如何提高壓鑄模的使用壽命

摘要：壓鑄模由于生產(chǎn)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(jī)械加工等一系列內(nèi)外因素的影響，導(dǎo)致模具過早失效而報廢，造成極大的浪費(fèi)。

關(guān)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(diǎn)為580-740℃，使用時，鋁液溫度控制在650-720℃。在不對模具預(yù)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(yīng)力。開模頂件時，型腔表面承受極大的壓應(yīng)力。數(shù)千次的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)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(yīng)選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。H13(4Cr5MoV1Si)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國外80％的型腔均采用H13，現(xiàn)在國內(nèi)仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_藝性能不好，導(dǎo)熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致模具產(chǎn)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(yán)重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優(yōu)點(diǎn)是有良好的導(dǎo)熱性，對需要冷卻而又不能設(shè)置水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應(yīng)性。因此，在合理的熱處理與生產(chǎn)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(yīng)符合設(shè)計要求，保證壓鑄模在其正常的使用條件下達(dá)到設(shè)計使用壽命。因此，在投入生產(chǎn)之前，應(yīng)對材料進(jìn)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(fèi)用的浪費(fèi)。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(tài)、晶料度以及晶粒間夾雜等。

超聲波檢查。主要檢查材料內(nèi)部的缺陷和大小。

2 壓鑄模的加工、使用、維修和保養(yǎng)

模具設(shè)計手冊中已詳細(xì)介紹了壓鑄模設(shè)計中應(yīng)注意的問題，但在確定壓射速度時，最大速度應(yīng)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(chǎn)生缺陷。因此對于鎂、鋁、鋅相應(yīng)的最低壓射速度為27、18、12m/s，鑄鋁的最大壓射速度不應(yīng)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(yīng)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(tǒng)的表面應(yīng)當(dāng)光滑，最好不留機(jī)加工痕跡。

電火花加工在模具型腔加工中應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力。若不清除淬硬層或消除應(yīng)力，在使用過程中，模具表面就會產(chǎn)生龜裂、點(diǎn)蝕和開裂。消除淬硬層或去應(yīng)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(yīng)力，這樣可大幅度降低模腔表面應(yīng)力。

模具在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鑄造工藝流程。在工藝許可范圍內(nèi)，盡量降低鋁液的澆鑄溫度，壓射速度，提高模具預(yù)熱溫度。鋁壓鑄模的預(yù)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(fù)是模具修復(fù)中一種常用手段。在焊接前，應(yīng)先掌握所焊模具鋼型號，用機(jī)械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必須是干凈和經(jīng)烘干的。所用焊條應(yīng)同模具鋼成分一致，也必須是干凈和經(jīng)烘干的。模具與焊條一起預(yù)熱(H13為450℃)，待表面與心部溫度一致后，在保護(hù)氣下焊接修復(fù)。在焊接過程中，當(dāng)溫度低于260℃時，要重新加熱。焊接后，當(dāng)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(jìn)行型腔的修整和精加工。模具焊后進(jìn)行加熱回火，是焊接修復(fù)中重要的一環(huán)，即消除焊接應(yīng)力以及對焊接時被加熱淬火的焊層下面的薄層進(jìn)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(zhì)和少量壓鑄金屬在高溫高壓下結(jié)合而成。這些沉積物相當(dāng)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(dǎo)致模具表面局部熱點(diǎn)或脫碳點(diǎn)的產(chǎn)生，從而成為熱裂的發(fā)源地。應(yīng)采用研磨或機(jī)械去除，但不得傷及其它型面，造成尺寸變化。

經(jīng)常保養(yǎng)可以使模具保持良好的使用狀態(tài)。新模具在試模后，無論試模合格與否，均應(yīng)在模具未冷卻至室溫的情況下，進(jìn)行去應(yīng)力回火。當(dāng)新模具使用到設(shè)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(yīng)對模具型腔及模架進(jìn)行450～480℃回火，并對型腔拋光和氮化，以消除內(nèi)應(yīng)力和型腔表面的輕微裂紋。以后每12000～15000模次進(jìn)行同樣保養(yǎng)。當(dāng)模具使用50000模次后，可每25000～30000模次進(jìn)行一次保養(yǎng)。采用上述方法，可明顯減緩由于熱應(yīng)力導(dǎo)致龜裂的產(chǎn)生速度和時間。

在沖蝕和龜裂較嚴(yán)重的情況下，可對模具表面進(jìn)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(yīng)在35-43HRC，低于35HRC時氮化層不能牢固與基體結(jié)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(yīng)超過0.15mm，過厚會于分型面和尖銳邊角處發(fā)生脫落。

3 熱處理

熱處理的正確與否直接關(guān)系到模具使用壽命。由于熱處理過程及工藝規(guī)程不正確，引起模具變形、開裂而報廢以及熱處理的殘余應(yīng)力導(dǎo)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(yōu)質(zhì)合金鋼制成，這些材料價格較高，再加上加工費(fèi)用，成本是較高的。如果由于熱處理不當(dāng)或熱處理質(zhì)量不高，導(dǎo)致報廢或壽命達(dá)不到設(shè)計要求，經(jīng)濟(jì)損失世大。因此，在熱處理時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：鍛件在未冷至室溫時，進(jìn)行球化退火；粗加工后、精加工前，增設(shè)調(diào)質(zhì)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(yīng)力回火；淬火時注意鋼的臨界點(diǎn)Ac1和AC3及保溫時間，防止奧氏體粗化?；鼗饡r按20mm/h保溫，回火次數(shù)一般為3次，在有滲氮時，可省略第3次回火；熱處理時應(yīng)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(yīng)注意氮化表面不應(yīng)有油污。經(jīng)清洗的表面，不允許用手直接觸摸，應(yīng)戴手套，以防止氮化表面沾有油污導(dǎo)致氮化層不勻；兩道熱處理工序之間，當(dāng)上一道溫度降至手可觸摸，即進(jìn)行下道，不可冷至室溫。