压铸用模具钢

2024-12-11

压铸用模具钢（共5篇）

压铸用模具钢篇1

1 背景

铝镁合金是近年来广受世界关注的新兴材料, 在汽车和电子行业的应用发展迅速[1]。长期以来, 国内铝镁合金压铸行业常用于制作挤压模具4Cr5Mo Si V1 (H13) 、4Cr5W2VSi钢作为压铸模具材料, 虽然这些钢是应用广泛的热作模具钢, 具有良好的抗冷热疲劳性能, 但其等向性、抛光性能、高温耐磨性和耐蚀性等还无法满足压铸模具的要求, 特别是对于一些表面质量较高、形状复杂、精度较高的铝镁等合金压铸件, 其不足主要表现在模具材料在锻造过程中易出现表面裂纹, 即便锻造正常的材料所制作的模具使用寿命也较短, 且压铸产品的表面质量不高, 需要寻找高温综合性能更优异的钢种。对于高端的型材和制品的生产, 4Cr5W2VSi、H13等钢已无法满足要求, 产品所需的模具材料只能依靠进口[2]。

广州市冶金工业研究所作为广州市乃至广东省主要的模具材料生产企业, 所生产上述钢种作为铝镁、铝、锌等合金的压铸模具材料, 在实际使用过程中同样面临上述缺陷和不足。因此, 广州市冶金工业研究所联合北京科技大学广东研究院 (广东北科科技发展有限公司) , 在原有4Cr5W2VSi钢的基础上, 优化钢种成分设计, 成功研发一种具备优异冶金质量和组织性能、高附加值的稀土RE528热作模具新材料。

2 常规模具钢的问题与不足

从模具材料的微观组成和结构看, 现阶段国内生产的4Cr5W2VSi、H13等模具钢, 主要存在两大方面的问题:一是材料的纯净度与组织均匀性不高;二是合金元素的比例不高。如目前先进国家对合金钢中杂质元素的含量控制相当严格:一般[O]、[H]、[N]、[S]、[P]等杂质元素的总含量不大于100ppm, 最高水平甚至控制到了50 ppm以内。而国内生产的普通4Cr5W2VSi钢, 仅[S]、[P]两杂质元素的含量就已超过500 ppm, 加上[O]、[H]、[N]等, 杂质元素的含量一般均超过700ppm。国外对一些高 (或超高) 强度钢的夹杂物最大尺寸及夹杂物和钢中的第二相甚至基体组织的分布控制也非常严格, 如对一些疲劳寿命要求较高的钢, 其钢中夹杂物及碳化物的最大尺寸可控制在不大于4μM。而国内4Cr5W2VSi钢的夹杂物及碳化物的最大尺寸普遍超过20μM, 有的甚至达到50μM以上。

3 新材料开发的基本原理和工艺路线

稀土是一族类似于碱土金属的过渡元素, 具很强的化学活性, 对氧、硫等元素具有极强的亲和力, 加入稀土可显著降低钢中氧、硫等杂质元素的含量;稀土硫化物及硫氧化物较之Mn S、Fe S等夹杂物有较大硬度、较高的熔点及较好的形貌, 因而可有效地改善钢材的力学性能及热加工性能;稀土还具有较好的抑制磷在晶界吸附的作用, 降低磷对钢的危害;稀土与钢中的氢作用显著, 具有很强的吸氢能力, 大大降低氢对钢的危害;稀土与富集于晶界上的低熔点白色残余金属元素有强烈的相互作用, 生成熔点高于使用温度甚至热加工温度的高熔点的化合物, 可有效抑制这些元素的有害作用;稀土可影响钢中某些合金元素的析出量, 可调整合金元素的合金化效果。

新材料选择4Cr5W2VSi钢作为基础, 在中频冶炼和电渣精炼过程中加入稀土元素以改善钢中夹杂物的性能、形状和分布, 大幅降低杂质元素的含量, 改善整体微观组织的分布;同时, 对钢种成分进行科学设计, 进一步提高合金元素的含量, 配合稀土元素的加入, 研制一种含稀土的模具新钢种RE528, 全面改善模具钢的组织及性能。其成分设计工艺流程如图1所示:

采用的工艺流程:感应炉熔炼→电渣重熔→缓冷→锻造→热处理→各项性能检验。

4 新材料的性能及特点

高性能稀土热作模具新材料RE528, 具有较高的纯净度、较好的组织均匀性、晶粒细化、各项机械性能和使用寿命大幅优于4Cr5W2VSi钢。新材料RE528的主要化学成分及杂质含量与普通4Cr5W2VSi钢的主要化学成分及杂质含量如表1、表2所示。

铝镁合金压铸用高性能稀土热作模具新材料RE528, 除具备一般模具钢的良好的抗冷热疲劳性能外, 其工作温度达到或高于一般模具钢的使用时, 仍具有优异的高温综合性能, 能广泛应用于铝镁合金压铸、部分高端型材挤压、粉末冶金热压、而价格仅略高于普通的4Cr5W2VSi钢、H13钢等, 而模具使用寿命比上述热作模具钢提高30%以上。具体比较指标如表3所示。

5 应用与前景

这种含稀土的模具新钢种RE528, 其耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、高温韧性、高温强度、使用寿命等各项性能及附加值与普通4Cr5W2VSi钢比显著提高, 可大幅提高模具制造的成品率和模具的使用寿命, 模具材料用户和模具用户的成品率和生产率均可大幅提高, 填补国内高端热作模具钢空白, 并逐步替代进口模具材料, 满足广东省乃至国内模具行业的高端需求, 解决珠三角及广东省内4Cr5W2VSi钢无法制作大型、精密、复杂、使用寿命长等高档模具的问题, 促进模具制造行业和模具使用行业的技术进步。此种材料的扩大使用, 具有明显的社会效益和经济效益。

摘要：本文从铝镁合金压铸用模具材料的性能要求入手, 分析了常规模具材料的问题与不足, 并以4Cr5W2VSi钢为基础, 通过加入稀土元素和优化成分设计, 成功研发一种具备优异冶金质量和组织性能、高附加值的稀土RE528热作模具新材料, 其性能大大优于一般模具材料, 具有良好应用前景。

关键词：压铸,模具材料,稀土

参考文献

[1]唐靖林, 曾大本.我国铝镁合金铸造业的现状与发展[J].金属加工 (热加工) , 2011 (19) :17-20.

[2]聂小武.常用热作模具材料的选用及其发展[J].中国铸造装备与技术, 2012 (2) :46-48.

压铸模具的表面处理新技术篇2

1 传统改进技术

传统的技术是热工艺处理压铸模具, 即用淬火-回火这种方法使压铸模具表面成型。而传统改进技术是在传统热工艺处理的基础上, 加入先进的表面处理工艺, 以达到是压铸模具表面光滑、精确度高、使用寿命长的目的。此类方法比如在传统的热工艺处理方法——淬火-回火中加入碳氮, 即NQN碳氮结合强化复合工艺, 采用这种工艺不仅能使压铸模具的表面具有更强的硬度, 而且能深入模具内部加强其内部强度, 并且其渗透层次分布均匀、逐层递减, 这种压铸模具不仅具有良好的回火稳定性, 而且还具有较高的抗腐蚀性, 这样在模具表面综合性能提升的同时, 其内部也有较大幅度的性能提升, 使其既具有较长的使用寿命也具有较精确的表面形状, 符合当代工业发展对模具的要求。

2 更改表面性质技术

更改表面性质的技术是指利用物理或者化学的方法将模具表层的物理性质和化学性质定向改变, 使其更符合生产需要。一般来讲更改表面性质技术的方法有两种:表面热、扩、渗技术和表面激光处理技术。

表面热、扩、渗技术:

这种技术主要是在热处理的基础上采用渗入碳, 渗入氮, 渗入硼, 渗入碳氮, 渗入硫碳氮等, 下面着重介绍几种常见的工艺。

1) 渗入碳

在对压铸模进行处理时渗入碳有助于加强模具表面的硬度, 尤其是在冷处理、热处理和塑料模具中效果尤为明显。其工艺操作方法主要采用将碳粉、碳气等通过固体渗透、气体渗透、真空渗透、离子渗透等方式渗入压铸模具内部。其中真空环境渗入碳和离子条件渗入碳是最近二十年才研发出来的新技术, 其效果明显, 渗入结果均匀, 压铸模具硬度分布均匀, 压铸模具硬度适中, 模具表明精确度高、碳浓度变化趋势较为平缓等。

2) 渗入氮

在压铸模具加工时渗入氮也是一种十分常用的表面处理方式, 这种工艺对材料的要求度不高, 工艺较为简单, 对温度要求较低 (一般渗氮技术的处理温度保持在480℃~600℃之间) , 造成的工件变形度较小, 压铸模具在经过渗氮处理后其表面硬度明显加强, 并且压铸模具表面会具有更好的加工打磨性和抗粘连性。

3) 渗入硼

渗入硼也是一种处理压铸表面的常见有效方法, 通过工艺将硼渗入到压铸模型表面有利于提高压铸模型表面的硬度和耐磨性, 并且使压铸模具具有更好的内腐蚀性和抗粘连性, 可是说渗入硼这种工艺是提升压铸模具表面性能最明显的、效果只好的, 但是其工艺条件十分苛刻, 所以渗硼工艺并没有得到大量的普及和使用, 但近些年来随着科学技术的不断进步, 渗硼工艺有了较大的改变和完善, 也使得这种工艺越来越多的被工业铸模工艺所采用。最近较为普遍使用的渗硼方式有两种, 多元素渗硼法和涂剂渗硼法, 这里着重介绍下涂剂渗硼法。这种方法是将混合涂料涂抹在模具表面, 在920℃的高温下持续加热8个小时, 之后冷却, 这种方法产生的模具具有韧性好、使用寿命长、表面构造性优良等特征。

2.2表面激光处理技术

这种技术也是进三十年兴起的模具表面处理技术, 激光处理表面一般来讲会以两种方式得到应用, 一种是增强压铸模具表面的物理性质, 即利用激光的热度使模具表面融化直接成型, 之后再与渗碳、渗氮、镀层等工艺相结合。另一种方法是将激光处理表面技术与一些物理性质较好的金属辅料相结合, 共同作用使压铸模具的物理性质变强, 具体做法为, 利用激光的热度使压铸模具表现融化成一层薄膜, 并与此同时将各种合金材料涂抹到薄层表面, 在激光的作用下使其融入压铸模具表面以达到增强其物理性质的目的。

3 上镀技术

上镀技术故名思意, 是一种为模具涂上镀层的方式, 做一个比方在必改模具本身的物理特型的前提下, 为模具穿上一层防护衣。上镀技术一般包括玻璃镀、冲压镀、塑料镀、橡胶镀等镀模方式, 其效果也不尽形同, 这样看模具的实际使用环境是怎样的, 具体环境具体分析, 找到最合适的镀膜方式。一般来讲镀膜最显著的特点是挣钱模具的耐磨性、耐腐性和抗冷热的能力, 模具的使用多在冷热交替环境之中, 模具的使用量也较为频繁, 最常见的涂镀方式是聚四氟乙烯复合镀, 这种镀层方法就能很好的满足模具日常使用的需要。

4 结论

模具性能的好坏将直接影响到工业生产的效率和出品的质量, 目前随着科学技术的不断进步, 越来越多越好的模具处理方式不断涌现, 企业要明确自身的发展方向和产品生产特点, 选取适合有效的压铸模具处理方式, 一方面要控制投入成本, 另一方面要符合生产需要, 尽可能地提高模具综合性能, 延长其使用寿命。

参考文献

[1]王昌.表面工程技术在模具制造中的应用[J].中国表面工程, 2002 (1) :8-17.

[2]彭文屹.H13钢铝合金压铸模的离子氮化[J].表面技术, 2002, 31 (3) :14-16.

[3]刘燕萍.硬铝合金化学复合镀——聚四氟乙烯性能的研究[J].电镀与精饰, 2001, 23 (3) :11-13.

压铸用模具钢篇3

近年来随着精密模具及高效模具的推出, 人们对模具制作的要求越来越高。由于铜电极自身条件的限制, 目前其已不能满足模具行业的发展要求。石墨作为一种新型的EDM材料, 凭借着众多的优越性而日益受到模具加工业的青睐[1,2]。在此, 本文以石墨电极在压铸模具中的应用为例, 为大家介绍一下石墨电极的特性及具体应用价值。

1 石墨电极材料特性

石墨是采用石油焦炭为骨料, 以煤沥青为黏结剂, 经过破碎、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍和石墨化而产生的非晶体材料。由于石墨结构特殊, 使得它具有良好的导电性及化学稳定性, 在高温状态下机械强度高、抗震性好。实践证明, 石墨的CNC加工性能及放电性能都比铜要好。

2 石墨电极与铜电极性能对比

衡量电极性能的标准主要有五大要素, 它们分别是加工速度、抗损耗性、加工表面光洁度、可加工性和材料成本。选择好的电极材料要考虑这五个因素的总体性能, 全面评估其材料的可用性。下面是两种电极在这五个元素中的对比情况。

2.1 加工速度

铜的熔点约为1000℃, 其单位面积电流最大值5A, 故使用铜电极加工模具时由于受铜的单位面积电流最大值的影响而加工速度慢;石墨的熔点约为3650℃, 其单位面积电流最大值并不比铜高多少, 但因为其熔点高, 总的电流量的允许值可以以放得很大, 因此它可以进行大电流加工, 加工速度可以达到铜的1.5~3倍。

2.2 抗损耗性

铜电极熔点低, 故它在电流增大时损耗也随之增大;而石墨电极的熔点很高, 故它在电流增大时损耗却减小, 甚至可以达到零损耗甚至负损耗。

2.3 加工表面光洁度

铜电极加工出的工件粗度较均匀, 光洁度较高, 配合特定机台甚至可以加工出镜面;而石墨电极加工出的工件表面有许多细小颗粒, 加工光洁度较差, 无法加工表面要求较高的工件。

2.4 可加工性

铜的塑性较好, 加工时不易崩角, 但热稳定性较差, 电极变形较大, 不易加工薄长电极且机加工速度较慢;石墨电极变形小, 适合高精度及薄长电极的机加工且机械加工速度快 (约为铜的3~5倍) 。

2.5 材料成本

石墨的单价要比铜贵很多, 同重量的石墨其价格约为铜的10倍, 但因为石墨密度仅为铜的1/5, 所以若按单为面积计算, 石墨价格应为铜的2倍。

通过以上对比, 我们可知铜电极适合加工中小型面积、面粗度要求较高的工件;而石墨则适合于加工各种面积粗度要求较低、电极加工精度较高、材料单位价格较高但加工速度快之工件。综合来看, 石墨电极的适用性广泛且总成本低, 适合大力推广, 但一些高面粗度要求的工件仍需要用铜电极加工。

3 石墨电极在压铸模具中的应用状态

石墨电极在压铸模具中的应用状态, 从应用到某手机整个模仁的放电加工中与铜电极相比, 如表1所示。

从表1中我们可以看出在实际运用中石墨电极加工时间是铜电极的1/2且精度较高, 加工速度是铜电极的1.5倍。加工的面粗度石墨电极没有铜电极的好, 但也满足要求。因此使用石墨电极, 可以使模具的交货期大大缩短, 成本也大幅度的降低。据统计, 如果完全使用石墨电极来进行模具加工, 小型模具每套可以节省成本15000元, 中性模具每套可以节省50000元, 大型模具模具可以节省85000元。

电极要达到好的加工效果与放电条件的设定密不可分, 石墨电极的间隙值一般为0.11mm, 在这样的间隙条件下加工可以有效提高放电速度。其次, 石墨电极在放电加工中要充分利用其熔点高的特性来提高放电电流, 从而使放电速度提升, 损耗下降[3,4]。再次, 要运用定时加工的方法来避免用石墨电极进行精加工时常会出现放电速度慢、损耗大的问题。

4 结语

鉴于石墨电极的众多优越性, 目前世界各地都在大力推广使用, 如美国其石墨电极与铜电极的应用比例达到9:1。尤其是在冲压模具制造上, 因面粗糙度要求不是很高, 所以90%以上的电极可以采用石墨电极加工。不仅在冲压模具上, 在其他模具中石墨电极的应用优势也很大, 因为在模具制造上, CNC加工、放电加工和电极加工三项加工占制造成本和时间的十之八九, 而且石墨电极在CNC和放电加工这两项上都有明显的优势, 再加上石墨适合做大电极, 因此在大多数模具加工上都有优势, 石墨电极在未来将会涉足的大型汽车模具加工上也会有很广阔的应用前景。

参考文献

[1]雷卧虎.电火花加工的石墨电极应用[J].模具制造, 2007, 03.

[2]谭林海, 罗正斌, 陈志明.模具制造技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2011.

[3]杨永茂.电火花成型加工中石墨电极的应用[A].第六届全国电加工学术年会论文集[C].1989.

压铸用模具钢篇4

1 镁合金精密压铸成形工艺与实例分析

1.1 成形工艺

对于镁合金而言, 其压铸成形主要通过两种方式:铸造以及塑造变形。经研究分析后得知, 未来会更多偏向于挤压、半固态、真空以及充氧压铸等成形工艺。

(1) 压铸。对于镁合金铸造成形工艺而言, 压铸是最基础的一步。使用镁合金生产壁厚度在1至2毫米的压铸件是很简单的, 其最小壁厚度能够达到0.6毫米, 而对于铝合金铸件而言, 其最小壁厚在2.3至2.5毫米。镁合金相比铝合金而言, 其尺寸精度高出后者一半。铝合金的铸造斜度在2至3度, 而镁合金的则在1.5度。镁合金模具寿命长于铝合金2至4倍。

(2) 真空压铸。真空压铸, 即在压铸成形过程中, 将型腔内的气体抽出以达到降低或者消除压铸件内所含有的溶解气量或者气孔的目的, 从而提升压铸件的质量与性能。对于镁合金而言, 其凝固区较广, 因此在凝固收缩时很容易生出枝晶, 而局部区由于被枝晶封闭, 其液体在补缩过程中被阻碍, 从而产生负压, 这便是在卷入气体时易于析出的位置。镁合金中存在疏松现象, 易于形成气孔, 而气孔又使疏松得以扩大。因此, 要通过压铸来对镁合金中所卷入的气体量进行控制, 有利于减少缩松量以及缩孔倾向, 在很大程度上使镁合金铸件的性能得到改善。

(3) 充氧压铸。也可称为无气孔压铸, 即在利用金属液进行充型之前, 将氧气等活性气体充于型腔内, 来对型腔内部原本的空气进行置换。当应用金属液来充型时, 氧气等活性气体会与金属液充分反应, 形成金属氧化物状颗粒, 分布于压铸件内部, 从而对其内部气体进行有效消除, 这样也便于通过热处理对压铸件进行强化。据相关学者的研究成果表明, 对镁合金进行充氧压铸类似于重力铸造, 都可应用热处理来予以强化, 并且其力学性能都远超过普遍或者重力压铸件。而对于普通镁合金压铸件而言, 其在予以热处理时会产生变形, 致使无法测试其力学性能。

(4) 挤压铸造。即应用较慢的速度与最小的扰动来进行充型, 使金属液能够在高压下充分凝固, 从而获取能够进行热处理的高密度铸件。此种铸造工艺最大的优点在于具备较高的充型压力, 远远高于重力金属铸件。挤压铸造根据其挤压方式可分为直接和间接挤压铸造。经过研究后得知, 若对镁合金采用挤压铸造, 则其铸型温度需控制在200至300摄氏度, 充力在50至150MPA, 其涂料一般为石膏基。

(5) 半固态铸造。虽然应用前面四种方法能够使铸造出的镁合金件具备质量好、形状复杂的特点, 但是由于在铸造过程中必须经过经过热处理来保证合金液的流动, 这一过程会产生较多问题。例如镁合金经过氧化后燃烧。而半固态铸造则能够有效解决这一难题。主要原因在于半固态铸造具备金属液损失量低、金属喷溅现象少、充型平稳、具备精度较高的尺寸精度、能够被热处理、寿命长等优点。具体而言, 有流变以及触变铸造两种方式。

1.2 实例分析

在此以某镁合金压铸件为例, 主要以型号为AM60B的来进行生产。其上护罩壁厚2.6毫米, 重量约为0.45千克。

1.2.1 确定其各个工艺参数

(1) 压实压力。这是重要参数之一, 由于本文所选的镁合金压铸件为一般性的, 因此压实压力在30至50MPa之间, 再结合压力机的实际情况, 将压实压力定为32MPa。

(2) 胀型力。其计算公式为:

其中F主为主胀型力, A则为铸件投影于分型面的面积, p则为压实压力。而由于抽芯距离最少为162毫米, 综合考虑成本及可靠性, 抽芯机构则应用液压油缸。抽芯力计算公式为:

其中, F分则为法向分力之和, A芯则表示侧向端面面积, a为锲紧角度, F插为插芯力。再计算其锁模力, 公式为:

其中F锁为锁模力, K为安全系数1.25。

由于上护罩投影于分型面的面积为272cm2, 40%的浇注系统和溢流槽所形成的面积为108.8cm2, 则算出A=380.8cm2, 则F主=1218.56KN。由于侧向投影面积为87.84cm2, 所选液压油缸为100毫米, 则F分=108.97kn, F锁=1725.789KN。由于该锁模力<400T压力机的锁模力, 因此可选择400T的压力, 则确定压室直径为60毫米。这样一来便可证明, 压力为32MPa满足工艺要求。

1.2.2 计算速度

速度主要包括冲头速度以及内浇口速度, 而前者由后者确定。结合本产品的要求与特点, 选定其速度为70m/s, 充型t为25ms, 其内浇口面积公式为:

其中Ag为内浇口截面积, V为压铸件与溢流槽两者体积的60%, v内为速度。由于冲头面积为2 826mm2, Ag=167.77, 冲头速度约为4.15m/s。

另外再选择模具温度为200℃, 传热系数为1 200W/m2/K, 浇注温度为680℃, 保压t为5秒, 留模时间为10秒。

1.2.3 模拟压铸过程及结果分析

本次试验采取美国UES开发的Procast软件, 其模拟能力极为强大, 可以将铸件过程中所产生的任何问题都模拟出来。遵照一定的模拟流程后, 对结果进行分析, 发现金属液在充填时较为平稳, 未出现对流以及回流, 内浇口V也在70m/s上下。但是铸件出现少许裹气状况, 气体难以溢出, 导致气孔缺陷, 对铸件质量造成影响。为此, 可以将顶杆替换为推管, 既能有效推出, 又能有效排气。

2 模具设计制造

2.1 模具设计

2.1.1 模具设计应遵照的原则

(1) 模具构件的强度和刚性要足够高, 尤其是成型零件, 一定要具备较好的耐热及抗冲击性能。这样能够保证其在使用金属液予以填充以及金属流产生了较强的冲击作用时不会产生变形。 (2) 在对内浇口进行设计时, 防止其直对型芯, 这样可以避免由于金属液产生正面冲击而被冲蚀或出现变形。 (3) 已成型零件不要出现尖劈或者钝角现象, 保证局部具备较好的刚性与强度。 (4) 若成型零件具备易损性, 则需采取单独镶拼法, 一旦出现损坏方便更换, 从而提高整体铸件的使用寿命。 (5) 在对压铸模进行设计时, 要保持模具处于热平衡状态, 特别是对于一些较大且较复杂的模具而言, 选择合理的温控系统, 会极大提高其使用寿命。

2.1.2 设计要点

(1) 成型零件的设计:1) 镶块设计。镶块材料成本较高, 因此在设计镶块时要对其尺寸进行严格控制, 以节省成本。一般而言没有小台阶的镶块是通过在底板上铣型腔, 而后在背部采用螺钉将镶块锁住的安装法。2) 型芯设计。主要采用台阶式安装法。台阶只有固定及止转作用, 因此其尺寸要严格控制, 厚度一般在5毫米左右。

(2) 侧抽芯设计。主要考虑侧抽芯设计要点、抽芯力、抽芯距离等。

(3) 模架及其他附件设计。模架设计包括以下内容:定模模板 (A板) 、动模模板 (B板) 、支承板 (C板) 、顶针板及底板。1) A、B板设计。对于A、B板而言, 其主要功能在于固定动、动模镶块等内容。因此在设计时, 首先要考虑的是如何固定镶块, 而后再使抽芯机构固定, 最后再安装导柱导套。2) 顶针板及底板设计。其主要作用是将铸件推出并预回位顶针。3) C板设计。C板即模脚, 主要作用在于为模具提供能够顶出的空间。4) 其他附件设计。主要包括导轨导滑槽、反拉杆以及液压油缸支承块等。

2.2 模具制造

模具制造指通过一定的工艺条件与加工形式, 对模具材料的尺寸、形状以及物理性能进行改变, 使其达到设计标准, 成为合格的模具零件。而后再通过组装———部装———总装———试模等工艺流程, 制造出合格模具。包括以下要点:

(1) 加工组配零件。模具由众多零部件组成, 由于在使用时存在要求, 因此导柱、套孔、推杆固定板、复位杆孔、合模等零部件需要组织加工。

(2) 制造方法。主要包括锻造、热处理、切削加工、处理表面以及装配等。切削加工是最重要的一环, 主要是指采用多种形式, 例如车床、插床、铣床以及磨床等予以加工后, 剔除加工余量, 而后加工半成品, 使其尺寸、形状等符合蓝图需要, 最后通过组织形成整体模具。

(3) 高速铣。它是模具制造中最重要和最先进的制造技术, 具有高效、低耗以及优质的特点。关键技术有刀具、机床、模具软件、CNC等系统。在采用该技术时, 要注重其铣刀的铣削速度及进给速度的参数值。

(4) 电火花。另称为放电或者电蚀加工。其原理在于充分利用两个电极所产生的火花放电, 以蚀除电极材料。具体如下图所示, 图中1为工件, 2为脉冲电源, 3为自动进给装置, 4为电极, 5为工作液, 6为过滤器, 7为泵。

(5) 电火花线切割。原理在于将连续移动的电极丝作为电极, 脉冲火花放电于工件, 再对金属进行蚀除, 而后切割成型。适用于规模较小、精密度高及形状复杂的工件。此种制造方法优点较多, 精度高、周期短、成本低等, 因而得到普遍应用。

(6) 磨削加工。据统计, 在整个模具总制造时间中, 应用磨削加工占了25%至45%。其加工流程为:工件的金属表层被磨削掉, 受到磨粒产生的挤压和摩擦作用后发生变形, 再变为磨屑, 表面变得光洁。其全过程主要表现为力以及热的作用。

(7) 模具装配。即遵照模具合同要求, 将已经加工好且达标的零件按照一定的工艺流程装配成模具。装配方法主要包括互换、分组互换、修配与调整等装配法。

(8) 试模。这是模具制造的最终环节, 即将模具应用于压铸机上, 现场检验其成形效果, 分为装模、试模以及调整三个环节。

3 结语

综上所述, 镁合金精密压铸成形工艺较多, 其模具设计与制造流程也较为繁复, 但是由于需求量大, 仍然需要对其进行探索研究, 以促使我国经济在快速发展的同时能够保护环境, 实现可持续发展。

摘要：本文首先阐述了镁合金精密压铸成形工艺, 而后对其模具设计及制造进行了研究, 以供参考和借鉴。

关键词：镁合金,精密压铸成形工艺,模具设计,制造

参考文献

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[3]王柏树, 熊守美.压射速度和料饼厚度对压铸AM60B镁合金压室预结晶的影响[J].中国有色金属学报 (英文版) , 2011 (4) .

压铸用模具钢篇5

随着模具设计与制造技术的提高,许多造型奇特、精致美观的首饰工艺品逐渐成为现实,极大地丰富了人们的物质享受。电火花加工和紫铜电极逐渐成为首饰工艺品模具的主要加工工艺与常用工具之一。电极设计得合理、加工得精确与否,直接影响着模具的优劣,进而决定了饰品的好坏。因此,电极本身的设计与加工显得更为重要和关键。然而,紫铜电极在加工中却有粘刀及难断屑的特点,为了减轻这种影响,如何加强工艺控制、改进工艺流程、优化工艺参数便成为众人关注的焦点。

JDPaint软件具有精确制图和艺术绘图的混合设计能力;其CAM功能提供了丰富的工艺控制和刀具路径优化功能。图1为工厂首饰样板,本文将利用精雕JDPaint软件为其进行紫铜电极设计、编制刀具路径及在数控精雕机上加工出电极。

1 建造电极模型

该电极的建模阶段是以客户提供的已知产品模型(样板)为蓝本,在CAD/CAM系统中建造三维模型,该电极的核心部位是浮雕曲面部分,其建模过程如图3所示。具体流程是先扫描该样板得到平面草图,按照草图线条进行描图处理,之后在JDPaint软件的虚拟浮雕功能模块进行建模,建模时操作人员可以根据个人的审美感觉加入主观元素,在忠于产品原型的基础上使浮雕更富灵性,构建出的浮雕曲面效果如图3(c)所示,经过渲染后,生成三维模型的图象与实物的照片相差无几。最后,还需根据电极尺寸和紫铜毛坯尺寸画出打表分中位的轮廓线。

图1 首饰样板图

图2 曲面尺寸

2 模型的工艺分析

2.1 电极的工艺特性

该加工任务的目标产品如图1所示,需制作模具实现批量生产,其模具电极的工艺特性主要有:

1)所加工电极材料为紫铜,所有表面粗糙度要求Ra1.6,凹槽曲面的最小圆角为R 0.2mm;该浮雕的表面结构较多,为了保证能有效雕刻曲面纹路,在进行精加工时,选择有效直径较小的刀具。

2)由于压铸模具的工艺需要,加工电极时需考虑火花位、打表分中位、避空位等要素的设置。对于火花位的加工使用负的表面余量,加工的电极略微偏“小”,可使产品在尺寸上留有调整的余地,经过平动调节或稍加配研,可最终保证尺寸要求。在模具加工时,通过校表、分中把工具电极放正、定位的结构称为打表分中位,为方便打表,该高度取3mm;为避免电极放电过程中,打表分中位等部分碰到模具型腔表面而损坏模具,故电极加工时留有一定的避空位,本例中曲面的加工深度取7.3mm,即已预留了该位置。

图3 模具电极造型

2.2 电极加工工艺流程

选择合理的加工工艺,既可以保证电极的加工精度, 又可以提高制造效率。为便于加工路径的后置处理,在正式编制加工路径之前要对模型进行重新定位,定位的原则是坐标系x、y两个方向的坐标原点在分中位轮廓线的几何中心位置,z方向的坐标原点在浮雕曲面的最高点。定位完成之后即可选择加工域、切削方法、切削刀具、设置工艺参数等。

产品毛坯尺寸60mm×55mm×15mm,曲面的外形尺寸为58mm×51mm×7.30mm,如图2所示,该图中凹台和底平面为规则的平面,这种平面可以选用二维加工的方法进行精加工。其余的地方都是不规则曲面,且这些曲面中既有浅平面又有陡峭面,应用三维加工(曲面精雕刻)的方法进行加工。加工的整体思路:为了保证重要基准面的精度,先进行三维整体开粗,然后对电极校表位进行二维轮廓开粗和精加工,最后对曲面及底平面进行精加工。

该电极数控编程的总体流程及关键工艺参数的设置如表1所示。

具体过程及参数选择如下:

1)整体开粗:采用软件中曲面雕刻组的“分层区域粗雕刻”进行整体开粗尽可能多地去除残料,既要保证加工效率又要求刀具有足够的强度,故选4的平底刀进行粗加工,刀具路径模拟如图4所示。

2)校表位加工:采用“轮廓切割”加工电极的校表位。校表位外轮廓尺寸与毛坯尺寸间相差最大处为2mm,加工深度-7.3mm~-10.3mm,可继续用φ4的平底刀加工。分粗加工和精加工两条路径完成,刀具路径模拟如图5所示。

3)三维曲面精加工:曲面加工深度0~-7.3mm,加工时既要满足尺寸精度和表面精度要求,同时兼顾效率,选择刀具时要考虑刀具强度以及是否会留有残料或过切。由于首饰模型的花纹尺寸很小,且表面为不规则曲面,最窄的曲面凹槽宽度只有0.4mm,在一般加工中心和数控铣床上根本无法进行加工,且标准刀具中也无法提供直接加工槽宽0.4mm、最小圆角R0.2mm的刀具。因此,要加工出满足深度、槽宽和最小圆角半径要求的曲面,需要磨制非标准刀具,磨制的锥刀是否准确直接影响曲表面和凹槽的加工效果,因此,曲面雕刻中锥刀的磨制是精雕加工中一个难点。曲面半精加工、精加工工序分别选择15°-Φ0.4锥刀和15°-Φ0.2锥刀,以保证有效雕刻精细纹路的基础上,获得质量与效率的统一。加工时需先使用15°-Φ0.4锥刀以“平行截线”方法半精加工,去除整体开粗时平底刀一些无法加工的部位(如沟、槽)。根据曲面的特点,精加工时可采取“双平行截线精加工”的加工方法,即以15°Φ0.2锥刀以路径角度45°和-45°走两次平行截线,两条路径相垂直形成网面,有效覆盖整个曲面,解决了由于陡峭面造成的表面加工不均匀。注意第二条路径需留表面负余量-0.01mm,以防刀具重复加工相同位置造成表面留有刀痕,同时也为电极预留了0.01mm的火花位,刀具路径模拟如图6所示。

图4 整体开粗的刀路

图5 外轮廓雕刻的刀路

图6 双平行截线刀路

图7 底平面精加工刀路

4)使用“区域粗雕刻”方法精铣底平面并对曲面的侧边轮廓进行精加工。为了能满足曲面与平面交界处圆角的要求,采用2的平底刀,刀具路径模拟如图7所示。

3 后置处理与实体切削加工

设置好刀具加工路径后,利用JDPaint系统提供的零件加工模拟功能来确认刀具路径是否符合实际加工要求。通过JDPaint软件输出的刀路文件即可在精雕机床上实现该电极的加工。在输出文件时,选择加工坐标系原点为输出原点,如图8所示。经加工后得到电极如图9所示。

4 结束语

从目前饰品制造行业的实际加工条件出发,本文的创新之处在于将JDPaint软件的浮雕功能与CAM功能应用于锌合金饰品模具紫铜电极的建模设计、刀路设计,并加工出与工厂饰品样板相配的模具电极,为表面质量要求高,结构精细的首饰及小工艺品电极的高效加工提供了参考方案。

摘要：将JDPaint软件CAD/CAM功能应用于锌合金饰品压铸模具紫铜电极的建模与加工中,通过浮雕设计、刀具路径设计加工出与工厂饰品样板相配的紫铜电极。该方法为表面质量要求高、结构精细的首饰及小工艺品的生产提供了经济高效的加工方法。

关键词：JDpaint,紫铜电极,曲面浮雕,锌合金

参考文献