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1、球墨铸铁模具的消失模制造技术及发展动态模具以其特定的功能使原材料成形。在现代生产中,是生产各种工业产品的重要工艺装备。在工业品的生产中,模具的合理有效应用可保证产品质量、提高生产率和降低生产成本<1>。随着经济的发展,汽车等运动机械所需钢板中大型冲压件的生产和使用量急剧增加,相应地对中大型模具的需求在数量上大幅度增加,对质量也提出了更高要求。过去,大型冲压件模具多用锻造合金钢模具,由于存在原材料价格高、材料利用率低、工序较复杂、制造周期长、加工费用高、组合安装精度低等缺点,使模具制造成本居高不下
2、,冲压件精度下降。本文中,将对球铁在模具生产中的应用及国内外模具铸造工艺现状进行综合评述。同时,经过大量的研究和实验证明,球墨铸铁材料是替代合金模具钢的优选材料。1球墨铸铁模具的研究现状采用球墨铸铁制造中大型模具近年来刚起步,文献检索表明,国外目前尚未发现相关资料。国内近年来采用球墨铸铁制造玻璃模具的报导较多,用以制造拉伸模具的报导较少,其它模具未见报导。由于球墨铸铁中的石墨以球状颗粒均匀分布于基体,因而对削弱基体的作用和造成应力集中的作用较小,从而使基体的作用得到充分发挥,又由于有较高含量的硅
3、和锰,所以球墨铸铁的抗拉强度不仅高于其它铸铁,甚至高于碳素钢,尤其突出的是,其屈服强度比普通钢高得多,屈强比几乎为普通钢的2倍<2-3>。由于球墨铸铁的基体组织与钢相同,球状分布的石墨对应力集中作用不大,理论上讲,凡对钢可以进行的热处理工艺基本上都适用于球墨铸铁,因此,可通过适当的热处理来改变球墨铸铁的组织状态,以提高其性能,从而扩大应用范围。1.1拉伸模具的磨损机理和失效形式拉伸过程中,凸模和凹模是受力最大、工作条件最恶劣的部件。拉伸是否能顺利进行,主要看部件是否产生起皱和拉裂现象,因此,拉伸
4、模常有压边圈或压边装置来防止起皱。拉伸时,凸模承受压应力,回程时受拉应力,这就构成了拉-压式循环应力。若有坯料倾斜或由于送料误差等因素,凸模则承受偏心载荷,以上受力将会使凸模折断或疲劳断裂,凸模在拉伸成形时,一般承受径向压应力和轴向拉应力,且都是周··期性变化的循环应力,致使凹模疲劳破坏失效。故凸、凹模处于恶劣工作条件下,都有可能导致断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等失效形式。因此,拉伸模具材料应具备抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳和抗软化及抗粘合的性能<4-5>。1.2球墨铸铁模具的力学性能静
5、拉伸性能,根据凸、凹模拉伸时的工作条件,选用高强度的球墨铸铁,特别是屈强比高的球铁,这样可以防止模具产生过量的塑性变形。抗疲劳性能,球墨铸铁抗疲劳性能比45号钢还好。抗弯曲疲劳强度无缺口时为250～280MPa,有缺口时为130～150MPa<6-8>。由于弯曲时内侧受压、外侧受拉,所以弯曲疲劳试验可代替拉-压循环疲劳试验。从疲劳的角度考虑,高强度球铁做拉伸模可行。抗冲击性能和抗断裂性能,高强度球墨铸铁小能量冲击性能较高;受大能量冲击时的性能,若采用合适的热处理工艺,也可以较好<9-10>。综上
6、所述,只要采用合理的生产工艺,用高强度球墨铸铁制造拉伸模是可行的。用球墨铸铁制造拉伸模具的主要材质用QT50-3和QT60-2等高强度球铁。化学成分要求P,S含量低、Mn含量适当增加。QT50-3球铁热处理工艺为双液淬火,硬度可达HRC54～58,寿命达10～16万次。QT600-2热处理分两步,首先正火,900℃后空冷,560℃回火,这样就得到珠光体基体组织,为氮碳共渗做好组织准备。然后进行常规氮碳共渗,渗层深度为0.002mm左右(也可采用深层渗氮碳工艺),组织为铁氮系马氏体,硬度为HV71
7、5～850,寿命可达10～16万次<11-12>。2球墨铸铁模具铸造工艺现状2.1消失模铸造的发展及应用消失模铸造(又名实型铸造、气化模铸造)由美国人H.F.Shroyer于1956年发明,1958年以专利形式公诸于世。自1962年用于工业生产以来获得了很快发展,尤其是1980年以后,美、英、意、德、法、日等工业发达国家的一条条高度机械化、全自动化消失模铸造生产线陆续建成并投产,充分体现了这一新工艺的优越性,使其在当今世界铸造业中占有相当重要的地位。至1978年,仅上海已生产消失模铸钢件和铸铁件
8、达到2万t。上世纪80年代初始,由于各门学科的相互渗透,有关新技术和新材料的相继出现,诞生了采用泡沫塑料(EPS)模结合抽真空和干砂技术的第三代造型法,这是消失模铸造技术的新突破。这种(新)消失模铸造法已为当今同行统称为消失模铸造(EPC法)。同时也为国际铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”<13>。2.2国内消失模铸造工艺的应用与发展在世界消失模铸造史上,我国是继美、德、英和日本之后较早研究和应用消失模铸造技术的国家。回顾国内应用消失模铸造技术近40年的历史,真正得到铸造界
