沖頭是壓鑄過程的耗品,直接影響壓鑄件的品質(zhì)和成本。壓鑄工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)沖頭的使用壽命的影響也是非常大的,壓鑄公司弄清楚這些,對(duì)于提升沖頭的使用壽命,提升公司效益有很大的幫助。
1、沖頭與套筒理想間隙
沖頭與套筒是相互依存的系統(tǒng)。一般討論時(shí)常常假設(shè)沖頭始終保持一定的圓整度和直線度在套筒中滑動(dòng)。生產(chǎn)中其實(shí)不然。沖頭與套筒間有一定的配合和間隙,過大過小都不好。理論計(jì)算和實(shí)踐表明,理想的間隙約為0.1mm。壓射時(shí),當(dāng)間隙超過0.1mm時(shí),鋁合金液就可能進(jìn)入間隙,并出現(xiàn)煙火和竄漏,直接導(dǎo)致過量磨損和沖頭壽命的減少;如果間隙遠(yuǎn)小于0.1mm,則帶來(lái)與設(shè)定的沖壓速度相沖突和不協(xié)調(diào)的危險(xiǎn)??刂婆R界間隙必須從加工制造抓起,驗(yàn)收不能馬虎。物理的熱穩(wěn)定性是基礎(chǔ)。因此要保持理想的間隙,沖頭須要冷卻。從設(shè)計(jì)上考慮,沖頭的使用壽命主要取決于溫度控制。沒有溫度控制,將導(dǎo)致沖頭的滑動(dòng)間隙處于變數(shù)。直徑越大問題越多。目前較有效的溫度控制方法是用熱電偶控溫和回路反饋控制。具有好的冷卻系統(tǒng)的沖頭壽命就長(zhǎng)。壓鑄公司在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮通過沖頭桿把充足的冷卻水泵至端部,同時(shí)允許回水無(wú)附加壓力自由流出,并根據(jù)沖頭的直徑計(jì)算出實(shí)際穩(wěn)定的水流量,使之在沖頭表面形成紊流而不是層流,就可以最大限度帶走熱量,保持理想間隙的穩(wěn)定。
2、沖頭材質(zhì)
從材質(zhì)考慮,國(guó)外沖頭大多選用III3鋼或鈹青銅。國(guó)內(nèi),選用鑄鋼或鑄鐵作沖頭材料也很成功,且成本低。壓機(jī)的周期、沖頭的熱導(dǎo)率、強(qiáng)度、壁厚、涂覆潤(rùn)滑油的方式、沖頭直徑、是否易更換等都是沖頭材質(zhì)選擇和設(shè)計(jì)的參數(shù),但最重要的還是成本。許多沖頭用鈹青銅,是因?yàn)槠錈釋?dǎo)率較理想,平均值為)100W/(m·k),是鋼材的4~5倍。但鈹青銅的熱膨脹系數(shù)也較大,比III3鋼高50%。由于套筒與沖頭的膨脹率不平衡,將導(dǎo)致相互間的摩擦,空氣的進(jìn)入并產(chǎn)生后座力,尤其是大直徑?jīng)_頭,問題更突出。此外,III3鋼比鈹青銅具有較高的強(qiáng)度和抗磨性。因此,大多小直徑?jīng)_頭用鈹青銅并在其表面加耐磨環(huán)。此環(huán)與套筒完全接觸,有助于減少摩擦,導(dǎo)出熱量。耐磨環(huán)設(shè)計(jì)得好可減少更換時(shí)間,提高沖頭壽命,降低成本。一般沖壓4000-7000次更換耐磨環(huán)而不需更換鈹青銅沖頭。對(duì)較大直徑?jīng)_頭仍使用III3鋼,在開模和壓射前對(duì)端部強(qiáng)制噴水冷卻,以幫助散熱和縮短周期。近來(lái),也有壓鑄公司在鋼質(zhì)沖頭本體表面加一層BeCu的,這樣可以充分發(fā)揮BeCu的導(dǎo)熱能力,使沖頭在套筒中滑動(dòng)時(shí)直徑穩(wěn)定,從而降低成本,有利于保持沖頭與套筒間清潔的摩擦表面。
大多銅質(zhì)沖頭是鑄造的。如果希望一個(gè)直徑150mm的沖頭壓8000~12000次,較小直徑的壓50000次或更多,就需要用鍛造件,它可以更耐熱疲勞。
3、沖頭潤(rùn)滑
沖頭潤(rùn)滑是延長(zhǎng)沖頭壽命的重要環(huán)節(jié)。例如,對(duì)III3鋼沖頭的良好潤(rùn)滑將顯著提高壽命至約12000次,并降低成本。不過,前提是選準(zhǔn)選好和合理使用潤(rùn)滑劑。目前普遍使用的潤(rùn)滑劑有以礦物油為基含石墨與不含石墨的沖頭油,以合成物為基的水溶性潤(rùn)滑劑,還有蠟質(zhì)顆粒狀潤(rùn)滑劑。這些品種各有千秋,難分仲伯,而石墨是最有效的潤(rùn)滑添加劑。潤(rùn)滑油中還必須含有多種添加劑,它們的作用包括調(diào)整粘度及表面張力、改善極壓性能、穩(wěn)定油膜、提高油膜牢度和耐高溫性能、防腐防銹蝕等。因此,不能把對(duì)潤(rùn)滑劑的選用簡(jiǎn)單化、表面化,要權(quán)衡性能價(jià)格比。對(duì)于正常生產(chǎn)過程中沖壓系統(tǒng)出現(xiàn)的問題和損壞,壓鑄公司要檢查潤(rùn)滑劑的選用、使用量及涂覆工藝是否得當(dāng)。