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西安模具钢锻件铝合金与模具设计特点
编辑:西安三冶优源钢铁有限责任公司   时间:2019-06-26

  一、模锻件的设计特点

  锻件设计不仅与零件形状和结构有关,材料的变形抗力和流动性等可锻性指标对锻件结构要素也具有巨大影响。尽管在常用锻件材料中,铝合金属于可锻性较好的材料,从总体上看,西安模具钢锻件设计与钢锻件基本相似,但某些锻件结构要素的设计也有其特殊性,其中流线分布就是铝合金锻件结构要素设计的一个重要特点,尤其是对应力腐蚀最敏感的短横向流线方向设计。

湖南快乐十分  现仅对铝合金模锻件结构要素设计的特点作简要叙述。

  1.分模线(面)设计特点

  高强铝合金对应力腐蚀特别敏感,飞边上的流线末端外露将会加速应力腐蚀。因此,在设计这种铝合金锻件及其模具的分模面时应充分注意流线末端外露问题。特别要注意对应力腐蚀最敏感的短横向流线方向设计。



  2。模锻斜度设计特点

  铝合金的摩擦系数比钢大,且容易粘模,因而模锻斜度应比钢锻件稍大,一般外模锻斜度应取3°~5°,内模锻斜度应取7°~10°;当采用顶出装置时,模锻斜度可减小至0.5°~1°。

  3.圆角半径设计特点

  铝合金的流动性比钢差,摩擦系数比钢大,因而铝合金锻件的圆角应比钢锻件稍大。

  4.肋和凸台设计特点

  肋的厚度和高度的设计与钢锻件基本一致。可锻性好的铝合金锻件的肋宽也可以稍小于钢锻件;凸台设计也应该遵守同样的规则。

  5。腹板设计特点

  腹板厚度的设计与钢锻件的设计基本一致。尤其是当铝合金锻件投影面积小于1000cm2时,锻件腹板厚度可以与钢锻件取相同的值;但当锻件投影面积大于1000cm2时,则可以取小于钢锻件的值。

  6.凹腔、凹槽和孔设计特点

  凹腔、凹槽和孔(冲孔连皮)的设计基本上和钢锻件一致。但可锻性好的铝合金锻件的凹腔、凹槽和孔(冲孔连皮)的最小直径可以稍小于钢锻件。



  7.公差和余量

  铝合金在锻造加热过程中表面氧化不明显,与钢相比,也不会产生脱碳等缺陷,因而机械加工余量和公差可比钢锻件的稍小一些。

  8.流线设计

  流线的存在使铝合金锻件的性能产生各向异性。影响流线分布的因素很多,如毛坯形状和尺寸以及模锻时的放置方向、分模面(线)位置、模具结构、锻造工艺方法、润滑和加热的均匀性乃至打击的轻重等。

  流线方向和分布是影响抗应力腐蚀的重要因素之一,铝合金模锻件的流线设计比钢锻件更加重要,对应力腐蚀特别敏感的高强度铝合金尤为突出。因此,在设计铝合金锻件及其模具时应充分了解各种因素对流线分布及流线方向的影响;特别要注意对应力腐蚀最敏感的短横向流线方向。此外在飞边的剪切面上流线末端外露将加速应力腐蚀这点也应重视。

  二、锻模的设计特点

  锻件图是锻模设计的依据,铝合金的锻模与钢锻件锻模的设计原则是一致的。但由于材料性质不同,铝锻件锻模的设计还有其独有的一些特点。

湖南快乐十分  1。单模膛锻模

  由于西安模具钢锻件温度范围窄,铝合金锻造模具除了设置一个简单的弯曲模膛、镦粗平台或压扁平台等外,一般不设制坯模膛。

  2.模具热收缩量设计

  铝合金模锻件和模具设计与其他材料模锻件的重要区别在于线膨胀系数的变化。

  表5-4-4比较了锻件常用铝合金和钢的线膨胀系数,可作模具设计时计算锻件收缩量的参考。可以看出,尽管在终锻温度下铝合金的线膨胀系数远大于钢,但钢的终锻温度比铝合金高400℃左右,且铝合金锻造模具的温度和锻件比较接近,因此,铝合金热锻模的热收缩率并不比钢大,通常只取0。6%~1。0%,并根据锻模在使用状态下不同的温度适当调整:锻模温度越低,则收缩率越大。

  3.飞边槽设计

  飞边槽的主要功能之一是增加金属的流动阻力,保证金属充满模膛。尽管铝合金比钢的变形抗力小,但铝合金的流动性差,在设计飞边槽时应应注意如下几点:

湖南快乐十分  (1)通常铝合金锻模的飞边槽桥部厚度可比钢锻件锻模厚30%左右,桥部出口处圆角也应加大;

湖南快乐十分  (2)尺寸相同的铝合金锻件因合金塑性不同,飞边槽尺寸也应有所不同:合金化程度高和塑性低的铝合金,它的飞边槽桥部厚度应适当加大;

  (3)牌号相同的铝合金锻件,在相同的设备上锻造,锻件质量大和分模面面积大的锻模的飞边槽厚度应适当加大;

  (4)形状对称的铝合金锻件宜采用均匀飞边;对于壁厚相差较大的锻件,围绕锻件的飞边槽可以采用不同的厚度;

  (5)桥部厚度尺寸h与宽度尺寸b的比值对锻件的成形影响较大,b/h值一般可取3~5。因铝合金制坯比钢困难,且铝合金的流动性较差,因此铝合金坯料比较大,为保证锻件能打靠,需将飞边槽仓部加深、加宽。为保证桥部强度,桥部与仓部应倾斜过渡,过渡斜角可选为20°~30°(图5-4-2)。

  4。预锻模设计

  铝合金的预锻模设计原则与钢锻件是一致的。但由于铝合金锻造温度范围窄,预锻之后需重新加热,因此,铝合金的预锻模通常单独设计制造,并且带有飞边槽。

  5.便于锻件取出的措施

  铝合金锻件刚性差,出模时易变形,为了便于取出锻件,通常将锻件形状复杂的一面放在下模;和分模面形状对称的锻件,可将上模的模锻斜度加大或将下模的模锻斜度减小,有助于使锻件留在下模上。

  6.模具材料

  铝合金锻模的失效形式主要为破裂和表面磨损。大多数的锻模破裂是因为疲劳(热应力疲劳和机械应力疲劳)所致,选择较低的硬度值虽然可以提高锻模的韧性,但对抵抗疲劳裂纹的产生是不利的,西安模具钢锻件一般认为较高强度的锻模抵抗疲劳裂纹的能力较强,因此,对铝合金锻模尤其是小型铝合金锻造用模,选择较高的硬度更有利于提高锻模寿命,同时,较高的表面硬度也对抵抗表面磨损有利。从这一角度考虑,铝合金锻模应选用在250℃~400℃之间具有较高强度的材料制造,对小型锻模应首先考虑选择高强度的锻模材料,在常用的锻模材料中,可选用H13作为小型锻模的材料;但对大型锻模,用H13制造的寿命不比用5CrNiMo制造的寿命提高许多,出于成本的考虑,一般首选5CrNiMo。


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