10.4.5 Livslängd på pressgjutsverktyg

Pressgjutverktyg utsätts för höga temperaturer och stora mekaniska påkänningar. Detta medför att livslängden hos pressgjutverktyg kan bli relativt begränsad men genom att optimera vissa parametrar ökar den potentiella livslängden.

Faktorer, som begränsar verktygslivslängden är främst:

  • Varmsprickbildning (termisk utmattning)

  • Erosionsskador

  • Sprickbildning (totalhaveri)

  • Korrosion

  • Intryckningar (låg hållfasthet)

Tabellen nedan ger en översikt över normala livslängder för form och kärna vid olika gjutmetaller. Av tabellen framgår även vilka faktorer som normalt begränsar livslängden vid respektive gjutmetall.

Tabell: Normala verktygslivslängder

Gjutlegering

Gjuttemperatur, °C

Faktorer som begränsar livslängden

Normal livslängd

Form

Kärna

Zink

Ca 430

Erosion

Mekanisk förslitning

0,5-2 milj.

0,5-2 milj.

Magnesium

Ca 650

Varmsprickor

Sprickbildning

Erosion

Intryckningar

100 000 - 400 000

50 000-

200 000

Aluminium

Ca 700

Varmsprickor

Sprickbildning

Erosion

Intryckningar

60 000 –

200 000

40 000-

150 000

Koppar /mässing

Ca 970

Varmsprickor

Sprickbildning

Erosion

Intryckningar

5 000-

50 000

1 000 –

5 000

                                           

Varmsprickbildning

Vid pressgjutning utsätts verktygsstålet i formverktyget omväxlande för upphettning och avkylning. Detta innebär att stora spänningar utvecklas i ytskiktet hos materialet, vilket så småningom leder till termiska utmattningssprickor, så kallade varmsprickor. Höga temperaturtoppar och snabb kylning ökar risken.

 Exempel på varmsprickor i ett pressgjutverktyg.

Varmsprickor härrör från en kombination av termiska dragspänningar, som orsakats av temperaturväxlingar, och plastisk töjning. Varmsprickbildning förhindras om någon av dessa faktorer saknas. Det är främst dragspänningar, som inverkar på uppkomsten och tillväxten av varmsprickor.

Graden av varmsprickbildning påverkas främst av följande faktorer:

  • Verktygets temperaturcykel.

  • Verktygsmaterialets grundegenskaper.

  • Anvisningar i verktyget (hålkälar och ytbeskaffenhet).

En faktor av betydelse då det gäller temperaturcykeln är den maximala temperaturen i formrummets ytskikt. Upp till 600°C är påfrestningarna måttliga, men vid högre temperaturer ökar risken för varmsprickbildning kraftigt. Det är dessutom viktigt att temperaturskillnaden mellan ytan hos formrummet och smältan inte är för stor. Av denna anledning rekommenderas att alltid förvärma verktyget före produktionsstart.

 

Erosionsskador

Vid pressgjutningsprocessen pressas smältan in i formhåligheten med hög hastighet och högt tryck. Detta kan under vissa omständigheter medföra upplösning av stålet. Fenomenet kan betraktas som en kombination av erosion och korrosion. Flera faktorer har betydelse för uppkomsten av erosion i formverktyget. De viktigaste är smältans temperatur och sammansättning samt formverktygets utformning, värmebehandling och ytbehandling.

 

Sprickbildning - totalhaveri

Sprickbildning i ett formverktyg orsakas av tillfällig termisk överbelastning och utgör en vanlig orsak till kort livslängd hos verktyget. En faktor av betydelse då det gäller ett verktygs förmåga att motstå last utan sprickbildning är verktygsmaterialets seghet. Denna är beroende av både materialet och värmebehandlingen. Andra faktorer som påverkar risken för sprickbildning är verktygets underhåll och även själva gjutprocessen.

 

Korrosion

Faktorer som påverkar korrosionen i formverktyg är främst smältans temperatur och sammansättning, smältans strömningshastighet i formverktyget samt verktygets ytbehandling.

 

Intryckningar

Orsak till intryckningar i formrum eller delningsplan är i regel för låg varmhållfasthet hos verktygsmaterialet. Vid förhöjd temperatur minskar stålets hållfasthet och hårdhet. Detta innebär att risken för intryckningar på pressgjutverktyget ökar med arbetstemperaturen. Både låstrycket och insprutningstrycket är så höga att en viss varmhållfasthet krävs.

4702