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H13模具钢抽芯生产中频繁发生断裂的原因

文章出处:未知责任编辑:模具钢人气:发表时间:2019-01-08 21:13

  H13钢类热作模具钢,由于其优良的淬透性、淬硬性以及在室温和高温下的良好性能而广泛应用于要压铸模、热锻模和热挤压模和冷热疲劳抗力的压铸模。目前铝合金压铸模具多采用H13钢。,我司亦采用该钢种制作模具抽芯。但是在实际生产中某款铝合金压铸模具的抽芯频繁发生断裂,现对该断裂进行分析,找出合理可行的避免断口频繁的方法势在必行。

  1.分析

  (1)宏观断口分析

  该抽芯结构如图1所示,截面为椭圆形抽芯,长轴大约80mm,短轴大约50mm,断裂大致在图1中横线附近。在压铸生产过程中,上下反复抽芯,生产约1.3万模次即发生断裂,可以看到内腔通有冷却水路,断口如图2所示。整个断面分为初始断裂区,裂纹扩展区和最后断裂区。根据断口纹路判断,裂纹源在图3中所示型腔内壁位置,呈现台阶状,属于多源断口,在随后的反复抽芯过程中,裂纹扩展并最终断裂。

  

   (2)成分分析

  对抽芯横截面取样,直读光谱分析仪实测化学成分如附表所示,可以看到该抽芯的化学成分符合H13钢的标准。

  该模具钢实测的化学成分(质量分数)与H13钢化学成分比较(%)

  C Cr Mn Mo Si V

  H130。37~0。425。0~5。50。2~0。51。2~1。750。8~1。20。8~1。2

  实测0.395.20.41.51.00.9

  (3)显微分析

  从工件开裂部位切取纵向和横向样块,经磨制抛光腐蚀后观察如图4和图5所示。纵向来看金相组织,根据北美压铸协会的带状组织/微观不均匀度评级标准《NADCA#207-2003》,该带状组织等级属于可接受的范围,且碳化物细小分布均匀。横向来看金相组织,基体为回火马氏体和细小的碳化物,晶粒度7~8级;洛氏硬度46~48HRC,符合硬度要求。金相组织正常,不是造成抽芯断裂的原因。

  沿着裂纹源纵向剖开,观察内腔壁附近金相组织情况,发现内腔壁非常粗糙并有大量横向裂纹,如图6所示。

  与生产人员沟通得知,抽芯内腔由电火花加工而成,之后无其他处理便投入生产。追溯当时的电火花加工工艺,并在一块新的H13模具钢样块上还原电火花加工过程,金相分析如图7所示,根据当时的加工工艺,电火花白亮层最深可达50μm厚,且电火花加工后白亮层上立即就出现了微裂纹。由于该抽芯的内腔采用该电火花加工工艺,必然产生较厚的白亮层和较多的微裂纹。在实际生产过程中,压铸模具一般在较高的温度下生产,在每一模次的生产过程中,模具抽芯表面吸收铝合金熔体在凝固过程释放的热量,继而向内层产生热传递,而内层由于冷却水的存在而使内腔温度很低,这样抽芯内腔附近在冷热交替反复的环境下,微裂纹势必扩展而逐步发展成大量的横向裂纹。

  考虑到抽芯内腔长期被冷却水包围,水质就是普通的自来水,这样的环境下极易发生腐蚀,如图8所示。横向裂纹内已有大量腐蚀产物。在抽芯的冷却水路中,当水温到达60℃以上时,钙镁离子很容易分解结垢,当水冷却后,冷却水中的微溶物质结晶析出,在抽芯型腔内表面结成硫酸钙、碳酸钙等水垢。水中所含溶解性气体、腐蚀性盐类等电解质与H13模具钢接触时,因为电解质的作用,使模具钢表面析出Fe2+,内腔表面遭到腐蚀。同时,空气中的尘土,杂物混入冷却水中,致使微生物繁殖,加速模具抽芯的腐蚀。

  这样,在电火花加工的微裂纹和冷却水对模具腐蚀的综合作用下,在抽芯上下反复抽取的过程中,横向裂纹不断扩展,最后断裂。

  2.改进及效果

  基于上述断裂的原因,必须对电火花加工工艺予以改进。以往为了提高生产效率,常常采用大电流加工内腔,产生的白亮层很厚,为了减小白亮层的影响,必须采用小电流精加工,同时加强电极本身的光洁度。当然也要考虑生产效率,经过多次调整,最后选择合适的加工工艺,将白亮层减小至平均10μm左右,如图9所示。

  在此之后必须去除白亮层,但是人工打磨必然造成打磨面粗糙不平的情况,凹凸不平的表面也会成为断裂的起始点。为了最大限度减少这种不平表面,采用电解抛光的方法。被抛光的抽芯内腔为阳极,不溶性金属为阴极,两极同时浸入到电解槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,从而减少型腔内表面粗糙度,达到表面光洁的效果。

  为了减少抽芯内腔冷却水对内壁的腐蚀作用,在冷却水内添加一定量的缓蚀剂和阻垢剂。在以上措施的保护下,目前抽芯生产8万余模次依旧良好,无断裂倾向。

  3.结语

  (1)模具电火花加工后必须去除白亮层,电解抛光型腔表面,增加光洁度,防止微裂纹产生及扩展。

山东十一运夺金   (2)在普通自来水的环境下,通冷却水路的抽芯型腔会发生腐蚀进而引发断裂。在冷却水内添加定量的缓蚀剂和阻垢剂后,有效的减少了腐蚀的发生,延长模具寿命。

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