如何提高鋁合金壓鑄模具受用的具體措施

孫鍵 費彬 羅海亮

摘 要：鋁合金的使用在我國經歷了很長時間的發展，隨著鋁合金的普及和推廣，許多建筑材料設備都在進行更新換代。由于鋁合金建材對于一個工程來說是具有重要地位，如果鋁合金的壓鑄模具出現了問題，那么就會使鋁合金建材出現很大的缺陷，工人在施工的過程中就會出現問題，如此一來造成的損失是難以估量的。所以經常對鋁合金壓鑄模具進行維修和養護，保證建筑用材的正常使用，并且處于一個最佳的狀態，保障國民的經濟安全和財產安全。因此，筆者試圖分析鋁合金壓鑄模具出現的問題，并且進一步闡明改進模具的具體措施與技術。

關鍵詞：鋁合金；壓鑄模具；壽命；具體措施

近年來，隨著建筑工程的大規模建設，鋁合金的使用在以前的水平上又上升了一個階段，并且在質量上提出了新的要求。因此對鋁合金壓鑄模具的要求也會更高，而且對于鋁合金壓鑄模具的壽命是檢驗鋁合金質量的重要標準。同時鋁合金壓鑄模具的壽命也是考驗模具質量的重要指標，并且是影響壓鑄企業經濟效益的典型原因，所以，提高鋁合金壓鑄模具的壽命是當前鋁合金行業以及模具壓鑄行業共同的心愿。

1.鋁合金壓鑄模具的普遍特征

鋁合金壓鑄模具對于當前的技術來說是極為復雜的操作系統，因此在制作模具的時候，鋁合金壓鑄模具都會展現出較為獨到的特征。我們國家經常使用的鋁合金壓鑄模具有鋼材料，例如有H13、3Cr2w8v、Y10 等型號。鋁合金的壓鑄模具通常是在高壓的作用下經過煅煉以及熔鑄而形成的一種金屬工具，在使用時不會輕易受到外部氣壓的影響，因此這些模具會呈現出一些普遍的特征：首先就是受沖擊力較大，其次這些模具的使用時間相對的長，在高溫和高壓的情況下不會變形，最后是交變應力強等。總之鋁合金壓鑄模具的總體特征是模具鋼能有好的高溫強度和冷熱疲勞性能。

2.鋁合金壓鑄模具一般出現的缺陷

2.1 受熱脹裂

在所有的缺陷中，受熱脹裂是鋁合金壓鑄模具中最常見的破壞形式。根據筆者的統計，大約有75%甚至是高于75%壓鑄模具的破壞是因為鋁合金壓鑄模具的材料——鋼抵御高溫以及高壓的性能弱，另一方面就是穩定性特別的差。壓鑄模具的鋼在高溫的情況下確實會出現疲軟的現象，并且是循環在鋼結構中，再加上鋼的特質是疲軟后在高溫的持續加持下抵抗力承受不住材料的彎曲，即鋼材料的變形抗力在逐步的減小、變化的趨勢越來越大。因為鋼材料在受熱時所發生的周期性變化會改變材料表面的塑形壓應變和彈性拉應變，并且隨著周期的增加，材料表面的氧化膜就會破裂，進而產生殘余應力，在這種高溫的持續加持下，鋁合金壓鑄模具的材料就會產生裂紋。之后在多次的高溫以及高壓的破壞下，鋁合金壓鑄模具隨著循環次數的增加，裂紋尖端附近出現一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續擴展，最后裂紋間相互連接而導致模具失效。

2.2 腐蝕破壞

腐蝕破壞是鋁合金壓鑄模具的鋼材料和鋁合金本身之間相互摩擦、沖蝕、抗拒所產生的破壞。在進行壓鑄模具的制作過程中，金屬液在高溫的作用下快速的進入到模具中，在此過程中，金屬液本身所帶有的高溫以及鍛造高溫的摩擦下，模具中表層會被高溫所腐蝕，并且在摩擦的過程中會消耗氧化膜。經過一系列化學反應和物理反應，模具的表面被材料腐蝕和摩擦，從而產生損耗，因此腐蝕破壞也是鋁合金壓鑄模具在使用時產生的缺陷。

2.3 模具斷裂

鋁合金壓鑄模具在使用的過程中會發生整體脆斷的情況，這種情況是因為在使用模具時，由于偶然的機械承重或者高溫情況下致使模具發生斷裂。另一方面，材料中有嚴重缺陷或操作不當，則會引起整體脆斷。

3、增加壓鑄模具壽命的具體措施

3.1 優化壓鑄件與模具設計

模具在實際的操作中經常會遇見很多問題，例如模具的部分開裂、由于長時間使用而導致的表面磨損或者模具出現較大裂紋等等情況。這些問題的出現，往往和鑄件有很大關系，鑄件設計不合理和操作失誤都是模具受損的原因之一。因此，為了避免壓鑄模具損耗過快，提高壓鑄模具的壽命，在設計鑄件的時候應該重點關注以下幾點：

（1）壓鑄件在設計時應當有合適的脫模斜度，以此保證在取出壓鑄件的過程中，鑄件不會與壓鑄模具之間產生較大摩擦，從而避免鑄件劃傷模具，提高壓鑄模具的使用壽命。

（2）鑄件和壓鑄模具相接觸的地方，應該注意鑄件和模具的角度，最好在相應的地方鑄造圓角，以減少鑄件對模具的壓力，避免鑄件的棱角壓迫模具，導致模具產生凹陷和裂紋。

（3）在壓鑄件的設計過程中，應優先選擇廣而圓潤的結構，過深過窄的鑄件結構會在壓鑄過程中和模具擠壓，一來容易損傷模具，二來散熱效果不好，可能導致模具變形或者直接斷裂。

（4）壓鑄件在設計制造的過程中，應當仔細檢查，避免出現厚薄不均的現象，以減少在加工過程中由于受力不均而導致的模具熱疲勞失效。

3.2優化模具加工工藝

模具的材料可以選用高碳或者高合金鋼，但采用的鍛造工藝必須合理，這樣才能成行一塊合格的模塊毛坯。一方面是因為模塊毛坯的尺寸和規格都有嚴格的要求，合理的鍛造工藝能使鋼材更好的達到標準。另一方面，可以很大程度上改善鋼材的性能和內部組織。除此之外，用高碳或者高合金做成的模具導熱性較差，所以在加工的過程中應當注意對鋼材的加熱速度要慢，而且要保證受熱均勻，在溫度合適的情況下考慮鍛造比。在模具的加工階段也應當格外注意，模具的切削過程中，應當嚴格保證尺寸過渡處的圓角半徑，圓弧與直線相接處光滑，不能有棱角和尺寸偏差。倘若模具在切割加工的過程中，切割的質量太差，可能會導致模具在圓角內側出現過大的應力擠壓，從而使模具不合格。除此之外，切割質量太差還可能導致模具的脫碳層不能被完全切掉，從而使模具的壽命減少。要減少出現此類現象，需要在切割工作結束以后，調整電火花加工參數，用電解或者是機械研磨的方式去除模具表面的不合格部分，例如白亮層或者是需要顯微鏡才能觀察到的細小裂紋。除此之外，還需要在在電火花加工研磨工序完成以后，再對模具進行一次低溫回火，進一步穩定異常層，阻止細小裂紋再度擴展。

3.3模具表面強化處理

增加模具的壽命除了在設計和鑄造階段下功夫以外，還可以對模具的表面進行特殊處理，提高模具的強度，減少模具在使用過程中的磨損和外物侵蝕，這樣可以減少裂紋的出現，延后裂紋出現的時間，由此提高模具的使用壽命。常見的表面強化工藝有模具表面滲氮、滲碳等，這些工藝可以有效減少模具在使用過程中的磨損和腐蝕，增加模具的使用壽命。隨著科學技術的發展，近年來，熱噴涂、物理化學沉積、PVD、離子輔助噴涂等高科技工藝，開始普遍且高效地應用于模具的表面強化工藝。但是新工藝畢竟出現的時間不夠長，而壓鑄模具受損的原因多種多樣，在進行模具表面強化的過程中，僅僅使用單一的強化涂層或工藝，很難抵抗所有的模具損壞形式，因此，多層次的組合型圖層或者工藝需要不斷地開發和運用。就現有的模具表面強化的工藝來說，足以應對一般的模具損壞，企業的選擇有很多，大可選擇經濟實用的形式。

3.4模具使用

鋁合金壓鑄模具使用前，應該對壓鑄模具進行充分的預熱，以避免在使用過程中出現龜裂和裂紋。加熱的方式也有很多，例如煤氣天然氣、電加熱或者慢壓射壓鑄等，這些方法都很實用，可以很大層度上減少模具的應力變化，防止模具快速龜裂，延長模具使用壽命。

4.小結

提高模具壽命長期以來都是重點和難點，不論是壓鑄件的設計制造，還是模具的強化和保養，都需要充分考慮到各種問題。本文分析了鋁合金壓鑄模具的失效形式和提高壽命的一些方法，希望能對壓鑄從業者提供一定的參考。

參考文獻：

[1] 胡心彬，李麟.H13 鋼熱疲勞后碳化物形態和組分的變化[J].材料熱處理學報，2007；

[2] 寧志良，周彼德，薛祥，周運啟.壓鑄模具鋼熱疲勞裂紋擴展規律的實驗研究[J].材料熱處理學報，2012

（作者單位：湖州安達汽車配件有限公司）