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產(chǎn)品推薦

鋁合金壓鑄模具發(fā)生斷裂的原因是什么

來源: 譽(yù)格壓鑄    人氣:8593    發(fā)布時(shí)間: 2019-12-23 

鋁合金壓鑄模具的抽芯在生產(chǎn)中頻繁發(fā)生斷裂

,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)電火花加工后白亮層未去除
,以及內(nèi)部冷卻水的腐蝕作用最終導(dǎo)致斷裂發(fā)生
。后調(diào)整電火花加工工藝
,降低白亮層厚度;電解拋光內(nèi)腔表面
,增加內(nèi)腔表面光潔度
;在冷卻水里添加防緩蝕劑和阻垢劑,減少冷卻水對(duì)抽芯內(nèi)腔的腐蝕作用
,從而延長(zhǎng)了模具抽芯壽命

H13鋼類熱作模具鋼,由于其優(yōu)良的淬透性

、淬硬性
,以及良好的室溫、高溫性能
,而廣泛應(yīng)用于要求高韌性和冷熱疲勞抗力的壓鑄模
、熱鍛壓模和熱擠壓模。目前
,鋁合金壓鑄模具多采用H13鋼
,譽(yù)格亦采用該鋼種制作模具抽芯。但是在實(shí)際生產(chǎn)中鋁合金壓鑄模具的抽芯頻繁發(fā)生斷裂
,現(xiàn)對(duì)該斷裂進(jìn)行分析
,尋找合理可行的方法避免頻繁斷裂。

1.分析

(1)宏觀斷口分析該抽芯結(jié)構(gòu)

,截面為橢圓形
,長(zhǎng)軸約80mm,短軸約50mm
,斷裂大致在中橫線附近
。在壓鑄生產(chǎn)過程中,上下反復(fù)抽芯
,生產(chǎn)約1.3萬模次即發(fā)生斷裂
,可以看到內(nèi)腔通有冷卻水路。整個(gè)斷面分為初始斷裂區(qū)
、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)
。根據(jù)斷口紋路判斷,裂紋源在的型腔內(nèi)壁位置
,呈現(xiàn)臺(tái)階狀
,屬于多源斷口,在隨后的反復(fù)抽芯過程中
,裂紋擴(kuò)展并最終斷裂

(2)成分分析對(duì)抽芯橫截面取樣,直讀光譜分析儀實(shí)測(cè)化學(xué)成分如附表所示

,可以看到該抽芯的化學(xué)成分符合H13鋼的標(biāo)準(zhǔn)

(3)顯微分析從工件開裂部位切取縱向和橫向樣塊,經(jīng)磨制拋光腐蝕后觀察

。根據(jù)北美壓鑄協(xié)會(huì)的帶狀組織/微觀不均勻度評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)《NADCA#207—2003》
,縱向來看金相組織
,該帶狀組織等級(jí)屬于可接受的范圍
,且碳化物細(xì)小分布均勻
。橫向來看金相組織
,基體為回火馬氏體和細(xì)小的碳化物
,晶粒度7~8級(jí)
;洛氏硬度46~48HRC
,符合硬度要求
。金相組織正常
,不是造成抽芯斷裂的原因

沿著裂紋源縱向剖開,觀察內(nèi)腔壁附近金相組織情況

,發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔壁非常粗糙并有大量橫向裂紋
。與生產(chǎn)人員溝通得知,抽芯內(nèi)腔由電火花加工而成
,之后無其他處理便投入生產(chǎn)
。追溯當(dāng)時(shí)的電火花加工工藝,并在一塊新的H13模具鋼樣塊上還原電火花加工過程
。根據(jù)當(dāng)時(shí)的加工工藝
,電火花白亮層最深可達(dá)50μm,且電火花加工后白亮層上立即出現(xiàn)了微裂紋
。由于該抽芯的內(nèi)腔采用電火花加工工藝
,必然產(chǎn)生較厚的白亮層和較多的微裂紋。在實(shí)際生產(chǎn)過程中
,壓鑄模具一般在較高的溫度下生產(chǎn)
,在每一模次的生產(chǎn)過程中,模具抽芯表面吸收鋁合金熔體在凝固過程釋放的熱量
,繼而向內(nèi)層產(chǎn)生熱傳遞
,而內(nèi)層由于冷卻水的存在而使內(nèi)腔溫度很低,這樣抽芯內(nèi)腔附近在冷熱交替反復(fù)的環(huán)境下
,微裂紋勢(shì)必?cái)U(kuò)展而逐步發(fā)展成大量的橫向裂紋

考慮到抽芯內(nèi)腔長(zhǎng)期被冷卻水包圍

,水質(zhì)就是普通的自來水,這樣的環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕
。橫向裂紋內(nèi)已有大量腐蝕產(chǎn)物
。在抽芯的冷卻水路中,當(dāng)水溫到達(dá)60℃以上時(shí)
,鈣鎂離子很容易分解結(jié)垢
,當(dāng)水冷卻后,冷卻水中的微溶物質(zhì)結(jié)晶析出
,在抽芯型腔內(nèi)表面結(jié)成硫酸鈣
、碳酸鈣等水垢。水中所含溶解性氣體
、腐蝕性鹽類等電解質(zhì)與H13模具鋼接觸時(shí)
,因?yàn)殡娊赓|(zhì)的作用,使模具鋼表面析出Fe2+
,內(nèi)腔表面遭到腐蝕
。同時(shí),空氣中的塵土
,雜物混入冷卻水中
,致使微生物繁殖,加速模具抽芯的腐蝕

這樣

,在電火花加工的微裂紋和冷卻水對(duì)模具腐蝕的綜合作用下,在抽芯上下反復(fù)抽取的過程中
,橫向裂紋不斷擴(kuò)展
,最后斷裂。

2.改進(jìn)及效果

基于上述斷裂的原因

,必須對(duì)電火花加工工藝予以改進(jìn)
。以往為了提高生產(chǎn)效率,常常采用大電流加工內(nèi)腔
,產(chǎn)生的白亮層很厚
,為了減小白亮層的影響,必須采用小電流精加工
,同時(shí)加強(qiáng)電極本身的光潔度
。當(dāng)然也要考慮生產(chǎn)效率,經(jīng)過多次調(diào)整
,最后選擇合適的加工工藝
,將白亮層減小至平均10μm左右,如圖9所示
。在此之后必須去除白亮層
,但是人工打磨必然造成打磨面粗糙不平的情況
,凹凸不平的表面也會(huì)成為斷裂的起始點(diǎn)。為了最大限度減少這種不平表面
,采用電解拋光的方法
。被拋光的抽芯內(nèi)腔為陽極,不溶性金屬為陰極
,兩極同時(shí)浸入到電解槽中
,通以直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽極溶解
,從而減小型腔內(nèi)表面粗糙度值
,達(dá)到表面光潔的效果。

為了減少抽芯內(nèi)腔冷卻水對(duì)內(nèi)壁的腐蝕作用

,在冷卻水內(nèi)添加一定量的緩蝕劑和阻垢劑
。在以上措施的保護(hù)下,目前抽芯生產(chǎn)8萬余模次依舊良好
,無斷裂傾向

3.結(jié)語

(1)模具電火花加工后必須去除白亮層,電解拋光型腔表面

,增加光潔度
,防止微裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展。

(2)在普通自來水的環(huán)境下

,通冷卻水路的抽芯型腔會(huì)發(fā)生腐蝕進(jìn)而引發(fā)斷裂