Cómo diseñar el molde de fundición a presión para ayudar a prolongar la vida útil del molde

La exactitud del diseño del molde de fundición a presión está directamente relacionada con el rendimiento y la calidad de las piezas fundidas, y también se deben tener en cuenta los factores del proceso de fabricación y producción. Este artículo presenta en detalle las cuestiones a las que se debe prestar atención en todo el proceso, desde el diseño del producto de fundición a presión hasta la fabricación de moldes de fundición a presión.

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La importancia del diseño de moldes de fundición a presión.

El molde de fundición a presión es uno de los tres elementos principales de la producción de fundición a presión. Un molde con una estructura correcta y razonable es un requisito previo para el buen progreso de la producción de fundición a presión y desempeña un papel importante para garantizar la calidad de las piezas fundidas (tasa de aprobación de la máquina). Debido a las características del proceso de fundición a presión, la correcta selección de diversos parámetros del proceso es el factor determinante para obtener piezas fundidas de alta calidad, y el molde es la premisa para la correcta selección y ajuste de diversos parámetros del proceso. El diseño del molde es esencialmente un reflejo integral de los diversos factores que pueden ocurrir en la producción de fundición a presión. Si el diseño del molde es razonable, se encontrarán menos problemas en la producción real y la tasa de aprobación de la máquina de fundición será alta.

Por el contrario, el diseño del molde no es razonable. Por ejemplo, al diseñar una pieza fundida, la fuerza de envoltura del molde móvil y del molde fijo es básicamente la misma, pero el sistema de vertido se realiza principalmente en el molde fijo y la pieza fundida se coloca en la máquina de fundición a presión Guannan donde el punzón no puede alimentar el material después de la inyección. La producción no puede ser normal y la fundición se pega al molde fijo todo el tiempo. Aunque el acabado superficial de la cavidad del molde fijo es muy limpio, el fenómeno de adherencia al molde fijo aún ocurre debido a la cavidad profunda. Por lo tanto, al diseñar el molde, es necesario analizar exhaustivamente la estructura de la pieza fundida, estar familiarizado con el proceso de operación de la máquina de fundición a presión, comprender la posibilidad de ajustar la máquina de fundición a presión y los parámetros del proceso, dominar las características de llenado en diferentes condiciones y considerar el método de procesamiento del molde, la forma de perforación y fijación, para diseñar un molde práctico que cumpla con los requisitos de producción.

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Cuestiones a tener en cuenta en el diseño de moldes de fundición a presión

El diseño del molde de fundición a presión se basa principalmente en la forma de la fundición a presión. Sin embargo, el diseño y el tamaño del molde afectarán su vida útil.

(1) Cavidad

El acero de alta resistencia es muy sensible a los rincones y espacios muertos. Por lo tanto, al diseñar la cavidad del molde, los cambios en el espesor de la pared y las nervaduras deben ser uniformes y suaves, y se debe utilizar un radio de filete interno más grande tanto como sea posible. Para reducir la posibilidad de que se produzca erosión del metal y fatiga térmica cerca de la puerta, la pared de la cavidad, el núcleo o el inserto deben estar lo más lejos posible de la puerta.

(2) Canal de agua de refrigeración

El canal de agua de refrigeración debe ubicarse en una posición que haga que la temperatura de toda la superficie de la cavidad sea lo más uniforme posible. Desde la perspectiva de la refrigeración y la mecánica, la superficie de la tubería debe ser lisa.

(3) Corredor, compuerta y desbordamiento

Para obtener el mejor efecto de fundición a presión, el sistema de refrigeración debe tener un cierto equilibrio térmico con la "zona caliente" (corredor, compuerta, rebosadero y cavidad). Por lo tanto, el diseño del corredor, la compuerta y el rebosadero es muy importante. En las partes de la cavidad que son difíciles de llenar, se debe configurar un rebosadero para permitir que el metal fundido a presión fluya hacia estas partes. En un molde de múltiples cavidades de un solo molde con el mismo tamaño, todos los canales deben tener la misma longitud y área de sección transversal, y la compuerta y el desbordamiento también deben ser exactamente iguales. La ubicación de la compuerta y el grosor y ancho del corredor son críticos para la velocidad de inyección de metal. El diseño del corredor debe permitir que el metal fluya suavemente hacia cada parte de la cavidad, en lugar de inyectarse en forma de chorro. Un flujo demasiado rápido del metal inyectado puede provocar erosión del molde.
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Problemas a destacar en la fabricación demoldes de fundición a presión

(1) Maquinabilidad

La maquinabilidad de los aceros para herramientas de trabajo en caliente del sistema martensítico se ve afectada principalmente por inclusiones no metálicas como el sulfuro de manganeso y la dureza del acero. Porque el rendimiento del molde de fundición a presión se puede mejorar reduciendo el contenido de impurezas en el acero, como azufre y oxígeno. La mejor estructura para cortar es una matriz de ferrita esferoidizada con distribución uniforme de buenos carburos en estado esferoidizado, lo que le da al acero una menor dureza. El tratamiento de homogeneización confiere al metal una maquinabilidad uniforme.

(2) Mecanizado por electrochispa

El principio básico del mecanizado por electrochispa es descargar en un medio no conductor entre un electrodo de grafito o cobre (ánodo) y un acero (cátodo). La erosión del molde está controlada por la descarga. Durante la operación, el electrodo negativo penetra en el acero para obtener la forma deseada. La temperatura de la superficie del acero en el mecanizado por electrochispa es muy alta, lo que provoca que se funda y se evapore. Se produce una capa quebradiza en la superficie que se funde y luego se solidifica, seguida de una capa endurecida nuevamente y una capa templada. La electroerosión tiene un efecto adverso sobre las propiedades superficiales del molde y destruye las propiedades de procesamiento del acero. Por este motivo, como medida preventiva, se utiliza la electroerosión del acero después del templado y revenido y la electroerosión del acero después del recocido.

(3) Tratamiento térmico

Después del mecanizado, es necesario un tratamiento térmico para obtener el mejor límite elástico a alta temperatura, resistencia al revenido, tenacidad y ductilidad. Las propiedades del acero se controlan mediante la temperatura y el tiempo de enfriamiento, la velocidad de enfriamiento y la temperatura de revenido. Una velocidad de enfriamiento demasiado lenta durante el enfriamiento puede reducir la tenacidad destructiva del acero. Una velocidad de enfriamiento rápida, como el enfriamiento en baño, puede producir la mejor estructura y así obtener la mayor vida útil del molde. En la mayoría de los casos, se adopta una velocidad de enfriamiento más rápida para dar prioridad a la vida útil del molde. La descarburación puede causar fatiga térmica temprana. El molde debe enfriarse a 50 ℃ -70 ℃ antes de templarlo. Para obtener una estructura satisfactoria es imprescindible un segundo templado. La segunda temperatura de revenido deberá determinarse de acuerdo con la dureza de uso final requerida para el molde.

(4) Estabilidad dimensional

Durante el enfriamiento y revenido, los moldes de fundición a presión generalmente se deforman o tuercen. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la deformación. Antes del enfriamiento, generalmente se reserva una cierta cantidad de procesamiento para que el molde pueda ajustarse al tamaño final requerido mediante molienda y otros procesos después del enfriamiento y revenido. La tensión de mecanizado, la tensión térmica y la tensión de deformación estructural afectarán la estabilidad dimensional. Por lo tanto, durante el proceso de fundición a presión, se debe prestar atención a la temperatura y la velocidad de calentamiento y enfriamiento para que el rango de deformación relativa del tamaño pueda controlarse dentro del rango ajustable.

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El diseño y la fabricación de moldes de fundición a presión ayudan a prolongar la vida útil del molde.

La vida útil del molde de fundición a presión variará mucho según el diseño y el tamaño delmolde de fundición a presión, el tipo de aleación de fundición a presión y la reparación y mantenimiento del molde. La vida útil del molde se puede prolongar mediante un tratamiento adecuado antes y después de la fundición. Hay varias formas de alargar la vida útil del molde:

(1) Precalentamiento adecuado

La diferencia de temperatura entre la superficie del molde y el metal fundido no debe ser demasiado grande. Por este motivo, se suele recomendar el precalentamiento. La temperatura de precalentamiento depende del tipo de aleación de fundición a presión y suele estar entre 150 ℃ y 350 ℃. La temperatura de precalentamiento del material no debe ser demasiado alta, de lo contrario el molde se volverá a templar durante la fundición a presión debido a la alta temperatura del molde, especialmente las nervaduras más delgadas del molde se calentarán muy rápidamente. Es importante precalentar de forma gradual y uniforme. Lo mejor es un sistema de control de calefacción a temperatura constante.

(2) Enfriamiento correcto

La temperatura del molde está controlada por el canal de agua de refrigeración y el agente desmoldeante de la superficie del molde. Para reducir el riesgo de fatiga térmica, el agua de refrigeración se puede precalentar a unos 50°C. También se recomienda un sistema de enfriamiento controlado a temperatura constante y no se recomienda enfriar agua por debajo de 20°C. Cuando el tiempo de inactividad supera los pocos minutos, se debe ajustar el flujo de agua fría para que el molde no se enfríe demasiado rápido.

(3) Alivio del estrés

Durante la fundición a presión, la superficie del molde produce tensión térmica debido a la diferencia de temperatura. Esta tensión repetida provocará tensión residual en la superficie local del molde. En la mayoría de los casos, esta tensión residual es una tensión de tracción, que favorece la fatiga térmica. El tratamiento de alivio de tensión reducirá la tensión de tracción residual del molde, aumentando así la vida útil del molde. Por lo tanto, recomendamos aliviar la tensión después de un período de prueba de la matriz y luego aliviar la tensión después de 1000-2000 fundiciones y de 5000-10000 fundiciones. Este tratamiento se puede repetir cada 10.000-20.000 piezas fundidas hasta que se produzca una pequeña cantidad de fatiga térmica en el troquel.

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Conclusión

Para mejorar aún más los beneficios económicos de la matriz, se debe estandarizar el tratamiento térmico. Además de producir la mejor combinación de dureza y tenacidad mediante el tratamiento térmico, se deben evitar en la medida de lo posible los cambios dimensionales excesivos y la deformación. Los factores más críticos en el tratamiento térmico son la temperatura de enfriamiento y la velocidad de enfriamiento. Precauciones como un precalentamiento correcto y un alivio de tensión adecuado aumentarán aún más la vida útil de la matriz. En cada uno de estos pasos de producción, la calidad tiene un gran cambio. Sólo persiguiendo la mejor calidad en cada proceso de producción se pueden lograr los mejores resultados.

Referencias:

[1] Liu Wenchuan. Varios problemas en el diseño complejo de moldes de fundición [J]. Industria del molde, 2014, (02)

[2] Yu Bo, Xie Jianqing, Wang Ting. Estado de desarrollo y aplicación del nuevo acero para moldes para trabajo en caliente [J]. Tecnología y equipos de tratamiento térmico, 2015, 29(6)