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鑄鋁加工

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關于鋁合金壓鑄粘模的那些事

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關于鋁合金壓鑄粘模的那些事

發布日期:2021-05-19 作者: 點擊:

壓鑄粘模缺陷在實際生產中極為常見,直接影響產品外觀,嚴重時,會使鑄件表面脫皮、缺肉、拉傷拉裂,特別是有密封性要求的鑄件,粘模嚴重會造成鑄件局部漏氣,導致鑄件直接報廢。粘模缺陷的本質是壓鑄合金和鋼模具結合在一起,鑄造材料粘在模具表面上。在壓鑄過程中,金屬液進入模具型腔,會對模具表面會產生強烈的物理沖擊,也會產生化學腐蝕,金屬液對模具造成的物理化學作用,使模具表面產生細小的凹坑。每一次壓射都會造成模具表面發生變化,模具表面的小凹坑會慢慢變大,時間累積后,凹坑達到一定程度,會使鋁液進入并與鋼模具相結合。模具表面本來會有致密的氧化層,在氧化層破裂后開始滲鋁,此時開始形成的金屬間化合物相 Al Fe Si。這些相以擴展的方式向鋼中長大,而此擴散受時間和溫度控制。此時,粘鋁缺陷顯現。下面從四個方面分析粘鋁的影響因素及解決措施。 


1、 模具和表面涂層


       粘鋁對于模具而言,是一個復雜的機械磨損和化學反應過程,對模具的表面有很大的損傷,嚴重時,會導致模具失效。模具需要使用好的材料,進行合理的表面處理,能有效減少粘鋁的情況。 


1.1  模具材料


       對于鋁合金壓鑄的模具鋼材應具備:1)優良的高溫強度和韌性;2)優良的高溫耐磨性和抗熱疲勞性;3)良好的熱處理性和切削加工性。如表1所示 ,常 用 的 模 具 鋼 有 國 產 的4Cr5Mo Si V 鋼、瑞典一勝百的 8407、日本的SKD61、美國的 H13 等。模具廠家應根據實際生產需求,選用適當的模具材料。

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1.2  模具表面硬度


       模具的表面硬度不足,耐磨性就越差,會使模具產生熱疲勞失效,出現裂紋和點蝕,進而產生粘鋁;若模具表面硬度太高,會使模具產生脆性開裂。所以,需要選用合理的模具表面硬度。如 H13 鋼一般在淬火后的Z佳硬度為 44-48HRC,再針對不同結構部件進行細化選擇。大型型腔為提高韌性避免早期開裂,可以適當降低硬度;型芯主要是發生彎曲變形失效,發生裂紋失效情況很少,則可以減小其韌性而提高硬度。對于尺寸大的鋁合金鑄件或形狀結構復雜的模具,熱處理工藝難度很大可以適當降低硬度;反之,中小型鋁合金壓鑄模具可以適當提高硬度。


1.3  模具表面粗糙度


       模具表面應該具有合理的粗糙度。粗糙度過大對模具損害較大,但不是粗糙度越小越好,要避免模具表面過度拋光??梢詫δ>弑砻孢M行噴砂、氧化處理和用細砂紙打磨等方法處理,這樣利于脫模劑分布均勻,也可以防止鏡面表面造成的壓鑄合金與模具表面產生粘結,使模具表面產生針孔。推薦模具表面粗糙度如表2所示。

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1.4 表面處理


       表面涂層對模具的保護是極為重要的,常用的處理方法有 CVD 涂層、PVD涂層、氧化、滲氮、各種條件下進行的鹽浴處理。滲氮處理可能是模具處理中Z常用的處理方法,該方法對抗侵蝕性能也是極為有利的,但處理方法不恰當的情況下,可能會損害抗熱龜裂性能。氧化處理也是常用的處理方法。在模具初次使用時,將模具進行輕微氧化。通常在空氣或者純氧氣環境中加熱到 450-550℃,保持 1-2h,使模具表面產生 1-10μm的氧化層,該氧化層主要由 C、Si 和 Fe的氧化物等組成,已有研究證明,該氧化層對模具具有很大的保護作用,能極大程度的抵抗沖蝕磨損。從先階段研究成果來看,對于該氧化層的產生和控制,很可能是以后模具表面處理的Z主要方向。然而考慮到模具失效的多重原因,在模具強化時使用單一的表面處理來實現抵抗所有失效形式是很困難的,很多研究已經開始考慮設計組合涂層系統。


       在模具粘鋁后,傳統方式都是使用砂輪、油石進行拋光處理,這種方式容易造成模具損傷。也可以使用氫氧化鈉溶液進行清洗處理,對模具損傷相對小一些,但是不容易處理徹底,價格也稍高。 


2、 合金液 


2.1 合金液中的鐵含量


       已有大量實驗證明,合金液中的 Fe 含量對鋁合金壓鑄粘鋁缺陷有確切影響。


       Fe 是 Al-Si合金中的主要雜質,它主要來自爐料和熔煉工具。如果 Fe 含量過多,會大大降低合金的流動性,使合金的充填性能惡化;若 Fe 含量過低,會使合金液中的 Fe 與 Al、Si 等反應,生成金屬間化合物相 Al Fe Si,產生粘鋁現象。所以,合金液中的 Fe 含量是一個重要的檢查因素,應該保持在一定范圍內,不能偏高或偏低。如 ADC12 的 Fe含量應保持在 0.6-1.3%之間。 


2.2 雜質


       合金液中若雜質較多,會直接沖刷模具表面,增加模具表面的粗糙度,使粘鋁現象越發嚴重。所以合金液都需要進行精煉,減少雜質的產生。


 3、 噴涂


       噴涂是壓鑄生產過程中必不可少的工藝。噴涂可以使模具表面形成隔離層,防止合金液與模具直接粘附在一起,能有效減少金屬液對模具的直接沖刷效果,還可以提高鑄件表面質量,使鑄件表面光滑。噴涂工藝中,對于脫模劑有下列要求:


    1、揮發點低,在 100-150℃時,稀釋劑能很快地揮發掉,不增加型腔內氣體;


    2、涂覆性好,在模具低溫處不產生堆積,而在模具高溫區能產生隔離層,保證其離型性能,并易于清理;


     3、對模具及鑄件不產生腐蝕作用;


     4、對環境污染盡可能小,即無味、不析出或分解出有害氣體;


     5、性能穩定,在空氣中不易揮發,保存期內,不沉淀,不分解等。常使用的脫模劑品牌有漢高、肯天、奎克和 EPS 等。


        在噴涂時,需要保證脫模劑能起到良好的效果。如在模具溫度高于 300℃后,會產生萊頓弗羅斯效應,使脫模劑完全與模具表面分離,不能產生隔離層,而失去了噴涂的作用。在噴涂時,需要正對模具表面成 90 度,并保持一定距離,噴涂足夠的時間。在粘模處,極有可能是噴涂不到位,使金屬液直接與模具沖刷,所以要及時調整檢查噴涂工藝。


 4 、壓鑄工藝


 4.1  充填速度


    充填速度對粘鋁的影響也是非常直觀的。充填速度過快,會帶來一系列問題,對模具有很大的損傷。當充填速度過快,會使金屬液呈顆粒狀或霧狀進入型腔,對模具型腔有很劇烈的沖刷作用,或者直接破壞脫模劑表層,粘附在型腔壁上,產生粘鋁缺陷。所以,驗證充填速度的合理性,對粘鋁缺陷有極大的幫助。推薦的澆口速度如表3。

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4.2  模具溫度


       模具溫度對粘鋁的影響也是顯而易見的。在生產過程中,模具溫度不合理,不僅會產生各種各樣的產品質量問題,如冷隔、氣泡、縮孔、粘鋁等,還會影響模具的壽命模具壽命。單從粘鋁缺陷來看,模溫過高,會使脫模劑失效,充填速度過快,并增加模具和合金液的親和力,加快模具與合金液的化學反應。所以,在模溫較高的地方,務必保證溫度維持在合理范圍,一般鋁合金鑄件,開模后 1-3s 內測量模具型腔表面溫度,不能大于 300℃,以 240±40℃為宜,在噴涂后合模之前 1-3s 內測量模具型腔表面溫度,不能低于 160℃。Z常用的冷卻方式有水冷、熱管導熱、模溫機控制等。


       對于模具內部冷卻,Z常用的是水冷卻,包括局部冷卻和整體冷卻。在模具設計階段需要仔細分析模具的受熱情況,可以通過模流軟件進行分析,然后在適當的位置增加水冷。點冷卻是水冷卻的一種常見且有效方式,它是針對模具型芯、模具深腔或個別局部溫度較高的位置進行冷卻。而對于模具表面冷卻,一般是靠噴涂過程完成。噴涂的冷卻能力,實際是脫模劑中的水在起冷卻作用。脫模劑的濃度太高,會大大降低模具的表面冷卻能力,也容易使模具表面產生積碳,而脫模劑濃度太低,又不能生成保護層,起不到模具保護作用。所以,脫模劑的濃度也需要根據產品來適當調整,保證既能起到保護模具作用,也能對模具表面有較好的冷卻作用。


 5、 小結


       引起粘鋁缺陷的因素有很多,在解決時要仔細觀察,從多方面分析考慮。本文從四個方面分析了粘鋁產生的原因,并提出一些相應的對策措施,對壓鑄從業者有一定的參考價值。


 


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