如何提高壓鑄模的使用壽命

摘要：壓鑄模由于生產周期長、投資大、制造精度高，故造價較高，因此希望模具有較高的使用壽命。但由于材料、機械加工等一系列內外因素的影響，導致模具過早失效而報廢，造成極大的浪費。

關鍵詞：壓鑄模；檢查

壓鑄模失效形式主要有：尖角、拐角處開裂、劈裂、熱裂紋(龜裂)、磨損、沖蝕等。造成壓鑄模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、維修以及熱處理的問題。

1材料自身存在的缺陷

眾所周知，壓鑄模的使用條件極為惡劣。以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點為580-740℃，使用時，鋁液溫度控制在650-720℃。在不對模具預熱的情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升至液溫，型腔表面承受極大的拉應力。開模頂件時，型腔表面承受極大的壓應力。數千次的壓鑄后，模具表面便產生龜裂等缺陷。

由此可知，壓鑄使用條件屬急熱急冷。模具材料應選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩定性高的熱作模具鋼。H13(4Cr5MoV1Si)是目前應用較廣泛的材料，據介紹，國外80％的型腔均采用H13，現在國內仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_藝性能不好，導熱性很差，線膨脹系數高，工作中產生很大熱應力，導致模具產生龜裂甚至破裂，并且加熱時易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。馬氏體時效鋼適用于耐熱裂而對耐磨性和耐蝕性要求不高的模具。鎢鉬等耐熱合金僅限于熱裂和腐蝕較嚴重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優點是有良好的導熱性，對需要冷卻而又不能設置水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應性。因此，在合理的熱處理與生產管理下，H13仍具有滿意的使用性能。

制造壓鑄模的材料，無論從哪一方面都應符合設計要求，保證壓鑄模在其正常的使用條件下達到設計使用壽命。因此，在投入生產之前，應對材料進行一系列檢查，以防帶缺陷材料造成模具早期報廢和加工費用的浪費。常用檢查手段有宏觀腐蝕檢查、金相檢查、超聲波檢查。

宏觀腐蝕檢查。主要檢查材料的多孔性、偏柝、龜裂、裂紋、非金屬夾雜以及表面的錘裂、接縫。

金相檢查。主要檢查材料晶界上碳化物的偏析、分布狀態、晶料度以及晶粒間夾雜等。

超聲波檢查。主要檢查材料內部的缺陷和大小。

2 壓鑄模的加工、使用、維修和保養

模具設計手冊中已詳細介紹了壓鑄模設計中應注意的問題，但在確定壓射速度時，最大速度應不超過100m/S。速度太高，促使模具腐蝕及型腔和型芯上沉積物增多；但過低易使鑄件產生缺陷。因此對于鎂、鋁、鋅相應的最低壓射速度為27、18、12m/s，鑄鋁的最大壓射速度不應超過53m/s，平均壓射速度為43m/s。

在加工過程中，較厚的模板不能用疊加的方法保證其厚度。因為鋼板厚1倍，彎曲變形量減少85％，疊層只能起疊加作用。厚度與單板相同的2塊板彎曲變形量是單板的4倍。另外在加工冷卻水道時，兩面加工中應特別注意保證同心度。如果頭部拐角，又不相互同心，那么在使用過程中，連接的拐角處就會開裂。冷卻系統的表面應當光滑，最好不留機加工痕跡。

電火花加工在模具型腔加工中應用越來越廣泛，但加工后的型腔表面留有淬硬層。這是由于加工中，模具表面自行滲碳淬火造成的。淬硬層厚度由加工時電流強度和頻率決定，粗加工時較深，精加工時較淺。無論深淺，模具表面均有極大應力。若不清除淬硬層或消除應力，在使用過程中，模具表面就會產生龜裂、點蝕和開裂。消除淬硬層或去應力可用：①用油石或研磨去除淬硬層；②在不降低硬度的情況下，低于回火溫度下去應力，這樣可大幅度降低模腔表面應力。

模具在使用過程中應嚴格控制鑄造工藝流程。在工藝許可范圍內，盡量降低鋁液的澆鑄溫度，壓射速度，提高模具預熱溫度。鋁壓鑄模的預熱溫度由100～130℃提高至180～200℃，模具壽命可大幅度提高。

焊接修復是模具修復中一種常用手段。在焊接前，應先掌握所焊模具鋼型號，用機械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必須是干凈和經烘干的。所用焊條應同模具鋼成分一致，也必須是干凈和經烘干的。模具與焊條一起預熱(H13為450℃)，待表面與心部溫度一致后，在保護氣下焊接修復。在焊接過程中，當溫度低于260℃時，要重新加熱。焊接后，當模具冷卻至手可觸摸，再加熱至475℃，按25mm/h保溫。最后于靜止的空氣中完全冷卻，再進行型腔的修整和精加工。模具焊后進行加熱回火，是焊接修復中重要的一環，即消除焊接應力以及對焊接時被加熱淬火的焊層下面的薄層進行回火。

模具使用一段時間后，由于壓射速度過高和長時間使用，型腔和型芯上會有沉積物。這些沉積物是由脫模劑、冷卻液的雜質和少量壓鑄金屬在高溫高壓下結合而成。這些沉積物相當硬，并與型芯和型腔表面粘附牢固，很難清除。在清除沉積物時，不能用噴燈加熱清除，這可能導致模具表面局部熱點或脫碳點的產生，從而成為熱裂的發源地。應采用研磨或機械去除，但不得傷及其它型面，造成尺寸變化。

經常保養可以使模具保持良好的使用狀態。新模具在試模后，無論試模合格與否，均應在模具未冷卻至室溫的情況下，進行去應力回火。當新模具使用到設計壽命的1/6～1/8時，即鋁壓鑄模10000模次，鎂、鋅壓鑄模5000模次，銅壓鑄模800模次，應對模具型腔及模架進行450～480℃回火，并對型腔拋光和氮化，以消除內應力和型腔表面的輕微裂紋。以后每12000～15000模次進行同樣保養。當模具使用50000模次后，可每25000～30000模次進行一次保養。采用上述方法，可明顯減緩由于熱應力導致龜裂的產生速度和時間。

在沖蝕和龜裂較嚴重的情況下，可對模具表面進行滲氮處理，以提高模具表面的硬度和耐磨性。但滲氮基體的硬度應在35-43HRC，低于35HRC時氮化層不能牢固與基體結合，使用一段時間后會大片脫落：高于43HRC，則易引起型腔表面凸起部位的斷裂。滲氮時，滲氮層厚度不應超過0.15mm，過厚會于分型面和尖銳邊角處發生脫落。

3 熱處理

熱處理的正確與否直接關系到模具使用壽命。由于熱處理過程及工藝規程不正確，引起模具變形、開裂而報廢以及熱處理的殘余應力導致模具在使用中失效的約占模具失效比重的一半左右。

壓鑄模型腔均由優質合金鋼制成，這些材料價格較高，再加上加工費用，成本是較高的。如果由于熱處理不當或熱處理質量不高，導致報廢或壽命達不到設計要求，經濟損失世大。因此，在熱處理時應注意以下幾點：鍛件在未冷至室溫時，進行球化退火；粗加工后、精加工前，增設調質處理。為防止硬度過高，造成加工困難，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去應力回火；淬火時注意鋼的臨界點Ac1和AC3及保溫時間，防止奧氏體粗化。回火時按20mm/h保溫，回火次數一般為3次，在有滲氮時，可省略第3次回火；熱處理時應注意型腔表面的脫碳與增碳。脫碳會記過迅速引起損傷、高密度裂紋；增碳會降低冷熱疲勞抗力；氮化時，應注意氮化表面不應有油污。經清洗的表面，不允許用手直接觸摸，應戴手套，以防止氮化表面沾有油污導致氮化層不勻；兩道熱處理工序之間，當上一道溫度降至手可觸摸，即進行下道，不可冷至室溫。