摘要：通过分析试验,寻找影响压铸模具使用寿命的因素,如模具的预热、脱模剂的种类和喷涂方法、模具材料的选择以及模具热处理工艺参数等。通过这些影响因素寻找规律性的关系,进而找到提高压铸模具使用寿命的有效途径和方法。
关键词：压铸模具 龟裂 热疲劳 氮化 真空淬火
影响压铸模具寿命的因素有很多,通过对压铸模具的使用情况观察,分析致使压铸模失效的主要原因是：①热胀冷缩的交变应力，长期频繁的反复循环，在模具表面出现热疲劳龟裂纹：②由于热应力及机械应力引起的模具整体开裂、破损：③在压射力和热应力的作用下，模具会在强度最薄弱处萌生裂纹，使型腔碎裂：④化学腐蚀、机械磨损、冲刷侵蚀、熔损侵蚀造成的模具侵蚀：⑤受到锁模、插芯压力和充填压力作用使模具产生的塑性变形。这些模具失效缺陷出现的原因是复杂多样的，下边从实际应用方面探讨一些提高压铸模具寿命的措施。
1、压铸模具材料的选用
为提高热冲击韧度，目前常用的H13钢的化学成分纯净度要求为:优级钢S含量（质量分数，下同）要小于0.005%；超级H13钢要求S含量小于0、003%；P含量小于0.015%。钢的晶界无共晶碳化物夹杂，大块状的共晶碳化物和杂质强度极小，不能抵抗热疲劳，降低了钢材的塑性，是龟裂发生的起源点。要使用电渣重熔炉的精炼钢，它不仅纯净度高，还具有组织致密、优良的热疲劳抗力、抗热裂性好、优良的韧性及塑性，优良的抛光性、较好的异向同性等性能。钢材的均一性要求材料的组织要均匀，钢坯具备任意方向力学性能同性，不要有纵、横、深方向的性能差异。
正确选用模具材料，采用高强度合金材料可以提高模具使用寿命。优选用抚顺8407、2344、H13、SKD61材料。
2、压铸模具的热处理
H13钢采用高压液氮气冷高真空炉淬火为好，可以有效防止模具表面的脱碳、氧化、变形和开裂把淬火温度升高到1020~1050℃，根据模块材料的尺寸大小，和各个零部件要求的强度和韧性，适当控制温度和保温时间，使合金碳化物充分溶入奥氏体，这样可以减少模具因热处理碳化物溶解不充分，残留在晶界之间而造成的模具龟裂。但要注意钢的临界点Acl和Ac3及保温时间,防止奥氏体粗化。淬火后用不同温度分3次回火。特别注意回火的效果,如果还要进行氮化处理,可以减少一次回火处理。
模具加工时产生的切削应力、电火花放电变质层的应力、和压铸时产生的热疲劳应力，可用退火来减轻或消除。模具应定期退火处理消除应力：第一次去应力退火应安排在淬火之前（退火温度700~750℃）第二次去应力退火应安排在试模合格后的量产之前，再在压铸1万模、3万模时各退火处理一次。，氮化一次可以代替一次退火处理。对H13钢退火消除应力的温度比淬火时最后一次回火的温度低20~40℃保温时间为1.0~1.5h。
合理选择模具的硬度（HRC）,如果硬度偏低，易出现粘模和早期龟裂，如果硬度太高又可能开裂，所以一般建议：锌合金压铸模硬度（HRC）为(HRC)为47~52；中、小型的铝、镁合金压铸模为46~48；尺寸大的铝、镁合金铸件和比较厚或形状复杂件的模具，应适当降低硬度（HRC）为44~46。
对压铸模的型腔表面容易出现粘模的部位和所有的型芯，应选用氮化、碳氮共渗等表面强化处理，以减少粘模或侵蚀。目前使用的KANUC处理的比较多。如需氮化、型面的氮化层总深度应低于0.2~0.3mm，应根据铸件壁厚由厚到薄控制在0.04~0.08mm，且应无化合物白亮层，防止过厚的白亮层碎裂后引起模具龟裂。对容易粘模部位的零件，可以每压铸1~2万模进行一次氮化等表面处理。当模具压铸8~10万模次之后，由于硬度降低容易出现粘模时，也可以进行氮化处理。每次退火和氮化之前、后都要对模具表面进行抛光处理。为防止模具型腔在量产之前出现氧化锈蚀，在试模合格后，应对模具进行530~560℃保湿1.5~2.0H的预氧化热处理。
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3、压铸模具的冷却和加热系统的设计
为了能够调控模具温度，防止模具变形和龟裂，一定要给模具设计冷却、加热温控系统。通常在模具模块的内部开设φ（6~12）mm孔径的管道,在型芯和模块中开设φ（3~12）mm冷却孔,通水进行冷却,通热油进行加热.在没有模温机的压铸厂,也可以使用电加热管(要控制发热温度≤400℃)和测温仪置入模具，进行自动加热来预热模具。
在型腔模块的背面，加工出的φ（6~12）mm孔，此孔要距离型腔表面（25±5）要距离冷却水或加热油通道在50mm以上,插入热电偶连接在压铸机的测温仪器上。
在模具的横浇道、分支浇道、内浇口附近，在铸件厚壁处的型腔、型芯等模具吸收热量比较多的部位要通水冷却。对薄壁处的型腔，对远离内浇口的滑块抽芯，和模具型腔的一些吸收热量少、散热快的部位，要设计用热油或用电加热管加热模具。一般通入的热油温度为200~350℃。注意模具的冷却水通道距离模具表面或模具转角要有足够的距离，以避免这些部位的型面出现早期龟裂或开裂。
模具每个进水管接头要有开关，能控制冷却水的流量，以便调节模具各部位的温度。冷却水管道里出现的锈蚀和集垢，会影响模具的冷却效果，要及时清除。模具外接的管道和接头建议使用铜材和不锈钢材质，以防生锈后堵塞管道。
4、压铸模具的制造加工对模具寿命的影响
模具制造的尺寸精度和配合精度要高，密封接触的配合面，必须密封配合，密封接触的面积要大，防止铝液钻入。尽量避免人为因素造成的烧焊修补处理，因模具烧焊修补过的部位，很容易出现龟裂。
电脉冲放电加工后的型腔表面会产生出一个变质层，这一层的化学成分、金相组织、力学性能$强度、硬度、韧性等都发生了改变，变质层又硬又脆，并有应力和大量的微裂纹，会引起模具早期龟裂；电脉冲或线切割放电精细加工时，应尽量采用低的电流及高的频率，以减小模具表面的过烧深度。使用好的电火花专用油液，可以起到冲洗、冷却、润滑、绝缘、防电离和减轻变质层的作用。放电时浸油比冲油能更好地减轻变质层。无论变质层深浅，它在模具表面均有极大的应力，若不消除其白亮层和残余应力，在使用过程中，模具表面就会较早的产生龟裂、冲蚀和开裂。
模具型腔精加工时，走刀量要小，不要留下刀痕，必要时需留下打磨抛光的余量。模具型腔的所有表面，即使没有留下加工刀痕的表面，都要进行一次打磨抛光，用以消除刀具加工或放电加工产生的硬化层和白亮层。但要注意，打磨时不要让模具局部过热，以防烧伤模具表面和降低模具的硬度。消除硬化层，白亮层和去除应力的方法有：①用油石打磨、研磨抛光、化学溶蚀去除；②喷玻璃丸的方法既可以去除表面熔化凝固层，消除残余拉应力，还可以形成压应力，是目前延缓龟裂的好方法③在不降低硬度的情况下，低温回火也可大幅度降低模具的表面应力。模具型腔表面抛光时，粗糙度要以产品而定：（1）薄壁、表面要求光亮的产品表面位置，型腔表面要适当抛光，表面粗糙度Ra为0.2~0.4μm;(2)厚壁。表面要求一般的产品表面处，型腔表面可抛光，表面粗糙度Ra为0.4~0.8μm(3)一般不要求抛光为镜面要使脱模剂能在模具表面均匀附着,但刀痕一定要抛光,以免模具过早的出现龟裂;(4)要注意交叉打磨,模具表面打磨过的痕迹,不要有明显的打磨方向。
结束语：
提高压铸模具的使用寿命，是一个综合的技术问题，要从以上的要点进行综合性考虑，同时还要根据压铸模具的实用情况，在生产过程中进行适当的定期热处理。
参考文献
[1]提高压铸模使用寿命的生产措施[J]. 夏静. 模具制造. 2012(02)
[2]压铸模具表面强化处理[J]. 庄铮,孙成志,胡新伟. 铸造. 2011(03)
[3]压铸模具材料的性能分析与合理选用[J]. 夏静. 装备制造技术. 2011(10)
论文作者:廖振兴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/17
标签：模具论文; 表面论文; 压铸论文; 应力论文; 龟裂论文; 氮化论文; 硬度论文; 《基层建设》2018年第22期论文;