So entwerfen Sie die Druckgussform, um die Lebensdauer der Form zu verlängern

Die Korrektheit der Gestaltung der Druckgussform steht in direktem Zusammenhang mit der Leistung und Qualität der Gussteile, außerdem sollten die Prozessfaktoren bei der Herstellung und Produktion berücksichtigt werden. In diesem Artikel werden die Themen im Detail vorgestellt, die im gesamten Prozess vom Design des Druckgussprodukts bis zur Herstellung der Druckgussform beachtet werden sollten.

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Die Bedeutung der Gestaltung von Druckgussformen

Die Druckgussform ist eines der drei Hauptelemente der Druckgussproduktion. Eine Form mit korrekter und angemessener Struktur ist eine Voraussetzung für den reibungslosen Ablauf der Druckgussproduktion und spielt eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Qualität der Gussteile (Maschinendurchlaufquote). Aufgrund der Eigenschaften des Druckgussverfahrens ist die richtige Auswahl verschiedener Prozessparameter der entscheidende Faktor für die Erzielung qualitativ hochwertiger Gussteile und die Form ist die Voraussetzung für die richtige Auswahl und Einstellung verschiedener Prozessparameter. Das Formendesign ist im Wesentlichen eine umfassende Reflexion der verschiedenen Faktoren, die bei der Druckgussproduktion auftreten können. Wenn die Formkonstruktion angemessen ist, treten in der tatsächlichen Produktion weniger Probleme auf und die Erfolgsquote der Gießmaschine ist hoch.

Im Gegenteil, das Formdesign ist unvernünftig. Wenn beispielsweise ein Gussstück entworfen wird, ist die Umschlingungskraft der beweglichen Form und der festen Form grundsätzlich gleich, aber das Gießsystem befindet sich größtenteils in der festen Form und das Gussstück wird auf der Guannan-Druckgussmaschine platziert, wo der Stempel das Material nach dem Einspritzen nicht zuführen kann. Die Produktion kann nicht normal sein und der Guss bleibt ständig an der festen Form hängen. Obwohl die Oberflächenbeschaffenheit des festen Formhohlraums sehr sauber ist, tritt aufgrund des tiefen Hohlraums immer noch das Phänomen des Anhaftens an der festen Form auf. Daher ist es bei der Gestaltung der Form erforderlich, die Struktur des Gussstücks umfassend zu analysieren, mit dem Betriebsprozess der Druckgussmaschine vertraut zu sein, die Möglichkeit zur Anpassung der Druckgussmaschine und der Prozessparameter zu verstehen, die Fülleigenschaften unter verschiedenen Bedingungen zu beherrschen und die Formbearbeitungsmethode, Bohr- und Befestigungsform zu berücksichtigen, um eine praktische Form zu entwerfen, die den Produktionsanforderungen entspricht.

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Bei der Konstruktion von Druckgussformen zu beachtende Probleme

Die Gestaltung der Druckgussform orientiert sich im Wesentlichen an der Form des Druckgusses. Die Formgestaltung und -größe wirkt sich jedoch auf die Lebensdauer der Form aus.

(1) Hohlraum

Hochfester Stahl reagiert sehr empfindlich auf tote Ecken und Lücken. Daher sollten bei der Gestaltung des Formhohlraums die Änderungen der Wandstärke und der Rippen gleichmäßig und sanft erfolgen und möglichst ein größerer Innenkehlradius verwendet werden. Um die Möglichkeit von Metallerosion und thermischer Ermüdung in der Nähe des Angusses zu verringern, sollten die Hohlraumwand, der Kern oder der Einsatz so weit wie möglich vom Anguss entfernt sein.

(2) Kühlwasserkanal

Der Kühlwasserkanal sollte so angeordnet sein, dass die Temperatur der gesamten Kavitätsoberfläche möglichst gleichmäßig ist. Aus kühlungstechnischer und mechanischer Sicht muss die Rohroberfläche glatt sein.

(3) Läufer, Tor und Überlauf

Um den besten Druckgusseffekt zu erzielen, muss das Kühlsystem ein gewisses thermisches Gleichgewicht mit der „heißen Zone“ (Angusskanal, Anschnitt, Überlauf und Hohlraum) haben. Daher ist die Gestaltung von Kanal, Tor und Überlauf sehr wichtig. An den schwer zu füllenden Teilen der Kavität sollte ein Überlauf eingestellt werden, damit das Druckgussmetall zu diesen Teilen fließen kann. Bei einem Einzelwerkzeug mit mehreren Kavitäten und gleicher Größe müssen alle Angusskanäle die gleiche Angusslänge und Querschnittsfläche haben, und Anguss und Überlauf müssen ebenfalls genau gleich sein. Die Position des Angusses sowie die Dicke und Breite des Angusskanals sind entscheidend für die Metalleinspritzgeschwindigkeit. Das Design des Angusskanals sollte ermöglichen, dass das Metall reibungslos in jeden Teil des Hohlraums fließt und nicht strahlartig injiziert wird. Ein zu schneller Fluss des eingespritzten Metalls kann zu Formerosion führen.
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Zu beachtende Probleme bei der Herstellung vonDruckgussformen

(1) Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von Warmarbeitsstählen des martensitischen Systems wird hauptsächlich durch nichtmetallische Einschlüsse wie Mangansulfid und die Härte des Stahls beeinflusst. Denn die Leistung der Druckgussform lässt sich verbessern, indem der Gehalt an Verunreinigungen wie Schwefel und Sauerstoff im Stahl reduziert wird. Die beste Struktur zum Schneiden ist eine sphäroidisierte Ferritmatrix mit gleichmäßiger Verteilung guter Karbide im sphäroidisierten Zustand, was dem Stahl eine geringere Härte verleiht. Durch die Homogenisierungsbehandlung erhält das Metall eine gleichmäßige Bearbeitbarkeit.

(2) Elektrofunkenbearbeitung

Das Grundprinzip der Elektrofunkenbearbeitung besteht in der Entladung in einem nichtleitenden Medium zwischen einer Graphit- oder Kupferelektrode (Anode) und einem Stahl (Kathode). Die Erosion der Form wird durch die Entladung kontrolliert. Während des Vorgangs dringt die negative Elektrode in den Stahl ein, um die gewünschte Form zu erhalten. Bei der Elektrofunkenbearbeitung ist die Oberflächentemperatur des Stahls sehr hoch, sodass er schmilzt und verdampft. Auf der Oberfläche entsteht eine spröde Schicht, die schmilzt und dann erstarrt, gefolgt von einer wieder ausgehärteten Schicht und einer angelassenen Schicht. Erodieren beeinträchtigt die Oberflächeneigenschaften der Form und zerstört die Verarbeitungseigenschaften des Stahls. Aus diesem Grund werden als vorbeugende Maßnahme die Funkenerosion von Stahl nach dem Härten und das Erodieren von Stahl nach dem Glühen eingesetzt.

(3) Wärmebehandlung

Nach der Bearbeitung ist eine Wärmebehandlung erforderlich, um die beste Streckgrenze bei hohen Temperaturen, Anlassbeständigkeit, Zähigkeit und Duktilität zu erzielen. Die Eigenschaften von Stahl werden durch Abschrecktemperatur und -zeit, Abkühlgeschwindigkeit und Anlasstemperatur gesteuert. Eine zu langsame Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken kann die zerstörende Zähigkeit des Stahls verringern. Eine schnelle Abkühlungsrate, beispielsweise durch Abschrecken im Bad, kann die beste Struktur erzeugen und somit die höchste Lebensdauer der Form erreichen. In den meisten Fällen wird eine schnellere Abkühlgeschwindigkeit gewählt, um der Lebensdauer der Form Vorrang zu geben. Entkohlung kann zu einer frühen thermischen Ermüdung führen. Die Form sollte vor dem Tempern auf 50℃-70℃ abgekühlt werden. Um eine zufriedenstellende Struktur zu erhalten, ist eine zweite Anlassung unerlässlich. Die zweite Anlasstemperatur sollte entsprechend der endgültigen Verwendungshärte der Form bestimmt werden.

(4) Dimensionsstabilität

Beim Abschrecken und Anlassen verformen oder verdrehen sich Druckgussformen meist. Je höher die Temperatur, desto größer die Verformung. Vor dem Abschrecken wird in der Regel ein gewisser Bearbeitungsumfang reserviert, damit die Form nach dem Abschrecken und Anlassen durch Schleifen und andere Prozesse auf die endgültig erforderliche Größe eingestellt werden kann. Bearbeitungsspannung, thermische Spannung und strukturelle Verformungsspannung wirken sich auf die Dimensionsstabilität aus. Daher sollte während des Druckgussprozesses auf die Temperatur und Geschwindigkeit des Erhitzens und Abschreckens geachtet werden, damit der relative Verformungsbereich der Größe innerhalb des einstellbaren Bereichs gesteuert werden kann.

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Das Design und die Herstellung von Druckgussformen tragen dazu bei, die Lebensdauer der Form zu verlängern

Die Lebensdauer der Druckgussform variiert stark je nach Design und GrößeDruckgussform, die Art der Druckgusslegierung sowie die Reparatur und Wartung der Form. Die Lebensdauer der Form kann durch die richtige Behandlung vor und nach dem Druckguss verlängert werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Lebensdauer der Form zu verlängern:

(1) Richtiges Vorheizen

Der Temperaturunterschied zwischen der Formoberfläche und der Metallschmelze sollte nicht zu groß sein. Aus diesem Grund wird in der Regel ein Vorheizen empfohlen. Die Vorwärmtemperatur hängt von der Art der Druckgusslegierung ab und liegt üblicherweise zwischen 150℃ und 350℃. Die Materialvorwärmtemperatur sollte nicht zu hoch sein, da sonst die Form während des Druckgusses aufgrund der hohen Formtemperatur nachtemperiert wird und insbesondere die dünneren Rippen der Form sehr schnell aufheizen. Es ist wichtig, schrittweise und gleichmäßig vorzuheizen. Am besten eignet sich ein System zur Regelung der Heizung mit konstanter Temperatur.

(2) Richtige Kühlung

Die Temperatur der Form wird durch den Kühlwasserkanal und das Trennmittel für die Formoberfläche gesteuert. Um das Risiko einer thermischen Ermüdung zu verringern, kann das Kühlwasser auf etwa 50 °C vorgewärmt werden. Ein Kühlsystem mit konstanter Temperatur wird ebenfalls empfohlen, und Kühlwasser unter 20 °C wird nicht empfohlen. Wenn die Stillstandszeit einige Minuten überschreitet, sollte der Kaltwasserfluss so angepasst werden, dass die Form nicht zu schnell abkühlt.

(3) Stressabbau

Beim Druckguss erzeugt die Formoberfläche aufgrund des Temperaturunterschieds thermische Spannungen. Diese wiederholte Belastung führt zu Restspannungen auf der lokalen Oberfläche der Form. In den meisten Fällen handelt es sich bei dieser Eigenspannung um Zugspannungen, die die thermische Ermüdung begünstigen. Durch eine Spannungsentlastungsbehandlung wird die Restzugspannung der Form reduziert und dadurch die Lebensdauer der Form erhöht. Daher empfehlen wir eine Spannungsentlastung nach einer Testphase und dann eine Spannungsentlastung nach 1.000–2.000 Druckgüssen und 5.000–10.000 Druckgüssen. Diese Behandlung kann alle 10.000–20.000 Druckgussteile wiederholt werden, bis eine geringe thermische Ermüdung in der Druckgussform auftritt.

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Abschluss

Um die wirtschaftlichen Vorteile des Werkzeugs weiter zu verbessern, muss die Wärmebehandlung standardisiert werden. Zusätzlich zur Erzielung einer optimalen Härte- und Zähigkeitsanpassung durch Wärmebehandlung sollten übermäßige Maßänderungen und Verformungen so weit wie möglich vermieden werden. Die kritischsten Faktoren bei der Wärmebehandlung sind die Abschrecktemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit. Vorkehrungen wie richtiges Vorwärmen und entsprechende Spannungsentlastung erhöhen die Lebensdauer der Matrize zusätzlich. In jedem dieser Produktionsschritte verändert sich die Qualität stark. Nur durch das Streben nach bester Qualität in jedem Produktionsprozess können die besten Ergebnisse erzielt werden.

Referenzen:

[1] Liu Wenchuan. Mehrere Probleme bei der Gestaltung komplexer Gussformen [J]. Formenbau, 2014, (02)

[2] Yu Bo, Xie Jianqing, Wang Ting. Entwicklungsstand und Anwendung neuer Warmarbeitsformstähle [J]. Wärmebehandlungstechnologie und -ausrüstung, 2015, 29(6)