МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

PRESS MOLD SERVICE LIFE EXTENSION METHODS FOR DIE-CASTING

Valeriya Musina

graduate student, Department of Equipment and Technologies of Machine-Building Production, Togliatti State University,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются причины повреждений пресс-форм и методы увеличения срока их службы для литья под давлением.

ABSTRACT

This article reviews the causes of press mold damage and methods for increasing their service life for die-casting.

Ключевые слова: литье под давлением, пресс-форма, повреждения пресс-форм.

Keywords: die-casting, press mold, press mold damage.

Термическая усталость является одной из наиболее распространенных и наиболее дорогих проблем, которые встречаются в литейной промышленности. Этот тип поломок является результатом многократных, быстрых, неравномерных нагревов и охлаждений пресс-форм, а также термомеханических нагрузок. Первичное появление усталостных дефектов характеризуется появлением разгарных трещин на поверхности формообразующих. Дальнейшее развитие разгарных трещин часто приводит к появлению вмятин или дефектных отливок. Пресс-формы подвергаются периодическим механическим и термическим нагрузкам. Каждый цикл машины подвергает пресс-форму механическим нагрузкам замыкающего усилия машины и давлению в камере, а также термическим нагрузкам из-за охлаждения и отвердевания литейного сплава, и внешнего и внутреннего охлаждения. Каждое из этих усилий оказывает влияние на меняющееся во времени напряженно-деформированное поле в пределах формы. Предел, до которого усилия оказывают влияние на способность к деформации и срок службы формы, больше всего определяется их размерами и зонами, на которые они оказывают влияние.

Давление в камере является более значимым для проблемы усталости, чем давление из-за замыкающего усилия машины, по двум причинам. Во-первых, такое давление выше, чем давление замыкающего усилия. Во-вторых, такое давление прикладывается к тем же самым поверхностям, к каким прикладывается максимальная термическая нагрузка. Положительное давление в камере во время усиления также может создать сжимающее усилие на формообразующей поверхности. Пример разгарных трещин на поверхности отливки показан на Рисунке 1.

Рисунок 1. Разгарные трещины на поверхности отливки

Самая большая термическая нагрузка на форме встречается во время охлаждения и отвердевания литейного сплава и во время оросительного охлаждения формы.

Исходное быстрое повышение температуры формы, когда она начинает контактировать с расплавленным алюминием, устанавливает очень высокое сжимающее напряжение, поскольку наружный слой стремится расшириться, но он ограничен более охлажденным внутренним слоем. Горячая поверхность формы пластически деформируется высоким уровнем напряжения, которое превышает предельную точку стали Н13 при повышенной температуре. Максимальная температура и максимальное напряжение достигаются за первые 0,1сек. Затем практически незамедлительно напряжение меняется, поскольку внешний слой формы начинает быстро остывать, и снова ограничивается. На седьмой секунде цикла деталь удаляется из формы. Скорость остывания поверхности выставленной формы повышается и происходит соответствующий переход на прочность. Когда порция цикла охлаждения водяным орошением завершается примерно на 19 секунде цикла, внешние слои немного нагреваются более теплым внутренним слоем, и напряжение спадает на свой финальный уровень.

В общих чертах, исследования за многие годы подтвердили, что появление разгарных трещин на пресс-формах для литья под давлением вызывается чрезмерным напряжением на растяжение на поверхности пресс-формы, которое порождает трещины. Такое же напряжение приводит к росту трещин. Такие разгарные трещины могут быть минимизированы путем правильного выбора и обработки стали используемой для пресс-форм. Также они минимизируются путем сокращения перепада температур, существующих на поверхности пресс-формы цикла литья и путем минимизирования разниц температур в различных частях пресс-формы.

Методы, используемые промышленностью для дальнейшего уменьшения влияния появления разгарных трещин:

• снятие термического напряжения,
• дробеструйное поверхностное упрочнение

Отпуск напряжения пресс-формы сократит уровень остаточного напряжения на растяжение и, следовательно, увеличит срок службы формы. Рекомендуется, чтобы отпуск напряжения выполнялся после периода обкатки, а затем после 1000-2000 и 5000-10000 отливок. Затем процедура повторяется для каждых дополнительных 10000-20000 отливок при условии, что на форме появляется только незначительное количество разгарных трещин. Однако, есть один момент в отпуске напряжения пресс-формы с разгарными трещинами, потому что само формирование трещин на поверхности сокращает уровень остаточного напряжения, пока не требуется выполнение упрочняющей дробеструйной обработки на пресс-форме.

Отпуск напряжения лучше всего выполнять при температуре примерно 50ºF ниже самой высокой температуры отпуска, которая использовалась во время термообработки пресс-формы. Обычно времени выдержки в два часа при температуре бывает достаточно.

Дробеструйная обработка – это процесс холодной обработки, при котором поверхность пресс-формы обрабатывается небольшой сферической дробью. Каждый кусочек дроби, ударяющей металл, ведет себя как крошечный молоток для проковки, создавая небольшой разрез или ямку на поверхности. Для того чтобы появились ямки, металлический слой поверхности должен поддаться напряжению. Это показано на Рисунке 2.

Рисунок 2. Механическая деформация в точке удара

Под поверхностью сжатые зерна пытаются вернуть поверхность в ее исходную форму, создавая полушарие холоднодеформированного металла, который находится под высоким напряжением в сжатии. Накладывающиеся ямки создают равномерный слой остаточного сжимающего напряжения. Металлургам широко известно, что трещины не появятся и не будут распространяться в компрессионной напряженной зоне. Поскольку практически все разрушения от усталости или при коррозии под напряжением происходят на поверхности или около поверхности пресс-формы для литья под давлением, сжимающее напряжение, вызванное дробеструйной обработкой, может обеспечить значительное увеличение срока службы пресс-формы. Величина остаточного сжимающего напряжения, вызванного дробеструйной обработкой, может быть равна половине напряжения на растяжение материала, который был обработан дробью. Твердость дроби будет также влиять на значение сжимающего напряжения. Средство дробеструйной обработки должно быть, по крайней мере, таким же твердым и тверже, чем обрабатывающий инструмент, иначе качество обработки поверхности станет критическим фактором.

Список литературы:

1. Кудинов В.А. Динамика станков. – М. :Машиностроение, 1967. – С. 357
2. Альтман М. Б., Лебедев А. А., Чухров М. В. Плавка и литье легких сплавов. М., «Металлургия», 1969. – С 459.
3. Askeland D. R., Patel D. S., Wolf R. V. Wirkung der Anschnittgestaltung auf die Fehlerfreiheit von Kokillenguss aus Aluminiumlegierungen. Gisser - Prax., 1976, N 18, s. 263-267.