钢模的规范使用.doc

合金钢模浇铸阳极铜的使用规范
和美佳生产的合金钢模是和美佳公司与浙江大学联合研发的一种强韧兼有的空冷硬化型热作阳极铜浇铸钢模。钢模材料选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作钢模钢。具有热变形小，使用寿命长的特点。
一、使用不当造成钢模寿命短
由于钢模费用约占整个浇铸生产成本的10%-15%，所以钢模的使用寿命成为铜阳极板浇铸生产体系经济性的一个重要因素。在浇铸期间，使用不当也会造成钢模的使用寿命过短。由于钢模生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望钢模有较高的使用寿命。造成钢模使用寿命短的主要原因有：钢模的使用条件极为恶劣。浇铸铜水温度在1200℃左右，不停地侵蚀着钢模表面，钢模表面温度由室温直升至液温，工作时受到温差应力、相变应力、残余应力和机械应力等的共同作用，所受负荷约2 000 t。内表面易产生微小网状裂纹，随着使用次数的增加，微裂纹扩展，形成龟裂，进一步发展为掉肉、纵裂和横裂，数百次，上千次的浇铸后，钢模表面便产生龟裂等缺陷，最终失效而报废。
钢模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等。浇铸过程中，钢模底部受压，不易损坏，钢模边缘受拉而易产生裂纹。
导致钢模过早失效而报废，造成极大的浪费。在使用过程中需规范操作，才能提高使用寿命。
二、规范使用钢模，提高钢模寿命。
    钢模使用条件属急热急冷。钢模的使用，应该有严格的操作规范。
    (1)钢模预热及保持热平衡
   钢模在使用过程中应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内，尽量降低铜液的浇铸 温度，提高钢模预热温度。钢模的预热温度由60～80℃提高至90～110℃，钢模寿命可大幅度提高。
推荐使用液化气加热钢模的方法，预热。
钢模中应力的大小与钢模有的温度梯度成正比。因此浇铸前应先预热钢模，预热温度不低于90℃。此外钢模在服役过程中，始终保持处于热平衡状态，已成为提高钢模寿命，增加生产效率和保证铸件的致密性方面的重要手段。在整个浇铸过程中，水量的控制要观察阳极表面和喷涂后涂料的干燥状态，依需要来进行调整冷却水量。主要的规律是：在浇铸的第一阶段冷却水量取决于铸模加热情况逐步增加。接近浇铸结束阶段，冷却水量随着铜水温度降低而减小。
(2)钢模脱模剂的使用
脱模剂是能在金属液和钢模之间形成一种有效的隔离膜，可优化铸锭生产工艺，使铸件不粘模，保持铸件应有的光亮度，有助于后续加工，是一种用在两个彼此易于粘着的物体表面的一个界面涂层，它可使物体表面易于脱离、光滑及洁净。 脱模剂应有耐化学性，以便在与不同树脂的化学成份接触时不被溶解，不发生反应。脱模剂还应具有耐热及应力性能，不易分解或磨损；脱模剂应粘合到钢模上而不转移到被加工的制件上，以便不妨碍二次加工操作。脱模剂的复膜性对保护钢模材料起到重要的作用。
脱模机应还具有如下特性
①脱模性（润滑性）。形成均匀薄膜且形状复杂的成形物时，尺寸精确无误。　
　 ②脱模持续性好。　
　 ③成形物外观表面光滑美观，不因涂刷发粘的脱模剂而招致灰尘的粘着。　
　 ④二次加工性优越。当脱模剂转移到成形物时，对电解无不良影响。　
　 ⑤易涂布性。　
　 ⑥耐热性。　
　 ⑦耐污染性。　
　 ⑧成形好，生产效率高。　
　 ⑨稳定性好。与配合剂及材料并用时，其物理、化学性能稳定。　
⑩不燃性，低气味，低毒性。
在阳极铜浇铸过程中，高温的铜水直接倾倒在钢模表面，钢模承受不起一千二百度得高温，脱模剂起到了隔热的作用，减少高温对钢模表面的热腐蚀。
脱模剂最重要的作用便是脱模，不放在铜阳极板与钢模表面粘接处，阳极板无法被顶杆顶起。
因此脱模剂的使用对钢模寿命也至关重要。目前国内常用的脱模剂为硫酸钡粉末。但是单独使用硫酸钡会存在铜阳极板表面长气孔，阳极板残留硫酸钡，从而将其带入阳极泥中等诸多问题，一些单位在成分和具体工艺上做了一些调整，例如改善喷模器结构。脱模剂中兑加俗称“水玻璃”的氟硅酸钠，增加脱模剂的附着能力和阳极板钢模表面裂纹的修复能力。

脱模剂（BaSO4）的准备和使用：
脱模剂（BaSO4）的主要功能：
◆ 钢模和阳极之间的隔离。
◆ 不与熔化的铜水起反应。
◆ 不含结晶水。
◆ 在冷却水槽中容易从阳极上洗去。
◆ 便宜而且是有较好粒度的材料。
◆ 不会造成环境污染等问题。

涂料混合物的配比：
水 100 L
BaSO4 25 ㎏
水玻璃 1 L
混合物浓度大约是1.3 公斤/立方分米。（对于新铸模）

BaSO4成份：
BaSO4 最小95％
Fe2O3 最大0.25％
SiO2 1.25％
Al2O3 0.3％
CaO 0.4％----0.5％
PL 0.15％
Cu 0.03％
Mn 0.05％---- 0.06％
比重 4.25公斤/立方分米
水中溶解度 0.38％
粒度 最小400目 82％

注意！！！
由于BaSO4和混合浆料的重力作用，当混合物的搅拌槽充满混合浆料时，搅拌机必需始终运行。否则，BaSO4会在搅拌槽中沉淀凝结。
 (3)钢模的检修
   钢模在服役过程中定期进行观察与检修，至关重要。在生产中钢模难免会产生开裂，对于开裂早期，钢模是可以焊补进行修复的。在机械加工或使用过程中，钢模开裂、崩口、掉块、磨损、表面龟裂、加工超差等各类新旧钢模，可以进行补焊修复。焊丝材料应尽量与要修理的基体材料相似。
由于钢模使用环境恶烈，要反复经受高温、高压及冲击载荷，因此，在钢模的型腔边缘很容易产生了裂纹，导致钢模不可用。为了满足目前的生产急需，采用焊接来修复．以节约成本、缩短周期。1 钢模工作条件预锻时，坯件初次成形，钢模反复与约900℃的坯件直接接触。工作时钢模底部受压．不易损坏，钢模型腔边缘受拉而易产生裂纹。
焊接修复是钢模修复中一种常用手段。在焊接前，应先掌握所焊钢模钢型号，用机械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必须是干净和经烘干的。所用焊条应同钢模钢成分一致，也必须是干净和经烘干的。
  钢模材料的主要化学成分为0.39C，0.40Mn，5.35Cr，1.139Mo，0.95V,0.99Si。其硬度值为58HRC。计算得钢模材料碳当量为1.9，具有很大淬硬倾向，其焊接性差，极易产生冷热裂纹。为了防止淬硬组织和裂纹产生，必须正确选定预热温度、焊接工艺和焊后及时消除应力处理，即预热温度+层间温度+焊后缓冷要严格控制，同时进行多层焊，利用后一道焊对前一道焊的回火作用，细化晶粒，降低冷裂倾向，提高焊缝强度和韧性。为了确保堆焊层有优良性能，如红硬性、耐磨性、抗裂性，正确选择焊接材料很关键，综合考虑性能和成本等因素，我们推荐选用D337牌号的焊条来焊接修复钢模。
焊接工艺步骤：表面清理—打坡口—预热—焊接—焊后缓冷—加工—检验
焊前把表面的硫酸钡、铜渣等清理干净。用碳弧气刨顺着裂纹方向刨槽。把裂纹缺陷彻底挖掉并加工成V字形。焊前预热到400左右，道间温度不低于400℃。焊条需烘干，随用随取，每道焊缝焊3层。相邻两道焊缝搭接量不小于焊道宽度的1/3，焊完一道焊缝立即锤击，以释放应力并且要彻底清除个焊道上熔渣，方可焊接后一道。每层中的接头处应错开，各层的焊缝方向应错开。后一层焊道与前一层焊道方向垂直。严格按工艺要求进行焊接，从V字行的最低点起焊，直到上部。焊条不做横向摆动，焊后应立即缓冷。采用小电流焊接以减少熔深和稀释率。
焊接质量检验
(1)对焊接件进行着色探伤，均无表面裂纹产生；
(2)硬度试验测得硬度值在53-60HRC之间，满足使用要求；
钢模的工作条件恶劣，正确选用焊接材料和工艺是能够获得满意的焊接质量的，经焊接工艺评定，各主要性能能达到相关标准，投入运行良好。
三、钢模温度的控制。
 钢模工作温度的选择原则:
 1) 钢模温度过低,铜水流动性差，耳朵不饱满，阳极板板面不光滑，容易产生飞边毛刺;
 2) 钢模温度过高,铸件内部结构致密,但铸件易“焊”附于模腔中,粘模不易卸出铸件。同时过高的温度会使模体本身膨胀,影响铸件尺寸精度。
 3) 钢模温度应选择在合适的范围内,一般经试验合适后,恒温控制为好。
  钢模位置         工作温度/℃
 钢模表面        200-250
钢模底部 120-160
由于钢模的导热性能差，铜水给钢模的上表面急剧加温，再通过底部水降温。使得上部和底部温差较大。冷却水的控制成了钢模使用寿命最重要因素。水过大，阳极板表面鼓包，而且浪费水资源，同时钢模到浇铸位也无法干，造成铜水与水剧烈反应而爆炸。而水的控制成了浇铸工程中最核心的技术。
称量装置定量浇铸好一块阳极板后，圆盘逐一转动模位，浇有阳极板的钢模大约在１分钟左右便进入喷淋冷却区域，这时阳极板表面尚未完全凝固，没有成形的阳极板内部大约有1100～1000℃左右。铜水的热量迅速向钢模传递，操作人员便需要通过冷却系统对钢模及模内的阳极板从上、下两方向进行强制冷却，经过喷淋冷却区冷却后的阳极板一般控制在800～900℃左右。每根冷却水管安装了一个手动控制球阀和气动控制注塞阀，气动控制注塞阀可通过计算机自动控制，计算机能够按照预先设置好的程序，对每块进入冷却区域的钢模根据其温度的不同及输入信号的不同进行阀门开启或关闭的选择。出铜过程中冷却水量只能通过每个喷头的手动球阀来调节。水量的大小决定了模温的高度。
对于钢模浇铸阳极板，光靠上部水合底部水往往不能将阳极板表面温度控制在200℃左右，往往会超过300℃，甚至超过400℃。
我们推荐在预顶起位置加装一套喷射系统，安装一个红外测温仪当预顶起来时，测得钢模表面温度高于200℃，气动阀自动打开，喷嘴自动向钢模上喷射冷却水，喷水时间由温度自动控制。

l 冷却水的温度对冷却效果起到至关重要的左右。冷却水要求
冷却水温度不高于 35℃
双圆盘冷却水用量 160吨/小时
水的设计压力 10巴
最小工作水压 4巴。

四、钢模常见故障原因及排除
常见故障 
开 裂，粗裂纹
产生原因
1.设计不合理，尖棱尖角；
2.钢模预热不好，模温低；
3.热处理不良；
4.型腔表面硬度太高，韧性差；
5.操作不当使钢模存在较大应力；
改进建议
1.改进设计，尽可能加大圆弧；
2.提高预热温度；
3.重新热处理；
4.回火降低硬度；
5.按正常操作规章操作；
常见故障
龟 裂
产生原因
1.模温低，预热不足；
2.型腔表面硬度低；
3.型腔表面应力高；
4.型腔局部脱碳；
改进建议
1.提高预热温度；
2.成型淬火、氮化，提高硬度；
3.回火消除应力；
4.去除脱碳层后渗氮
常见故障
磨 损，冲 蚀
产生原因
1.型腔表面硬度低；
2.表面脱碳；
3.型腔表面残余应力高；
4.浇注速度过块；
5.铜液熔融温度高；

改进建议
1.成型淬火、氮化，提高已硬度；
2.去除脱碳层后渗氮；
3.回火消除应力；
4.在工艺范围内，降低压射速度；
5.在工业范围内，降低液温；
常见故障
粘 膜，拉 伤
产生原因
1.设计与钢模材料不合理；
2.热处理硬度不足；
3.型腔表面粗糙；
4.有色金属液中含铁量大于0.6％；
5.所用脱模剂不合格，喷射密度不够；
6.铜水温度过高，浇注速度过快；
改进建议
1.改进设计和重新选材；
2.重新热处理提高硬度；
3.精抛型腔表面，抛光纹理方向与模一致
4.降低铁含量；
5.重新换合格、纯净的脱模剂；
6.降低铜水温度，确保温度不高于1200℃，在工艺范围内，降低浇铸速度；

五、钢模使用注意要点
在钢模行业当中，正确认识和使用钢模，可以更好的提高钢模件的质量和钢
模的寿命。
 钢模的使用特点:
 在钢模过程中,钢模的成形零件工作条件极其恶劣,它们经受机械磨蚀、化学侵蚀和热疲劳的反复作用。
 1) 金属液在高速下进入钢模内,对钢模成形零件的表面产生激烈的摩擦和冲击,使钢模表面产生侵蚀和磨损。
 2) 金属液在浇注过程中难免有熔渣带入,熔渣对成形零件表面产生复杂的化学作用,如铜合金中的锌较快地扩散到钢模表面,形成一种较脆的化合物加速了裂纹的形成和发展。
 3) 热应力是钢模成形零件表面产生裂纹的主要原因。在生产每一个钢模过程中,成形件表面除了受到金属液的高速、高压冲刷外,还存在着吸收金属在凝固过程中放出的热量,产生了热交换。此外由于钢模材料热传导的关系,使成形件表面层温度急剧上升,与内部产生很大的温差,从而产生内应力。当金属液流入钢模内时,表层首先达到高温而膨胀,而内层模温较低,相对的膨胀量小,使表层产生压应力。同时喷淋水各钢模降温，使钢模工作在，加温—降温—加温往复的工艺环境中，产生了交变应力，这种交变应力随着生产的延续而增长,当超过钢模材料的疲劳极限时,使表面层产生塑性变形,在晶界处产生裂纹。
 浇铸铜液温度
 为了能更好地确保,保证金属流动时彼此融和,在使用钢模时,应正确选择金属的浇注温度。理论上说浇入的金属温度越低,钢模寿命越长，但考虑浇铸工艺的要求，温度过低在浇铸包和中间包产生大量冷铜，使浇铸终止。总之,在工艺条件允许的情况下,钢模合金温度,选用低温为好。综合考虑，浇铸温度应在1180~1200℃左右。

云南和美佳科贸有限公司

周才益

二零零一年十月二十五日