Острые углы в полости формы представляют собой зоны повышенного риска образования трещин от термической усталости. Радиус скругления, локальные перепады температуры, концентрация напряжений и состояние азотирования поверхности совместно определяют ресурс до начала трещинообразования для вставок форм, используемых при литье методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением CPC.
Острый внутренний угол вызывает сильную концентрацию напряжений при циклической термической нагрузке. Моделирование показывает, что коэффициент усиления напряжений достигает 2,7–3,2 при радиусе скругления R < 1,0 мм; трещины термической усталости преимущественно зарождаются непосредственно у основания угла для вставок из стали H13 в пресс-формах для литья конструкционных деталей EV.
Амплитуда локальных перепадов температуры определяет ресурс на термическую усталость. В местах с острыми углами полости контакт с расплавом вызывает быстрый рост температуры; открытие пресс-формы и распылительное охлаждение приводят к быстрому охлаждению. Температурные колебания с амплитудой более 220 ℃ резко ускоряют зарождение трещин в пресс-формах для литья под противодавлением (CPC).
Рекомендации по проектированию радиуса скругления для углов полости, подверженных высоким нагрузкам: минимальный внутренний радиус скругления R ≥ 1,5 мм. Если функциональная геометрия не позволяет обеспечить большой радиус скругления, следует использовать плавный переход, чтобы избежать острого угла в корне при проектировании полости пресс-формы для литья самотеком.
Хрупкость азотированного слоя усиливает риск образования угловых трещин. В углу, подверженном концентрации напряжений, накладывается хрупкий слой азотированного соединения; микротрещина возникает в азотированном слое и распространяется в подложку из стали H13 под воздействием повторяющихся термических циклов при изготовлении алюминиевых вставок для колес в литьевых формах LPDC.
Необходимо избегать чрезмерной полировки в углах с радиусом скругления. Чрезмерная ручная полировка приводит к образованию крошечных зазубрин от шлифования у основания угла; такие зазубрины служат источником зарождения трещин даже для скруглений с радиусом, теоретически соответствующим требованиям для форм литья алюминия.
Расположение каналов охлаждения вблизи зоны острых углов: следует избегать размещения отверстий охлаждения слишком близко к основанию угла. Расстояние менее 14 мм увеличивает локальные перепады температуры, усугубляя термические напряжения в области скругления при изготовлении форм для конструкционных деталей электромобилей.
Признаки раннего предупреждения о термоусталостной трещине в углу: сначала появляется микросетевая трещина вдоль поверхности скругления. Если продолжить производство без технического обслуживания, сетевые трещины соединяются и превращаются в проникающую трещину после дополнительных 1000–1400 циклов для форм литья под противодавлением CPC.
Сложности ремонта термической трещины в зоне скругления: простая поверхностная полировка не может удалить корень трещины внутри угла. Вершина трещины остается под поверхностью и вновь быстро распространяется под воздействием термомеханической нагрузки уже через короткий промежуток времени после начала производства для форм гравитационного литья.
Ремонт сваркой в зоне острого скругления: полное фрезерование сети трещин, применение скругленного перехода сварного шва, строгое соблюдение предварительного нагрева и снятия напряжений после сварки. Восстановление гладкой геометрии скругления после ремонтной сварки при техническом обслуживании форм для литья методом LPDC.
Моделирование сопряжённых термических напряжений в Procast выявляет угловые зоны с высокой концентрацией напряжений. Однако моделирование не может в полной мере отразить дефекты, возникшие в цеху, такие как шлифовальные надрезы, азотированная хрупкость и другие; периодический визуальный осмотр на месте остаётся незаменимым.
Напоминание при трансграничных закупках форм: на 2D-чертежах аннотации радиуса скругления должны быть четкими. Многие поставляемые формы имеют незаметные острые корни, даже при наличии на чертеже обозначений R-скругления, что вызвано недостаточной компенсацией радиуса инструмента при ЧПУ-обработке во время изготовления формы.
(Количество слов: 892)
Часто задаваемые вопросы
В: Какой коэффициент усиления напряжений возникает во внутреннем углу пресс-формы с радиусом скругления R＜1,0 мм?
О: Коэффициент усиления напряжений достигает 2,7–3,2 в области корня острого внутреннего угла.
В: Какой порог колебаний температуры резко ускоряет образование термоусталостных трещин в углах с закруглением?
О: Локальные циклические колебания температуры, превышающие 220 ℃, значительно ускоряют зарождение трещин.
В: Каков минимальный рекомендуемый радиус внутреннего закругления для углов полости пресс-формы, подверженных высоким нагрузкам?
О: Для геометрии углов полости, подверженных высоким напряжениям, следует использовать радиус внутреннего закругления R ≥ 1,5 мм.
В: Какой дефект, связанный с полировкой, становится скрытым источником трещин у основания угла с закруглением?
О: Мелкие зазубрины, вызванные чрезмерной полировкой, служат источником зарождения термоусталостных трещин.
В: Какое расстояние между охлаждающими каналами усиливает риск возникновения термических напряжений вблизи острых углов полости?
О: Расстояние между охлаждающими отверстиями менее 14 мм увеличивает локальные перепады температуры и термические напряжения.
В: Что произойдет, если при наличии термоусталостной трещины в зоне скругления провести только поверхностную полировку?
О: Вершина подповерхностной трещины сохраняется и при циклической термической нагрузке быстро начинает распространяться заново.
В: Какая производственная причина приводит к образованию острого угла у корня, несмотря на вычерченный радиус скругления?
О: Недостаточная компенсация радиуса инструмента при ЧПУ-обработке пресс-формы приводит к образованию невидимого острого угла у корня.
