Como projetar o molde de fundição sob pressão para ajudar a prolongar a vida útil do molde

A correção do projeto do molde de fundição sob pressão está diretamente relacionada ao resultado e à qualidade das peças fundidas, e os fatores do processo de fabricação e produção também devem ser levados em consideração. Este artigo apresenta em detalhes as questões que devem ser observadas em todo o processo, desde o projeto do produto de fundição sob pressão até a fabricação do molde de fundição sob pressão.

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A importância do projeto do molde de fundição sob pressão

O molde de fundição sob pressão é um dos três principais elementos da produção de fundição sob pressão. O molde com estrutura correta e razoável é um pré-requisito para o bom andamento da produção de fundição sob pressão e desempenha um papel importante na garantia da qualidade das peças fundidas (taxa de aprovação da máquina). Pelas características do processo de fundição sob pressão, a seleção correta dos diversos parâmetros do processo é o fator determinante para a obtenção de peças fundidas de alta qualidade, sendo o molde a premissa para a correta seleção e ajuste dos diversos parâmetros do processo. O projeto do molde é essencialmente um reflexo abrangente dos vários fatores que podem ocorrer na produção de fundição sob pressão. Se o projeto do molde for razoável, haverá menos problemas na produção real e a taxa de aprovação da máquina de fundição será alta.

Pelo contrário, o desenho do molde não é razoável. Por exemplo, ao projetar uma peça fundida, a força de envolvimento do molde móvel e do molde fixo é basicamente a mesma, mas o sistema de vazamento é principalmente no molde fixo, e a peça fundida é colocada na máquina de fundição sob pressão Guannan, onde o punção não pode alimentar o material após a injeção. A produção não pode ser normal e a peça fundida gruda no molde fixo o tempo todo. Embora o acabamento superficial da cavidade do molde fixo seja muito limpo, o fenômeno de aderência ao molde fixo ainda ocorre devido à cavidade profunda. Portanto, ao projetar o molde, é necessário analisar de forma abrangente a estrutura da peça fundida, estar familiarizado com o processo de operação da máquina de fundição sob pressão, compreender a possibilidade de ajustar a máquina de fundição sob pressão e os parâmetros do processo, dominar as características de enchimento sob diferentes condições e considerar o método de processamento do molde, perfuração e forma de fixação, de modo a projetar um molde prático que atenda aos requisitos de produção.

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Questões a serem observadas no projeto de moldes de fundição sob pressão

O design do molde de fundição é baseado principalmente na forma da fundição. No entanto, o design e o tamanho do molde afetarão a vida útil do molde.

(1) Cavidade

O aço de alta resistência é muito sensível a cantos mortos e lacunas. Portanto, ao projetar a cavidade do molde, as alterações na espessura da parede e nas nervuras devem ser uniformes e suaves, e um raio de filete interno maior deve ser usado tanto quanto possível. A fim de reduzir a possibilidade de erosão metálica e fadiga térmica ocorrer perto da comporta, a parede da cavidade, o núcleo ou a inserção devem estar o mais distantes possível da comporta.

(2) Canal de água de resfriamento

O canal de água de resfriamento deve estar localizado em uma posição que torne a temperatura de toda a superfície da cavidade o mais uniforme possível. Do ponto de vista do resfriamento e da mecânica, a superfície do tubo precisa ser lisa.

(3) Corredor, portão e transbordamento

Para obter o melhor efeito de fundição sob pressão, o sistema de refrigeração deve ter um certo equilíbrio térmico com a “zona quente” (corredor, comporta, transbordamento e cavidade). Portanto, o projeto do corredor, portão e transbordamento é muito importante. Nas partes da cavidade que são difíceis de preencher, o transbordamento deve ser ajustado para permitir que o metal fundido flua para essas partes. Em um molde de múltiplas cavidades de molde único com o mesmo tamanho, todos os canais devem ter o mesmo comprimento de canal e área de seção transversal, e a comporta e o transbordamento também devem ser exatamente iguais. A localização da comporta e a espessura e largura do corredor são críticas para a velocidade de injeção do metal. O projeto do canal deve permitir que o metal flua suavemente em cada parte da cavidade, em vez de ser injetado em forma de jato. O fluxo muito rápido do metal injetado pode causar erosão do molde.
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Problemas a serem observados na fabricação demoldes de fundição

(1) Usinabilidade

A usinabilidade dos aços para ferramentas para trabalho a quente do sistema martensítico é afetada principalmente por inclusões não metálicas, como sulfeto de manganês e pela dureza do aço. Porque o desempenho do molde de fundição sob pressão pode ser melhorado reduzindo o teor de impurezas no aço, como enxofre e oxigênio. A melhor estrutura para corte é uma matriz de ferrita esferoidizada com distribuição uniforme de bons carbonetos no estado esferoidizado, o que confere ao aço menor dureza. O tratamento de homogeneização confere ao metal uma usinabilidade uniforme.

(2) Usinagem por eletrofaísca

O princípio básico da usinagem por eletrofaísca é descarregar em um meio não condutor entre um eletrodo de grafite ou cobre (ânodo) e um aço (cátodo). A erosão do molde é controlada pela descarga. Durante a operação, o eletrodo negativo entra no aço para obter o formato desejado. A temperatura da superfície do aço na usinagem por eletrofaísca é muito alta, fazendo com que ele derreta e evapore. Uma camada frágil é produzida na superfície que derrete e depois solidifica, seguida por uma camada endurecida e uma camada temperada. A EDM tem um efeito adverso nas propriedades da superfície do molde e destrói as propriedades de processamento do aço. Por esse motivo, como medida preventiva, são utilizadas EDM de aço após têmpera e revenido e EDM de aço após recozimento.

(3) Tratamento térmico

Após a usinagem, o tratamento térmico é necessário para obter a melhor resistência ao escoamento em altas temperaturas, resistência ao revenido, tenacidade e ductilidade. As propriedades do aço são controladas pela temperatura e tempo de têmpera, taxa de resfriamento e temperatura de revenido. Uma taxa de resfriamento muito lenta durante a têmpera pode reduzir a tenacidade destrutiva do aço. A taxa de resfriamento rápida, como a têmpera do banho, pode produzir a melhor estrutura e, assim, obter a maior vida útil do molde. Na maioria dos casos, uma taxa de resfriamento mais rápida é adotada para dar prioridade à vida útil do molde. A descarbonetação pode causar fadiga térmica precoce. O molde deve ser resfriado a 50°C-70°C antes do revenimento. Para obter uma estrutura satisfatória é essencial um segundo revenido. A segunda temperatura de revenido deve ser determinada de acordo com a dureza final de uso necessária para o molde.

(4) Estabilidade dimensional

Durante a têmpera e o revenido, os moldes de fundição sob pressão geralmente se deformam ou torcem. Quanto maior a temperatura, maior a deformação. Antes da têmpera, geralmente é reservada uma certa quantidade de processamento para que o molde possa ser ajustado ao tamanho final desejado por meio de retificação e outros processos após a têmpera e revenido. A tensão de usinagem, a tensão térmica e a tensão de deformação estrutural afetarão a estabilidade dimensional. Portanto, durante o processo de fundição sob pressão, deve-se prestar atenção à temperatura e à velocidade de aquecimento e têmpera, para que a faixa de deformação relativa do tamanho possa ser controlada dentro da faixa ajustável.

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O projeto e a fabricação do molde de fundição sob pressão ajudam a prolongar a vida útil do molde

A vida útil do molde de fundição sob pressão varia muito com o design e tamanho domolde de fundição, o tipo de liga de fundição sob pressão e o reparo e manutenção do molde. A vida útil do molde pode ser prolongada por meio de tratamento adequado antes e depois da fundição sob pressão. Existem várias maneiras de prolongar a vida útil do molde:

(1) Pré-aquecimento adequado

A diferença de temperatura entre a superfície do molde e o metal fundido não deve ser muito grande. Por esse motivo, geralmente é recomendado o pré-aquecimento. A temperatura de pré-aquecimento depende do tipo de liga fundida e geralmente está entre 150°C e 350°C. A temperatura de pré-aquecimento do material não deve ser muito alta, caso contrário, o molde será retemperado durante a fundição sob pressão devido à alta temperatura do molde, especialmente as nervuras mais finas do molde aquecerão muito rapidamente. É importante pré-aquecer de forma gradual e uniforme. Um sistema de controle de aquecimento com temperatura constante é o melhor.

(2) Resfriamento correto

A temperatura do molde é controlada pelo canal de água de resfriamento e pelo agente desmoldante da superfície do molde. Para reduzir o risco de fadiga térmica, a água de resfriamento pode ser pré-aquecida a cerca de 50°C. Também é recomendado um sistema de resfriamento com temperatura controlada constante e água de resfriamento abaixo de 20°C não é recomendada. Quando o tempo de inatividade ultrapassar alguns minutos, o fluxo de água fria deve ser ajustado para que o molde não esfrie muito rapidamente.

(3) Alívio do estresse

Durante a fundição sob pressão, a superfície do molde produz tensão térmica devido à diferença de temperatura. Esta deformação repetida causará tensão residual na superfície local do molde. Na maioria dos casos, esta tensão residual é uma tensão de tração, que promove fadiga térmica. O tratamento de alívio de tensão reduzirá a tensão de tração residual do molde, aumentando assim a vida útil do molde. Portanto, recomendamos o alívio da tensão após um período de teste da matriz e, em seguida, o alívio da tensão após 1.000-2.000 peças fundidas e 5.000-10.000 peças fundidas. Este tratamento pode ser repetido a cada 10.000-20.000 peças fundidas até que uma pequena quantidade de fadiga térmica ocorra na matriz.

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Conclusão

Para melhorar ainda mais os benefícios económicos da matriz, o tratamento térmico deve ser padronizado. Além de produzir a melhor combinação de dureza e tenacidade através do tratamento térmico, alterações dimensionais excessivas e deformações devem ser evitadas tanto quanto possível. Os fatores mais críticos no tratamento térmico são a temperatura de têmpera e a taxa de resfriamento. Precauções como pré-aquecimento correto e alívio de tensão adequado aumentarão ainda mais a vida útil da matriz. Em cada uma dessas etapas de produção, a qualidade sofre uma grande mudança. Somente buscando a melhor qualidade em cada processo de produção é que os melhores resultados podem ser alcançados.

Referências:

[1]Liu Wenchuan. Diversas questões no projeto complexo de moldes de fundição [J]. Indústria de Moldes, 2014, (02)

[2] Yu Bo, Xie Jianqing, Wang Ting. Status de desenvolvimento e aplicação de novo aço para moldes para trabalho a quente [J]. Tecnologia e equipamentos de tratamento térmico, 2015, 29(6)