保證

44、零件的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量， 但是還有一個問題必須注意，就是體積較大的零件采用小面積澆道時，將導致填充時間太長，不能完全填充或者填充不滿。這就要求實際填充時間必須小于該零件所要求的填充時間。零件所要求的填充時間與零件的材料、溫度和零件最小壁厚有關(guān)，在過去的研究中已經(jīng)針對不同的材料提出了計算模型，這方面已經(jīng)有許多可用的資料。但是，對于一種特定的零件、特定的壓鑄模具和特定壓鑄機，實際填充時間是很難計算準確的，這里可以根據(jù)上面的研究給出一個大概的估計，這個估計可以作為設(shè)計師的一個參考：式中:ts 實際填充時間k 損耗系數(shù)Qp壓鑄件金屬液的體積只有當實際壓鑄時間小于零件所需要的壓鑄時間時，零件才能充滿。例如， 對于壓鑄金屬液的總體積為6000mm0。澆道面積為24ram2，計算所需的實際填充時間為0.005s，而一般薄壁鋅合金的要求填充時間為0.01s，所以能滿足要求。如果不能滿足要求，那么主要通過調(diào)整壓鑄件金屬液的體積來縮短填充時間，也可以采用大的壓鑄機來生產(chǎn)，通過修改澆道是不能達到高質(zhì)量填充目的的。5 結(jié)論(1)確定壓鑄模具澆道面積應該主要依據(jù)壓鑄機的