关于压铸模具材料.pdf
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1、开发新型压铸模具材料开发新型压铸模具材料1.单件压铸产品数量增加单件压铸产品数量增加2.压铸生产实施压铸压力增高压铸生产实施压铸压力增高3.压铸成型时间延长压铸成型时间延长,如:挤压压铸如:挤压压铸4.压铸生产自动化使得压铸模具工作条压铸生产自动化使得压铸模具工作条件更加严酷件更加严酷现代工业对压铸模具的要求越来越高现代工业对压铸模具的要求越来越高:PDF created with pdfFactory trial version 理解压铸过程的基本知识理解压铸过程的基本知识金属材料热胀冷缩金属材料热胀冷缩PDF created with pdfFactory trial version 理解
2、压铸过程的基本知识理解压铸过程的基本知识金属材料内部传热形式金属材料内部传热形式 热传导热传导热量热量钢材内部传导传热钢材表面对流传热辐射传热PDF created with pdfFactory trial version 理解压铸过程的基本知识理解压铸过程的基本知识金属材料温度升高强度下降金属材料温度升高强度下降020040060080010001200140016000100200300400500600700800温度/温差 oC应力 N/mm2Yield StengthLimite of Elastisity材料的屈服强度材料的屈服强度随温度升高而降低随温度升高而降低材料的破裂强度随
3、温度升高而降低PDF created with pdfFactory trial version 研 讨 内 容研 讨 内 容1.压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点2.蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始3.材料延展性与初始龟裂前的压铸次数材料延展性与初始龟裂前的压铸次数4.材料的韧性与龟裂纹的发展材料的韧性与龟裂纹的发展5.影响龟裂纹扩展的因素影响龟裂纹扩展的因素6.模具材料与模具寿命模具材料与模具寿命7.新型压铸模具材料新型压铸模具材料DIEVARPDF created with pdfFactory trial version 压铸生产常见失效机理压铸生产常见失效机理1 压铸模具负荷特点压铸模
4、具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version k压铸金属压铸金属压铸温度压铸温度主要失效主要失效机理机理一般一般模具寿命模具寿命铜铜铝铝镁镁锌锌龟裂龟裂压痕压痕冲蚀冲蚀开裂开裂冲蚀冲蚀龟裂龟裂开裂开裂冲蚀冲蚀压痕压痕龟裂龟裂开裂开裂冲蚀冲蚀压痕压痕失效机理与一般模具寿命失效机理与一般模具寿命1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点:热负荷热负荷热应力负荷热应力负荷模具工作时温度模具工作时温度模具温度分布模具温度分布1 压铸模具负荷特点压
5、铸模具负荷特点压铸模具所受机械外力:合模力与压铸压力,相对于热应力可以忽略。PDF created with pdfFactory trial version 开模取出压铸件施加脱模剂秒单单一一压压铸铸循循环环1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点垂直于模具垂直于模具型腔表面方型腔表面方向上一个压向上一个压铸过程中温铸过程中温度的变化度的变化PDF created with pdfFactory trial version 1最薄弱环节最薄弱环节镦粗蠕变镦粗蠕变:模具表面温度高模具表面温度高材料强度最低材料强度最低温度剃度最大温度剃度最大2 产生裂纹的环节产生裂纹的环节 拉伸蠕变:拉伸蠕变:模具
6、表面温度降低模具表面温度降低 材料强度提高材料强度提高 温度梯度减缓温度梯度减缓材料具有最低材料具有最低工作强度工作强度材料具有较材料具有较高工作强度高工作强度12压铸循环生产压铸循环生产1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点拉 应 力拉 应 力压 应 力压 应 力PDF created with pdfFactory trial version 空冷空冷内置水冷内置水冷模具型腔表面温度分布模具型腔表面温度分布空冷与水冷条件下的温度分布空冷与水冷条件下的温度分布1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 型腔注入金属后型
7、腔注入金属后2-3秒时秒时热负荷与应力负荷分析热负荷与应力负荷分析2 sec3 secmax.min.1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 型腔表面的红外照型腔表面的红外照片片630C模模拟拟加热加热及冷却曲线及冷却曲线1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 模具模具以及以及压铸件的温度压铸件的温度分布分布金属进入金属进入型腔型腔后后5 秒钟秒钟时时390C354C295C384C176C147C600C560C390C1 压铸模具负
8、荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 温度负荷(热负荷)(热负荷)应力负荷应力负荷(热应力或温差负荷)(热应力或温差负荷)压铸模具的负荷压铸模具的负荷1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点压铸件金属通过型腔表面压铸件金属通过型腔表面把热量把热量传递给传递给模具模具。(在在模具表面模具表面上非等上非等量量传递传递)模具表面把热量模具表面把热量沿沿负温度负温度梯梯度度方方向传递给向传递给冷冷却却水水道道或环或环境。境。PDF created with pdfFactory trial version 注意注意:模具表面的强度模具表面
9、的强度(HRc)与模具表面温度直接相关与模具表面温度直接相关(TS)热负荷热负荷 TS(maxi)(模具表面温度)的)的大小由以大小由以下因数下因数决定决定:压铸金属压铸金属种类种类(Cu,Al,Zn)压铸件压铸件重重量量大小大小 内置冷内置冷却系统却系统(水冷水冷/油油冷冷)压铸压力压铸压力(热热传导速率传导速率)压铸压铸周期周期 脱脱模模剂实施剂实施(种类种类,时时间间,压力压力)热负荷热负荷大小大小1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 热应力负荷热应力负荷由以由以下下诸诸因数因数决定决定:热应力热应力?TS
10、(Tmax)TC(Tmin)=T,温度温度梯梯度度?模具模具设计设计(冷冷却却水水道道的的位位置置)?压铸压力压铸压力 可能结果可能结果:?蠕变蠕变,裂纹裂纹进进一一步步发展发展以及在以及在模具模具拐角处拐角处裂纹的产生裂纹的产生?开裂与开裂与断断裂裂应力负荷应力负荷1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点模具温度分布模具温度分布PDF created with pdfFactory trial version 热应力热应力=XTXE=TTmax-Tmin2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始 TPDF created with pdfFactory trial version 错误设计错误设计1
11、压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 较小温度梯度较小温度梯度表面较高温度表面较高温度温度梯度大温度梯度大拐角应力集中拐角应力集中裂纹的产生裂纹的产生取决于取决于温度温度梯梯度度1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 冷冷却却水水道道与型腔表面与型腔表面拐角距拐角距离太近离太近(这里仅仅这里仅仅 12 to 15 mm)温度温度梯梯度度太大,太大,应力应力太大太大错误设计错误设计1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created
12、with pdfFactory trial version 如水冷,水温应当是 40-50C如暂时停机,请关掉冷却水如模具已处于工作温度,请不要打开冷却水施加脱模剂时模具表面温度应适当施加脱模剂应有间隔不亦使模具型腔过冷冷冷却却水与水与脱脱模模剂剂的的使用方法使用方法1 压铸模具负荷特点压铸模具负荷特点PDF created with pdfFactory trial version 热负荷热负荷与与应力负荷的作应力负荷的作用结果用结果 模具材料强度降低模具材料强度降低 超过断超过断裂强度产生裂纹裂强度产生裂纹结果造结果造成成龟龟裂纹裂纹初始形初始形成成2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始高温
13、高温温差应力温差应力PDF created with pdfFactory trial version 起起因因热负荷热负荷,Ts(Tmax)热应力负荷热应力负荷,Ts(Tmax)-Tc(Tmin)=T结果造成:结果造成:每一压铸周期所产生的应变每一压铸周期所产生的应变(塑性变形)累积形成龟裂纹(塑性变形)累积形成龟裂纹2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始PDF created with pdfFactory trial version 龟裂纹的产生龟裂纹的产生是由于:是由于:l“低“低循环循环疲劳”疲劳”这种这种重复式重复式的的塑塑性性变变形形同同时时可称为:可称为:渐进式渐进式蠕变蠕变注注
14、意意:这种塑这种塑性变性变形形的的累累积是导致积是导致热龟裂的主因热龟裂的主因2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始PDF created with pdfFactory trial version 在在模具表面模具表面如果没如果没有有蠕变(蠕变(塑性变形塑性变形)就不会有就不会有热疲劳热疲劳(即:没有热龟裂即:没有热龟裂)2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始PDF created with pdfFactory trial version 压铸模具材料压铸模具材料的的弹弹性应变性应变和和塑塑性应变性应变0200400600800100012001400160001002003004005006
15、00700800温度/温差 oC应力 N/mm2Yield StengthLimite of Elastisity2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始材料的材料的弹弹变变极限极限随随温度温度升升高高而降而降低低材料的塑变极限随温度升高而降低热应力随温差的升高而升高PDF created with pdfFactory trial version 压铸模具材料的蠕变压铸模具材料的蠕变(塑塑料变料变形形)每每一次压铸循环一次压铸循环均均使使模具表面产生应变模具表面产生应变,而而模模具材料具材料能能够够积累积累多少多少蠕变蠕变之之后后,才才产生产生疲劳疲劳裂纹裂纹呢?呢?由以由以下因数下因数决定:决
16、定:1.模具材料吸收塑变的能力延展性越高越好2.模具材料的屈服强度硬度应高3.模具材料的高温强度红硬性应高-2 蠕变与龟裂的开始蠕变与龟裂的开始PDF created with pdfFactory trial version 模具材料的延展性模具材料的延展性(柔软柔软性性)越越高,在高,在模模具型腔表面产生具型腔表面产生塑塑性裂纹性裂纹之之前前,模具模具材料材料就就能能够吸收更够吸收更多多的的塑塑性变性变形。形。BrittleDuctile塑塑性裂纹性裂纹3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数PDF created with pdfFactory trial v
17、ersion 延展性是钢材内在质量延展性是钢材内在质量问题问题。一次一次碳化物碳化物的的大小大小和多少和多少 材料的材料的纯净纯净度度 微观偏稀程微观偏稀程度度 模具模具氮化氮化与与否否 模具模具电加电加工工程程度度:与下与下列列因素因素关关系系不不大。大。模具模具硬硬度(热度(热处处理)理)材料的材料的微观组织微观组织 晶粒晶粒大小大小3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数PDF created with pdfFactory trial version 尤其尤其是是对对于于压铸模具材压铸模具材料料,材料材料必须必须具具有足够有足够的延展性的延展性以以抗衡来自各
18、抗衡来自各不不同方向上同方向上应力应力组合组合。只有只有高高级级模具材料模具材料才才具具备备如如此此高高的延展性的延展性.3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数龟裂纹总是从最薄弱的环节开始PDF created with pdfFactory trial version 延展性延展性材料的材料的质质量量硬硬度度红硬红硬性性表面条件表面条件电加电加工工氮化氮化表面表面脱脱碳碳与与增碳增碳模具温度模具温度尽可能高的延展性是材料最尽可能高的延展性是材料最佳抗龟裂性能的基本前提佳抗龟裂性能的基本前提3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数PDF
19、 created with pdfFactory trial version 3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数PDF created with pdfFactory trial version 预测预测热热疲劳疲劳裂纹裂纹出现出现的的公式公式N=延展性延展性蠕变蠕变(每每一次循环一次循环所所产生产生塑塑性变性变形形)N=在疲劳在疲劳裂纹裂纹出现之出现之前的模次前的模次FF3 材料延展性与初始龟裂材料延展性与初始龟裂前的压铸次数前的压铸次数PDF created with pdfFactory trial version 疲劳裂纹的延伸与该处的疲劳裂纹的延伸与
20、该处的应力集中程度密切相关应力集中程度密切相关4 材料的韧性与龟裂纹材料的韧性与龟裂纹的发展的发展当当疲劳疲劳裂纹产生裂纹产生以以后后,在,在应应力力集中集中的作的作用用下下,裂纹裂纹向向纵纵深深扩展扩展。裂纹扩展裂纹扩展速速度度受受材材料韧性料韧性制约制约。PDF created with pdfFactory trial version 疲劳裂纹的延伸和在拐角处裂纹的扩疲劳裂纹的延伸和在拐角处裂纹的扩展与该处的应力集中程度密切相关展与该处的应力集中程度密切相关4 材料的韧性与龟裂纹材料的韧性与龟裂纹的发展的发展PDF created with pdfFactory trial versio
21、n 裂纹裂纹进进一一步步发展发展之之前前,在,在裂纹的前裂纹的前端端位位置置材料材料能能够吸收够吸收应力的应力的能能力力。即即材料材料阻止阻止裂裂纹扩展的纹扩展的能能力力影响韧性的因数影响韧性的因数:热热处处理理组织组织(越均匀越单一越好越均匀越单一越好)硬硬度应度应当当(低低)4 材料的韧性与龟裂纹材料的韧性与龟裂纹的发展的发展韧性韧性PDF created with pdfFactory trial version 韧性应韧性应是是越越高高越好越好可以可以减缓减缓裂纹的裂纹的快快速速发展发展,或或者阻止者阻止在拐在拐角处角处裂纹的裂纹的形成形成影响韧性的因素(影响韧性的因素(假假定定相相同
22、同钢钢材材质质量)量)热热处处理理组织越均匀组织越均匀设计设计圆圆角角越越大大硬硬度度越越高高表面表面状态越状态越差差(粗粗电加电加工工;氮化氮化)模具温度模具温度提提高高4 材料的韧性与龟裂纹材料的韧性与龟裂纹的发展的发展PDF created with pdfFactory trial version 龟裂纹龟裂纹以及在拐角处以及在拐角处裂纹扩展的裂纹扩展的计计算算NCpr=韧性韧性应力应力集中集中NCpr =裂纹发展前的模次裂纹发展前的模次4 材料的韧性与龟裂纹材料的韧性与龟裂纹的发展的发展PDF created with pdfFactory trial version 韧性与模具韧性
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