O molde é um componente crucial na produção industrial e serve de base para a indústria de moldes.
Internacionalmente, o molde é reconhecido como elemento primordial no processamento de metais e é considerado um símbolo do avanço econômico e tecnológico de um país.
A importância do desenvolvimento da indústria de moldes é reconhecida mundialmente.
No entanto, alguns desafios persistem na indústria de moldes, como a escassez de profissionais qualificados, tecnologia desatualizada, ciclos de produção longos, qualidade inferior, custos elevados e vida útil limitada dos moldes.
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De acordo com estatísticas e análises conduzidas pelas partes relevantes, a seleção de materiais e o tratamento térmico das matrizes são responsáveis por 50% dos fatores que contribuem para a falha da matriz. Isto destaca a importância da seleção adequada do material e do tratamento térmico para garantir a longevidade e a eficácia das matrizes.
1. Comparação da vida no país e no exterior
De acordo com a 11ª edição do relatório China Die Information de 2001, a Tabela 1 compara a vida útil das matrizes na China e no exterior.
Apesar de 20 anos de progresso, o nível geral de fungos na China permaneceu relativamente inalterado em comparação com o de países estrangeiros.
No entanto, ainda existe uma lacuna significativa entre a China e os países estrangeiros no que diz respeito à produção de moldes grandes, precisos, complexos e duradouros.
Tabela 1 Comparação da vida no país e no exterior
| Tipo de molde | Peças moldadas, materiais e dimensões | Material do molde | Vida total da matriz (tempos de perfuração, peças) | |
| Padrão mundial avançado | Nível doméstico | |||
| Molde cego | Latão, placa de aço de baixo carbono; Peças cegas planas; Espessura do material ≤ 1 mm, tamanho 40 mm × 40 mm, φ 45 mm | Aço ferramenta de carbono T8, T10 para matriz côncava e convexa | 4 milhões ~ 7 milhões | <1 milhão |
| Liga de aço para ferramentas G12, G12MoV | 8 milhões a 10 milhões | 3 milhões ~ 5 milhões | ||
| Use metal duro YG15, YG20 | 600 milhões a 3 bilhões | <50 milhões | ||
| Placa de aço silício para rotor e estator do motor, espessura do material ≤ 0,5 mm, tamanho < 200 mm | Liga dura (matriz de supressão contínua multiestação) | Linina dos EUA: 300 milhões | 38 milhões ~ 50 milhões | |
| Kuroda Seiko: 270 milhões | ||||
| Statomat, Suíça: 80 milhões | ||||
| Stellrem, Reino Unido: 100 milhões | ||||
| Matriz de supressão fina | Aço macio com wC ≤ 0,2%; haste de tração, came, placa de base e outras peças de obturação finas com espessura de material inferior a 3 mm ou 3-6 mm | Aço ferramenta de liga: Cr12MoV | 500.000 ~ 1.000.000 | <150.000 |
| Aço para ferramentas de liga: Cr12MoVAço para ferramentas de alta velocidade: W6Mo5G4V2 | 300.000 ~ 600.000 | 100.000 ~ 120.000 | ||
| Molde de fundição | Peças de liga de alumínio | Aço Cr-Ni, 3Cr2W8 | > 450.000 | <200.000 |
| Forjar morrer | Aço, virabrequim | Aço CrNi, 5CrNiMo | 14.000 ~ 20.000 | 5.000 ~ 7.000 |
| Molde de injeção | ABS, médio | liga de aço para ferramentas | > 500.000 | 200.000 ~ 300.000 |
| Polietileno, médio | liga de aço para ferramentas | > 2 milhões | 500 mil | |
2. Medidas técnicas para melhorar a vida útil
2.1 Adote aço puro de alto desempenho
Os materiais formam a base, mas a base pode ser instável. O aço para ferramentas e matrizes (GB/T 1299-2014) lista os componentes específicos de aço para matrizes para trabalho a frio, aço para matrizes para trabalho a quente e aço para matrizes de plástico e impõe requisitos rigorosos para impurezas e conteúdo.
No entanto, a qualidade do aço para matrizes disponível comercialmente continua sendo uma fonte de Discord entre compradores e vendedores. Para evitar essas disputas, é recomendável comprar de fontes confiáveis, em vez de ser tentado por preços baratos.
Também é importante priorizar aço em pó, aço em spray e aço de alta qualidade com alta pureza. Ao selecionar o aço 3Cr2W8V para matrizes de trabalho a quente, preste atenção ao seu teor de carbono.
Padrões estrangeiros avançados ditam wc=0,25%~0,35%, enquanto o padrão chinês é wc=0,30%~0,40%. Este aço segue o padrão de aço 3X2B8 Ø da antiga União Soviética.
O padrão russo TOCT 5950-2000 foi revisado para wC=0,27%~0,33%, enquanto o padrão chinês permanece inalterado. Na prática, está comprovado que o alto teor de carbono no aço 3Cr2W8V é prejudicial e contribui para falhas precoces.
2.2 Realizar tratamento de fortalecimento e endurecimento
Quando o aço da matriz para trabalho a quente de liga média e médio carbono é resfriado lentamente após o forjamento ou quando a seção da matriz é grande (diâmetro maior que 100 mm), carbonetos de corrente podem se formar na estrutura, levando à fratura frágil precoce, trincas a quente e fissuras. o dado.
Para melhorar a resistência, a tenacidade e a vida útil da matriz, é necessário eliminar os carbonetos de cadeia através do pré-tratamento do tecido.
O aço 3CrMoW2V é normalizado a 1130°C, o que pode dissolver carbonetos M6C. Se a taxa de resfriamento do ar for superior a 15°C/min, ela excede a taxa crítica de resfriamento, levando à formação de carbonetos de cadeia. No entanto, o recozimento esferoidizante subsequente pode eliminar carbonetos de cadeia e resultar em uma distribuição uniforme de carbonetos.
2.3 Novo processo de pré-tratamento térmico com conservação de energia e redução de consumo
1）O processo de recozimento por calor residual após o forjamento é submetido a tratamento termomecânico.
2） Um novo processo de recozimento esferoidizante é utilizado para rápida homogeneização.
3) O aço da matriz para trabalho a quente sofre uma mudança de revenido de alta temperatura para revenido de média temperatura.
4) O tratamento de têmpera e revenido é aumentado.
2.4 Tratamento térmico com têmpera a vácuo ou atmosfera protetora
Desde a implementação bem-sucedida da têmpera a vácuo para matrizes de aço Cr12MoV no final da década de 1980, o uso da têmpera a vácuo para matrizes ganhou ampla popularidade, especialmente com o aumento da têmpera a gás de alta pressão.
2.5 Tratamento criogênico
Submeter uma matriz temperada a tratamento criogênico abaixo de -110°C resulta na precipitação de resíduos finos de carboneto e na transformação de austenita residual em martensita. Isso aumenta a resistência ao desgaste, a resistência ao revenido e a estabilidade dimensional da matriz.
A vida útil de uma matriz de extrusão a frio de porca M12 pode ser aumentada em duas vezes por meio de tratamento criogênico, enquanto a vida útil de uma matriz de extrusão a quente de liga de alumínio pode ser melhorada em uma vez.
2.6 Resfriamento e têmpera
O molde é feito de aço rápido e sua temperatura de têmpera é diferente da da ferramenta. A têmpera por resfriamento, que envolve uma temperatura de têmpera mais baixa, é normalmente usada.
Por exemplo, a temperatura de têmpera do aço W18BCrV está entre 1180-1200°C, enquanto a do aço M2 e W9 é de 1160-1180°C.
A têmpera em baixa temperatura resulta em boa resistência e tenacidade, reduz o risco de deformação, rachaduras e quebra da ferramenta e, em última análise, melhora o desempenho, a qualidade e a vida útil da matriz.
2.7 Têmpera em alta temperatura
As matrizes de trabalho a quente feitas de aços como 5CrNiMo, 5CrMnMo e 3CrW8V devem ser temperadas a uma temperatura mais alta para produzir mais martensita de ripas. Isso melhora a tenacidade à fratura e a resistência à fadiga térmica, levando a um melhor desempenho e maior vida útil da matriz.
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2.8 Reforço e têmpera de compósitos
Aquecer o molde de aço M2 a 1180-1190°C e depois tratá-lo isotermicamente por 1-1,5 horas abaixo do ponto Ms, seguido por dois ciclos de revenimento de nitrato a 560°C por 2 horas, pode resultar em uma estrutura multifásica Bbelow+M. Este processo aumenta a resistência à flexão em 56% em comparação com a têmpera em óleo.
Ao extrusar 08 peças de aço, a vida útil é significativamente melhorada e a peça sofre menos desgaste.
Em outro exemplo, alterar o processo de têmpera e revenido da matriz de aço H13 para têmpera por aquecimento a 1030°C, seguida pela classificação isotérmica a 250°C por 10 minutos, resulta em um aumento de 33,4% no valor de aK e um serviço 1,6-6 vezes maior. vida útil em comparação com o aço 3CrW8V.
2.9 Revenimento no primeiro tipo de revenimento da zona frágil
Tudo no mundo é relativo e não absoluto. O primeiro tipo de zona frágil de revenido para aço T10A e aço GCr15 está entre 230-270 ℃, enquanto o revenido é normalmente realizado em 180-200 ℃.
Alguns indivíduos preferem o aço temperado no primeiro tipo de zona frágil e temperada, pois resulta em alta resistência à fadiga.
Para matrizes para trabalho a frio que sofrem baixa concentração de tensão e estão sujeitas a tensão, compressão e tensão de flexão, o início de trincas por fadiga determina sua vida útil. Portanto, é importante maximizar sua força.
Este processo pode produzir resultados notáveis.
2.10 Reforço superficial
Todos os tipos de falhas de molde geralmente se originam na superfície, por isso é importante focar na “superfície”. Isto pode ser alcançado através de vários tratamentos, como carbonitretação, nitrocarbonetação, oxidação após nitretação, tratamento a vapor, tratamento TD, revestimento de superfície, boronização, metalização, sulfurização, cementação composta de boro-enxofre, aquecimento por indução de superfície, têmpera a laser, etc.
É importante notar que nem todos os moldes podem ser fortalecidos através destes tratamentos. Os métodos atuais para fortalecer superfícies de moldes em todo o mundo são os seguintes:
Método térmico
- Endurecimento por indução
- Endurecimento por chama
- Extinção por feixe de elétrons
- Extinção de pulso
- Refusão a laser
- Soldagem
- Extinção a laser
Método termoquímico
- Boronização
- Nitretação
- Endurecimento de capa
- Carboaminação
- Vulcanização
- Liga de refusão a laser
- Reforço a laser
- Oxidação
Método eletroquímico
- Cromagem dura
- Placa com níquel
- Revestimento de cádmio
Método mecânico
- Rolando
- Tratamento com jato de ar
- Polimento
- Compactação
- Endurecimento por shot peening
- Revestimento de barril
Método termodinâmico
- Pulverizar
- Revestimento explosivo
Método químico/físico
- Revestimento iônico
- Transplante de íons
- Revestimento PVD
- Revestimento CVD
- Revestimento de plasma CVD
2.11 Melhorar a resistência à fadiga térmica da matriz de trabalho a quente
A fissuração térmica e a fadiga térmica afetam a resistência dos materiais a altas temperaturas e a condição da superfície da matriz. Arranhões e deformações induzidas por EDM podem contribuir para a formação e crescimento de fissuras, pelo que são tomadas medidas para resolver estes problemas.
1) Para aumentar a resistência à fadiga térmica para moldes de aço Y10, é recomendado aumentar a temperatura de têmpera e a temperatura de revenido de forma adequada.
2) A descarbonetação deve ser evitada, pois expande as fissuras por fadiga térmica e reduz a resistência à fadiga térmica.
3) A nitretação, especialmente quando uma camada composta está presente, pode prevenir a formação de trincas por fadiga térmica.
4) A baixa rugosidade da superfície e as linhas de desgaste podem diminuir a resistência à fadiga térmica.
5) Aumentar a resistência e a plasticidade em altas temperaturas pode ajudar a melhorar a resistência à fadiga térmica.
6）A grande camada de deformação causada pelo EDM pode impactar negativamente a resistência à fadiga térmica.
7） O revenido em alta temperatura tem uma sensibilidade menor à trinca por choque térmico em comparação ao revenido em baixa temperatura.
8) O revestimento de uma matriz de trabalho a quente pode melhorar sua propriedade de fadiga térmica e resistência ao desgaste.
2.12 Método de correção da deformação do tratamento térmico da matriz
A deformação por tratamento térmico é uma ocorrência normal e a chave é compreender os padrões de deformação e fazer esforços para corrigi-los. Os seguintes métodos podem ser usados para correção:
1） O princípio da superplasticidade da transformação martensítica pode ser utilizado para correção oportuna. Isto pode ser feito temperando e resfriando lâminas mecânicas de 4 m e broches de 1,5 m de comprimento até a temperatura apropriada e, em seguida, aplicando pressão suavemente para correção. A mesma abordagem pode ser usada para endireitamento de moldes.
2) Revenido por pressão: envolve um revenido que aplica pressão para corrigir a distorção de têmpera, como para lâminas grandes e finas.
3) Correção do tratamento a frio: Para peças de aço inoxidável que possuem uma maior quantidade de austenita retida, o tratamento criogênico a -70 ℃ por 1-2 horas pode causar expansão no tamanho. A matriz de aço Cr12 é a mais indicada para esta correção.
4) Correção de ponto quente: A parte mais convexa de uma peça dobrada pode ser rapidamente aquecida a cerca de 700 ℃ usando uma chama de oxiacetileno ou dispositivo de aquecimento por indução de alta frequência, resfriada rapidamente e depois corrigida.
5) Correção da cavidade de contração de alta frequência: A peça de trabalho inchada pode ser aquecida a cerca de 700 ℃ em uma bobina de indução e resfriada rapidamente, criando uma cavidade de contração. Se houver múltiplas cavidades de retração, deverá ser realizado um tratamento de alívio de tensões.
6) Método de correção de espessamento por galvanoplastia.
7） Correção de corrosão química: Isso pode ser alcançado através do uso de um agente corrosivo como 40% HNO3+60% H2O ou 20% HNO3+20% H2SO4. As peças que não necessitam de corrosão devem ser protegidas com asfalto ou parafina.
8) Correção da cavidade de contração por resfriamento rápido: Para peças de trabalho com cavidades ampliadas, elas podem ser recozidas e aquecidas a 700 ℃ e, em seguida, resfriadas rapidamente 1-2 vezes para correção.
3. Conclusão
Ciência e tecnologia são as principais forças motrizes da produção. As 12 medidas técnicas para prolongar a vida útil dos moldes, conforme discutido acima, são económicas e práticas.
Estudando cuidadosamente as causas da falha do molde, desenvolvendo planos de retificação e implementando as medidas técnicas adequadas, é possível criar moldes de alta qualidade com longa vida útil.
