《模具工业》2006年第32卷第2期 61 任意布置冷却水道的锌基合金塑料模具试制 李亚敏,刘洪军 (兰州理工大学材料学院,甘肃兰州730050 摘要:模具冷却系统对于塑件的质量和生产效率有着重要的影响。利用精密铸造的方法可以获得任意 布置冷却水道的模具,达到最佳的冷却效果。现在快速样件和冷却系统优化分析的基础上,用锌基合金 石膏型铸造的方法对内置任意布置冷却水道的塑料模具镶块进行了试制,取得了满意的效果 关键词冷却水道;塑料模具;锌基合金;铸造 中图分类号:T(4;TO320.662文献标识码B文章编号:1001-2168-(200602-0061-04 Trial Manufacture of Zinc base Alloy plastic Mould with Optional-laying Cool ing Water Channel Ya-min. LIU Ho (School of Materials Science, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gans u 730050, China Abstract: Cooling System of plastic mould can greatly influence the product quality and production efficiency. Optional-laying cooling water channel in the mould could be obtained by precision cast ing, and optimal cooling effect could be ac hieved. On the basis of rapid prototype and analysis on cooling system optimization, zinc base alloy plaster casting method was applied to manufacture of insert blocks of plastic mould with inner optional-laying cooling water channel Key words: cooling channel; plastic mould; zinc base alloy, castin 1引言 置任意布置冷却水道的锌基合金模具制造工艺进行 塑料模具一般都要设置冷却系统,好的冷却系探讨 统可以改善塑料成型性能,减小塑件应力集中,防 止翘曲变形,确保塑件尺寸精度,并可缩短模塑周2内置任意布置冷却水道塑料模具制造工艺 期,从而提高生产效率。塑料模具的冷却水道通常 锌基合金综合性能优良,作为塑料模具型腔材 采用机加工方法,在模具或模板上钻孔或铣槽,当料,其快速经济的制模特点,正适合市场对品种多 模具型腔较简单时,这种加工水道冷却效果较好。批量小、价格低、生产周期短的塑件的需求,可用于 当模具型腔较复杂时,采用杋加工方法很难做到水注射模、吹塑模吸塑模、发泡模、压缩模等。锌基合 道与型腔基本随形,有可能在型腔中出现冷区或热金的导热性好,铸造性能优异,能够复映模型上各种 区,造成塑件各部位冷却速度不均匀,产生变形。如细微部分,如装饰纹、加强筋的深槽和齿形等,易于 果冷却水道能够根据模具型腔随形仼意布置,将非获得光洁型腔和复杂型腔。锌基合金可采用多种方 常有利于冷却系统的优化设计,获得更好的塑件质法制模,精密铸造、温挤压和切削加工均可成型;精 量。快速原型和精密铸造的结合为仼意布置冷却水密铸造可采用砂型、石膏型、陶瓷型、石墨型、金属型 道的模具制造提供了可能,采用低熔点合金埋铸预等多种铸型。锌基合金的熔点在380~500℃,可以 制冷却水道的方法既可以同时制造出冷却水道和很方便地将预制形状的冷却水道埋铸于模具中,不 模具型腔,又可以达到快速制模的效果。以下对内需要另外加工冷却水道,而且这种埋铸工艺还可以 根据塑件的形状,借助注射过程仿真等分析手段,优 作者简介:李亚敏(1973·),女,河北蠡县人,讲师,主要从事模化设计冷却水道在模具中的空间走向,尽量精确地 具设计与制造的教学工作,地址:甘肃省兰州市兰工坪路85号使塑件各部位冷却均匀,从而达到改善塑件质量和 兰州理工大学材料学院。电话:0931·2976320,电子信箱 缩短生产周期的目的 基金项目:塑性成型模拟与模具技术国家重点实验室开放基金(044) 显然,采用机械加工锌基合金坯料的工艺很难 收稿日期:2005-07- 实现冷却水道的任意空间布置,根据锌基合金熔点 o1994-2009ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.ner
《模具工业》2006 年第 32 卷第 2 期 61 任意布置冷却水道的锌基合金塑料模具试制 李亚敏 , 刘洪军 (兰州理工大学 材料学院 , 甘肃 兰州 730050) 摘要 : 模具冷却系统对于塑件的质量和生产效率有着重要的影响。利用精密铸造的方法可以获得任意 布置冷却水道的模具 ,达到最佳的冷却效果。现在快速样件和冷却系统优化分析的基础上 ,用锌基合金 石膏型铸造的方法对内置任意布置冷却水道的塑料模具镶块进行了试制 ,取得了满意的效果。 关键词 :冷却水道 ;塑料模具 ;锌基合金 ;铸造 中图分类号 : TG24 ; TQ320. 662 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2168 - (2006) 02 - 0061 - 04 Trial Manufacture of Zinc Base Alloy Plastic Mould with Optional-laying Cooling Water Channel LI Ya-min , LIU Hong-jun (School of Materials Science ,Lanzhou University of Technology , Lanzhou , Gans u 730050 , China) Abstract : Cooling s ystem of plastic mould can greatly influence the p roduct quality and p roduction efficiency. Optional-laying cooling water channel in the mould could be obtained by p recision cast2 ing , and optimal cooling effect could be achieved. On the basis of rapid p rototype and analysis on cooling s ystem optimization , zinc base alloy plaster casting method was applied to the manufacture of insert blocks of plastic mould with inner optional-laying cooling water channel. Key words: cooling channel ; plastic mould ; zinc base alloy ; casting 1 引 言 塑料模具一般都要设置冷却系统 , 好的冷却系 统可以改善塑料成型性能 , 减小塑件应力集中 , 防 止翘曲变形 , 确保塑件尺寸精度 , 并可缩短模塑周 期 , 从而提高生产效率。塑料模具的冷却水道通常 采用机加工方法 , 在模具或模板上钻孔或铣槽 , 当 模具型腔较简单时 , 这种加工水道冷却效果较好。 当模具型腔较复杂时 , 采用机加工方法很难做到水 道与型腔基本随形 , 有可能在型腔中出现冷区或热 区 ,造成塑件各部位冷却速度不均匀 ,产生变形。如 果冷却水道能够根据模具型腔随形任意布置 , 将非 常有利于冷却系统的优化设计 , 获得更好的塑件质 量。快速原型和精密铸造的结合为任意布置冷却水 道的模具制造提供了可能 , 采用低熔点合金埋铸预 制冷却水道的方法既可以同时制造出冷却水道和 模具型腔 , 又可以达到快速制模的效果。以下对内 置任意布置冷却水道的锌基合金模具制造工艺进行 探讨。 2 内置任意布置冷却水道塑料模具制造工艺 锌基合金综合性能优良 , 作为塑料模具型腔材 料 , 其快速经济的制模特点 , 正适合市场对品种多、 批量小、价格低、生产周期短的塑件的需求 , 可用于 注射模、吹塑模、吸塑模、发泡模、压缩模等。锌基合 金的导热性好 ,铸造性能优异 ,能够复映模型上各种 细微部分 , 如装饰纹、加强筋的深槽和齿形等 , 易于 获得光洁型腔和复杂型腔。锌基合金可采用多种方 法制模 , 精密铸造、温挤压和切削加工均可成型 ; 精 密铸造可采用砂型、石膏型、陶瓷型、石墨型、金属型 等多种铸型。锌基合金的熔点在 380～500 ℃, 可以 很方便地将预制形状的冷却水道埋铸于模具中 , 不 需要另外加工冷却水道 , 而且这种埋铸工艺还可以 根据塑件的形状 ,借助注射过程仿真等分析手段 ,优 化设计冷却水道在模具中的空间走向 , 尽量精确地 使塑件各部位冷却均匀 , 从而达到改善塑件质量和 缩短生产周期的目的。 显然 , 采用机械加工锌基合金坯料的工艺很难 实现冷却水道的任意空间布置 , 根据锌基合金熔点 ——————————————— 作者简介 : 李亚敏 (1973 - ) ,女 ,河北蠡县人 ,讲师 , 主要从事模 具设计与制造的教学工作 , 地址: 甘肃省兰州市兰工坪路 85 号 兰州理工大学材料学院 。电话 : 0931 - 2976320 , 电子信箱 : liyaminlut @sina. com。 基金项目 :塑性成型模拟与模具技术国家重点实验室开放基金(04-4) 收稿日期 :2005 - 07 - 13 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《模具工业》2006年第32卷第2期 低和铸造性能好的特点,埋铸预制冷却水道是实现冷却水管直径的3~5倍,如图2c所示 任意布置水道的最切实可行的工艺。本研究采用了 这种工艺,在铸型中预埋水道,锌基合金模具直接 塑料模具用锌基合金 精铸成型或精铸后精加工成型,工艺路线如图1所 锌基合金已成功用于塑料模的制造,不仅用来 制作试制用模具,而且已作为模具材料用于中小批 「模具设计 冷却水道(冷却水 量塑件的实际生产。在机械性能满足塑料加工工艺 优化设计 型造]条件的前提下锌基合金模具相对较低的价格、良好 磨 的成形性能和较短的制造周期往往成为使用这种材 「锌基合金模具或精加工 料的决定性因素。 锌基合金的性能与模具钢相比低得多,但是由 于大部分塑料模型腔的工作温度在200℃以下,在 图1任意布置冷却水道塑料模具制造工艺路线 这种条件下,只要合理设计模具结构和严格控制工 艺条件,锌基合金就可以达到一定的使用寿命,对于 以下以水杯塑件为例,说明在锌基合金模具内聚苯乙烯塑件最高可以达到10~20万件 埋铸任意布置冷却水道的制造工艺。 改善锌基合金模具性能可采用的主要工艺措施 有 3冷却水道优化设计 (1)合理的模具结构设计。精确计算模具的注射 采用埋铸法制作的冷却水道在模具中不再限压力和合模力,选取适当的壁厚;采用嵌入式结构 于直管式联接,而能够以任意空间走向的方式布以锌基合金制造塑件成型型腔镶块,将其嵌入钢衬 置,因此能够给予设计以极大的自由度。埋铸冷却套和钢模板中,使锌基合金镶块主要作为成型部分, 水道工艺获得良好效果的关键是能够根据塑件的模具承力部分为钢衬套或者钢模板 形状和成型工艺特点优化设计冷却水道。 (2)控制模具温度。设计合理的冷却系统,尤其 水杯塑件锌基合金模具的冷却水道优化设计是采用埋铸冷却水道的方法,将模具温度控制在 方案如图2a所示。 定的范围内,可避免温度过高引起模具性能下降。 设计冷却水道的原则是 (3)表面强化处理。采用电镀等工艺在模具表面 (1)冷却水道之间的距离不能太近也不能太沉积耐磨耐蚀层,以提高模具耐磨损和耐腐蚀性 远,如果水道距离太近,会造成局部冷却过快;如果能。 水道距离太远,冷却效果会变差。水道之间的距离 锌基合金机械加工性能优越,用于钢模加工的 D1一般是冷却水管直径的3~5倍,如图2b所示 各种机械加工方法都适用于锌基合金,但是采用铸 (2)冷却水道与塑件之间的距离D2一般也是造方法制造锌基合金模具则更具优势:铸造性能优 图2水杯塑件模具的冷却水道优化设计方案及设计原则 a—冷却水道设计b—冷却水管距离c—冷却水道与塑件距离 2o1994-2009ChinaAcademicournalElectromicPublishingHouseaLLrightsreservedhttp://www.cnki.net
62 《模具工业》2006 年第 32 卷第 2 期 低和铸造性能好的特点 , 埋铸预制冷却水道是实现 任意布置水道的最切实可行的工艺。本研究采用了 这种工艺 , 在铸型中预埋水道 , 锌基合金模具直接 精铸成型或精铸后精加工成型 , 工艺路线如图 1 所 示。 图 1 任意布置冷却水道塑料模具制造工艺路线 以下以水杯塑件为例 , 说明在锌基合金模具内 埋铸任意布置冷却水道的制造工艺。 3 冷却水道优化设计 采用埋铸法制作的冷却水道在模具中不再限 于直管式联接 , 而能够以任意空间走向的方式布 置 , 因此能够给予设计以极大的自由度。埋铸冷却 水道工艺获得良好效果的关键是能够根据塑件的 形状和成型工艺特点优化设计冷却水道。 水杯塑件锌基合金模具的冷却水道优化设计 方案如图 2a 所示。 设计冷却水道的原则是 : (1) 冷却水道之间的距离不能太近也不能太 远 ,如果水道距离太近 ,会造成局部冷却过快 ; 如果 水道距离太远 , 冷却效果会变差。水道之间的距离 D1一般是冷却水管直径的 3～5 倍 ,如图 2b 所示。 (2) 冷却水道与塑件之间的距离 D2一般也是 冷却水管直径的 3～5 倍 ,如图 2c 所示。 4 塑料模具用锌基合金 锌基合金已成功用于塑料模的制造 , 不仅用来 制作试制用模具 , 而且已作为模具材料用于中小批 量塑件的实际生产。在机械性能满足塑料加工工艺 条件的前提下 ,锌基合金模具相对较低的价格、良好 的成形性能和较短的制造周期往往成为使用这种材 料的决定性因素。 锌基合金的性能与模具钢相比低得多 , 但是由 于大部分塑料模型腔的工作温度在 200 ℃以下 , 在 这种条件下 , 只要合理设计模具结构和严格控制工 艺条件 ,锌基合金就可以达到一定的使用寿命 ,对于 聚苯乙烯塑件最高可以达到 10～20 万件。 改善锌基合金模具性能可采用的主要工艺措施 有 : (1) 合理的模具结构设计。精确计算模具的注射 压力和合模力 , 选取适当的壁厚 ; 采用嵌入式结构 , 以锌基合金制造塑件成型型腔镶块 , 将其嵌入钢衬 套和钢模板中 ,使锌基合金镶块主要作为成型部分 , 模具承力部分为钢衬套或者钢模板。 (2) 控制模具温度。设计合理的冷却系统 ,尤其 是采用埋铸冷却水道的方法 , 将模具温度控制在一 定的范围内 ,可避免温度过高引起模具性能下降。 (3) 表面强化处理。采用电镀等工艺在模具表面 沉积耐磨耐蚀层 , 以提高模具耐磨损和耐腐蚀性 能。 锌基合金机械加工性能优越 , 用于钢模加工的 各种机械加工方法都适用于锌基合金 , 但是采用铸 造方法制造锌基合金模具则更具优势 : 铸造性能优 图 2 水杯塑件模具的冷却水道优化设计方案及设计原则 a ——冷却水道设计 b ——冷却水管距离 c ——冷却水道与塑件距离 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《模具工业》2006年第32卷第2期 良,制模速度快,成本低,可以获得精细复杂的型对原型形状和精度的损失非常小,是理想的中间过 腔 渡模。用SLA原型复制得到的硅橡胶模如图3c所 基于以上分析,本研究采用铸造方法制造锌基示 合金模具镶块,然后将其嵌入钢衬套中获得整副模 通过硅橡胶模可以很容易地获得铸型,铸型可 具。这种工艺不仅保证了模具制造质量和使用效以是砂型、石膏型、陶瓷型等。砂型制造精度较低 果,而且还可以实现模具的互换性,制造其他产品适合制造大型模具铸型;陶瓷型强度最好,也可保证 时,只需制作同样规格的镶块重新嵌入钢衬套中即较高的精度和表面粗糙度,但是工艺复杂;石膏型虽 可,大大提高了模具制造的综合效益 然强度较低,但是工艺简单,复制精度高,兼之水杯 零件较小,故采用石膏型铸造锌基合金模具镶块非 5模具制造工艺 常合适。 5.1模型制造 将硅橡胶模固定在模板上,并在周围放置模 用来制作模型的材料有木材、塑料、石膏或者框。将石膏、耐火粉料和水充分混合制成的石膏浆 金属等等,具体采用何种材料要根据铸造工艺和可料注入模框内,待石膏凝固硬化后,取掉模框和模 用设备决定。模型既可以用机械加工的方法制造,板,将硅橡胶模从石膏型中取出,就得到了具有模具 又可以采用热成型,如挤压、焊接或快速成型等方 型腔镶块形状的石膏型。 法获得。 快速成型工艺能够通过CAD模型直接制造出5.3冷却水道的制作和放置 实体模型,在经过后期处理后可以直接用于快速模 冷却水道采用紫铜管制造,具有管壁光洁、耐腐 具制造。本硏究采用了SA快速成型工艺制造水杯蚀、韧性好、弯曲不易破裂等特点。弯制冷却水道采 模型,该快速成型工艺采用紫外激光分层照射光敏用常规工具手工弯制,为尽量保证弯制后水道各截 树脂叠加成型,具有原型精度高、成型速度快、成型面尺寸不变,弯制前,紫铜管内要填砂并在两端封 零件复杂的特点。考虑到模具分模,只需要制造水严,然后再按照优化设计的冷却水道几何形状进行 杯的一半即可满足试制研究的需要。半个水杯的弯制。水道完成后必须进行水压试验,以避免铸造 CAD模型和SA原型如图3a3b所示 时锌基合金从破损处流入水道 在新制好的石膏型中放置冷却水道支撑,支撑 不能影响模具型腔的工作部分。仔细测量冷却水道 各处与铸型的距离,保证冷却水道的设计位置,并在 石膏型侧壁与冷却水道进出口对应的位置挖出比水 道稍大的孔。为了避免浇注时合金液沿进出口进入 冷却水道,须将水道的进出口封堵,现采用石棉绳作 为封堵材料,既可以防止合金液进入冷却水道,又可 图3半个水杯的CAD模型、SA原型和硅橡胶模 使浇注时水道中受热膨胀的气体排出。将冷却水管 a—AD模型b—SA原型c—硅橡胶模 从预留的水道进出口插入侧壁的孔中,并将水道按 照设计位置固定于支撑上,然后将侧璧的孔修补好 5.2铸型制作 将含有冷却水道的石膏型放入烘箱中分段升温 sλA原型制作完成后必须转制成硅橡胶模才能烘烤,直至最高烘烤温度450℃,共耗时约10h,然 用于铸型制作。首先,SA原型是凸模,要获得具有后随烘箱冷却至120℃即可进行浇注。用于锌基合 原型形状的模具,铸型也必须是凸模的形状,因此金模具铸造的内置冷却水道石膏型如图4所示。 需要将SA原型转制成凹模来制造铸型;其次,如 果直接用SA原型制作铸型,除非将原型破坏,否5.4模具铸造 则起模将会非常困难。由于硅橡胶具有一定的弹 锌基合金的凝固过程收缩比较大,一般凝固收 性,因此无论对于SA原型还是铸型来说,起模都缩率在1.2%左右,而且凝固区间很大,因此容易出 将很容易,而且由于硅橡胶模的复制性能非常好,现缩孔、疏松。但是锌基合金的缩孔、疏松经常出现 2o1994-2009ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://nwecnki.net
《模具工业》2006 年第 32 卷第 2 期 63 良 , 制模速度快 , 成本低 , 可以获得精细复杂的型 腔。 基于以上分析 , 本研究采用铸造方法制造锌基 合金模具镶块 , 然后将其嵌入钢衬套中获得整副模 具。这种工艺不仅保证了模具制造质量和使用效 果 , 而且还可以实现模具的互换性 , 制造其他产品 时 , 只需制作同样规格的镶块重新嵌入钢衬套中即 可 ,大大提高了模具制造的综合效益。 5 模具制造工艺 5. 1 模型制造 用来制作模型的材料有木材、塑料、石膏或者 金属等等 , 具体采用何种材料要根据铸造工艺和可 用设备决定。模型既可以用机械加工的方法制造 , 又可以采用热成型 , 如挤压、焊接或快速成型等方 法获得。 快速成型工艺能够通过 CAD 模型直接制造出 实体模型 , 在经过后期处理后可以直接用于快速模 具制造。本研究采用了 SLA 快速成型工艺制造水杯 模型 , 该快速成型工艺采用紫外激光分层照射光敏 树脂叠加成型 ,具有原型精度高、成型速度快、成型 零件复杂的特点。考虑到模具分模 , 只需要制造水 杯的一半即可满足试制研究的需要 。半个水杯的 CAD 模型和 SLA 原型如图 3a、3b 所示。 图 3 半个水杯的 CAD 模型、SLA 原型和硅橡胶模 a ——CAD 模型 b ——SLA 原型 c ——硅橡胶模 5. 2 铸型制作 SLA 原型制作完成后必须转制成硅橡胶模才能 用于铸型制作。首先 ,SLA 原型是凸模 ,要获得具有 原型形状的模具 , 铸型也必须是凸模的形状 , 因此 需要将 SLA 原型转制成凹模来制造铸型 ; 其次 , 如 果直接用 SLA 原型制作铸型 , 除非将原型破坏 , 否 则起模将会非常困难 。由于硅橡胶具有一定的弹 性 , 因此无论对于 SLA 原型还是铸型来说 , 起模都 将很容易 , 而且由于硅橡胶模的复制性能非常好 , 对原型形状和精度的损失非常小 , 是理想的中间过 渡模。用 SLA 原型复制得到的硅橡胶模如图 3c 所 示。 通过硅橡胶模可以很容易地获得铸型 , 铸型可 以是砂型、石膏型、陶瓷型等。砂型制造精度较低 , 适合制造大型模具铸型 ;陶瓷型强度最好 ,也可保证 较高的精度和表面粗糙度 ,但是工艺复杂 ;石膏型虽 然强度较低 , 但是工艺简单 , 复制精度高 , 兼之水杯 零件较小 , 故采用石膏型铸造锌基合金模具镶块非 常合适。 将硅橡胶模固定在模板上 , 并在周围放置模 框。将石膏、耐火粉料和水充分混合制成的石膏浆 料注入模框内 , 待石膏凝固硬化后 , 取掉模框和模 板 ,将硅橡胶模从石膏型中取出 ,就得到了具有模具 型腔镶块形状的石膏型。 5. 3 冷却水道的制作和放置 冷却水道采用紫铜管制造 ,具有管壁光洁、耐腐 蚀、韧性好、弯曲不易破裂等特点。弯制冷却水道采 用常规工具手工弯制 , 为尽量保证弯制后水道各截 面尺寸不变 , 弯制前 , 紫铜管内要填砂并在两端封 严 , 然后再按照优化设计的冷却水道几何形状进行 弯制。水道完成后必须进行水压试验 , 以避免铸造 时锌基合金从破损处流入水道。 在新制好的石膏型中放置冷却水道支撑 , 支撑 不能影响模具型腔的工作部分。仔细测量冷却水道 各处与铸型的距离 ,保证冷却水道的设计位置 ,并在 石膏型侧壁与冷却水道进出口对应的位置挖出比水 道稍大的孔。为了避免浇注时合金液沿进出口进入 冷却水道 ,须将水道的进出口封堵 ,现采用石棉绳作 为封堵材料 ,既可以防止合金液进入冷却水道 ,又可 使浇注时水道中受热膨胀的气体排出。将冷却水管 从预留的水道进出口插入侧壁的孔中 , 并将水道按 照设计位置固定于支撑上 ,然后将侧壁的孔修补好。 将含有冷却水道的石膏型放入烘箱中分段升温 烘烤 , 直至最高烘烤温度 450 ℃, 共耗时约 10 h , 然 后随烘箱冷却至 120 ℃即可进行浇注。用于锌基合 金模具铸造的内置冷却水道石膏型如图 4 所示。 5. 4 模具铸造 锌基合金的凝固过程收缩比较大 , 一般凝固收 缩率在 1. 2 %左右 ,而且凝固区间很大 ,因此容易出 现缩孔、疏松。但是锌基合金的缩孔、疏松经常出现 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《模具工业》2006年第32卷第2期 模具制造技术 3r2W8ⅴ精锻模热处理工艺改进 杨金花,管建峰,徐艺丽 (常熟理工学院机电系,江苏常熟215500 摘要:某厂3C2w8Ⅴ钢精锻模的失效形式为早期断裂、热磨损塌陷。通过生产现场的反复考察和分析 利用金相显微镜分析了模具热处理前、后的显微组织特征,改进了锻后退火工艺及淬火热处理工艺,增 加了表面渗碳的强韧化热处理工艺,使模具寿命显著提高,平均寿命达到15000件。 关键词:32w8v精锻模;失效;金相;模具寿命 中图分类号:TG624文献标识码B文章编号:1001-2168-(2006)02-0064.04 Improve ment of the Heat Treatment Process of 3 cr2w8V Precision Hot Forging Die ANG Jin-hua, GUAN Jian-feng, XU YIli Electromechanical Department, Changs hu Institute of Technology, Changshu, Jiangsu 215500, China) Abstract: The mode of failure of 3Cr2w8V steel precision hot forging die in a factory was earlier fracture and thermal wear subsidence. The investigatory examined at the field of production and 在铸件的底部或者侧面,而不是其他金属铸造时常 将模具毛坯铸件型腔打磨抛光及周边加工后 见的上面。这主要是由于锌基合金一般的合金元素镶入钢衬套中即可作为生产用模具使用 为铝和铜,铝和铜、锌的比重相差很大,如果在液态 保持较长的时间,在重力作用下,将会发生重力偏6结束语 析,形成溶液上部富铝的情况。这样就导致了特殊 以上对塑料模具内置任意布置冷却水道进行了 的成分过冷,又由于这种成分过冷导致异常的由上探讨,提出了锌基合金精密铸造的工艺路线并以水 而下的逆向凝固顺序,即上部液体先凝固,下部液杯件为例,对整个工艺过程进行了详细说明,还试制 体向上补缩,最终形成底缩现象。锌基合金的这种了锌基合金模具镶块。结合锌基合金精密铸造、冷 底缩现象造成铸件补缩困难,缩孔、疏松很难用传却水道优化设计、快速成型等先进技术,能够实现冷 统铸造工艺下的增大冒口的形式来消除,必须采取却水道任意布置的塑料模具快速制造。由于合理设 特殊措施。现采取的工艺方法是逐层浇注,水杯模计的冷却水道可以有效改善锌基合金模具性能、提 具的铸造分两层浇注,当下层合金液开始凝固时再高使用寿命,促进了锌基合金模具的应用和发展。 浇注上层,全部浇注完成后在液面上用喷灯辅助加随着市场对小批量、多品种、快速化产品制造需求的 热,以保证补缩的顺利进行。经过这样的工艺处理,发展,本试制研究开发的工艺将具有广阔的应用前 可以获得底部型面致密的锌基合金模具镶块毛坯,景。 如图4所示。 参考文献 [1]刘文秀,朱朝辉,金振中,等.塑料模及其水道工艺的 探讨[]金属成形工艺,2001,(3):3738 [2]刘洪军,樊自田,黄乃瑜.塑料模用锌基合金的特点 与展望].特种铸造及有色合金,2001(1):3840 图↓内置冷却水道的石膏型和锌基合金模具镶块[3]端木光明,铸造锌铝系合金底缩现象探讨卩].特种 a—石膏型b—锌基合金模具镶块 铸造及有色合金,1999(6):4042 o1994-2009chinacademicournalElectronicPublishingHousealrightsreservedhttp://www.cnki.ne
64 《模具工业》2006 年第 32 卷第 2 期 在铸件的底部或者侧面 , 而不是其他金属铸造时常 见的上面。这主要是由于锌基合金一般的合金元素 为铝和铜 ,铝和铜、锌的比重相差很大 ,如果在液态 保持较长的时间 , 在重力作用下 , 将会发生重力偏 析 , 形成溶液上部富铝的情况。这样就导致了特殊 的成分过冷 , 又由于这种成分过冷导致异常的由上 而下的逆向凝固顺序 , 即上部液体先凝固 , 下部液 体向上补缩 , 最终形成底缩现象。锌基合金的这种 底缩现象造成铸件补缩困难 , 缩孔、疏松很难用传 统铸造工艺下的增大冒口的形式来消除 , 必须采取 特殊措施。现采取的工艺方法是逐层浇注 , 水杯模 具的铸造分两层浇注 , 当下层合金液开始凝固时再 浇注上层 , 全部浇注完成后在液面上用喷灯辅助加 热 ,以保证补缩的顺利进行。经过这样的工艺处理 , 可以获得底部型面致密的锌基合金模具镶块毛坯 , 如图 4 所示。 图 4 内置冷却水道的石膏型和锌基合金模具镶块 a ——石膏型 b ——锌基合金模具镶块 将模具毛坯铸件型腔打磨抛光及周边加工后 , 镶入钢衬套中即可作为生产用模具使用。 6 结束语 以上对塑料模具内置任意布置冷却水道进行了 探讨 , 提出了锌基合金精密铸造的工艺路线并以水 杯件为例 ,对整个工艺过程进行了详细说明 ,还试制 了锌基合金模具镶块。结合锌基合金精密铸造、冷 却水道优化设计、快速成型等先进技术 ,能够实现冷 却水道任意布置的塑料模具快速制造。由于合理设 计的冷却水道可以有效改善锌基合金模具性能、提 高使用寿命 , 促进了锌基合金模具的应用和发展。 随着市场对小批量、多品种、快速化产品制造需求的 发展 , 本试制研究开发的工艺将具有广阔的应用前 景。 参考文献 : [ 1] 刘文秀 ,朱朝辉 ,金振中 ,等 . 塑料模及其水道工艺的 探讨[J ]. 金属成形工艺 ,2001 ,(3) :37-38. [ 2] 刘洪军 ,樊自田 ,黄乃瑜 . 塑料模用锌基合金的特点 与展望[J ]. 特种铸造及有色合金 ,2001(1) :38-40. [ 3] 端木光明 . 铸造锌铝系合金底缩现象探讨[J ]. 特种 铸造及有色合金 , 1999(6) : 40-42. 模 具 制 造 技 术 3Cr2W8V精 锻 模 热 处 理 工 艺 改 进 杨金花 , 管建峰 , 徐艺丽 (常熟理工学院 机电系 , 江苏 常熟 215500) 摘要 :某厂 3Cr2W8V钢精锻模的失效形式为早期断裂、热磨损塌陷。通过生产现场的反复考察和分析 , 利用金相显微镜分析了模具热处理前、后的显微组织特征 ,改进了锻后退火工艺及淬火热处理工艺 ,增 加了表面渗碳的强韧化热处理工艺 ,使模具寿命显著提高 ,平均寿命达到 15 000 件。 关键词 :3Cr2W8V;精锻模 ;失效 ;金相 ;模具寿命 中图分类号 : TG162. 4 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2168 - (2006) 02 - 0064 - 04 Improvement of the Heat Treatment Process of 3Cr2W8V Precision Hot Forging Die YANG Jin-hua , GUAN Jian-feng , XU Yi-li ( Electromechanical Depa rtment ,Changs hu Institute of Technology , Changs hu , Jiangs u 215500 , China) Abstract : The mode of failure of 3Cr2W8V steel p recision hot forging die in a factory was ea rlier fracture and thermal wea r s ubsidence . The investigatory examined at the field of p roduction and © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net