提高壓鑄模具壽命的措施

李恒揚

（柳州職業技術學院機電工程系，廣西 柳州 545006）

壓鑄模服役條件較為苛刻，工作時反復承受高速（10～20 m/s）、高壓（35～120 Mpa）、高溫（650～700℃）合金液的沖擊和噴涂水基脫模劑的沖擊。因此，對模具在工作中產生的熱疲勞、沖蝕、裂紋、表面壓傷等要有充分的預防措施。

1 大型壓鑄模設計原則

設計大型而復雜的壓鑄模具，要遵循以下幾個準則：

（1）模具結構必須結實，模殼要有足夠的剛性和強度；

（2）型腔部分的零件盡量采用鑲塊，長的零件更應該如此；

（3）模具中的易損零件要便于裝拆和更新；

（4）采用最可靠的鋼材制造型腔和型心并充分注意熱處理工藝，使鋼材達到最佳韌性和硬度；

（5）滑動的零件熱處理后要作表面附加處理，確保不致出現粘?；蛞垃F象；

（6）有良好而合理的模具冷卻系統，自動控溫裝置必不可少；

（7）為減少熱處理后的變形，所有鑲塊的尺寸能小則??；

（8）大模具的滑塊要分成兩件，型心部分需用1.2343或1.2344熱模鋼，而滑塊的延長塊可用1.2311鋼制成，兩者的聯結要緊固可靠，滑塊和模殼的導軌也要用1.2311鋼，熱處理后再氮化處理，保證其耐磨性；

（9）設計大模具的抽芯，其行程應留有充分余地，抽芯的端面應與模殼的外邊緣至少相距50 mm，便于清除碎屑及修理；

（10）鑲塊的成形部分要絕對避免銳角，過渡區應有足夠大的圓弧，一般應在3 mm以上，避免應力集中；

（11）設計大模具時，最好用發泡塑料澆出，避免因立體感不足，待上機裝模時受空間限制無法安裝而返工。

2 壓鑄模材料的選擇

除滿足以上設計要求外，材料的選用是最重要的。在選擇壓鑄模具材料時應滿足以下要求：

2.1 動、定模殼材料選擇

動、定模殼材料可用澆注鋼或鍛鋼，但必須保證其材料化學成分及材料機械性能達到標準，具體參數為：調質后強度為850～1 050 N/mm2；屈服點為630～750 N/mm2；延伸率≥12%；收縮率≥145%；沖擊強度≥40 J/cm2，且材料還需經過超聲波探傷。

2.2 鑲塊材料選擇

鑲塊鋼材一般采用X38CrMoV51或X40Cr-MoV51，并且達到：

（1）材料的金相組織要均勻：為提高熱疲勞強度，應具有高韌性和耐熱性，但韌性和強度常不能兼有，增加合金元素，韌性即下降而耐熱性有所改善。非金屬的夾雜物和偏析也會嚴重影響疲勞強度和韌性。

（2）硬度要足夠高而且均勻：大型模具應定為HRC38～43；中型模具可取 HRC43～47。

（3）回火后的穩定性高：鋼材經熱處理后，在使用過程中能保持長期而穩定的硬度。

（4）高的沖擊韌性：使用中長期不發生裂紋且無塑性永久變形。

（5）質純及低的含硫量。

（6）材料中的碳化鐵成分在退火金相組織中必須分布均勻。

（7）高的抗沖蝕性：在壓鑄模中，熔融金屬以極高速度（50～70 m/s）進入型腔，鋼材表面受到嚴重的沖蝕，造成粘?；蚶瓊?。

（8）良好的焊接性。

3 其他影響

除了設計、材料因素外，在制造過程中的零件毛坯鍛造、工序間的加工余量分配、熱處理方法及后續的處理方法等都對模具的壽命產生一定的影響。

3.1 毛坯鍛造及球化退火處理

為保證壓鑄模內部組織致密，碳化物及流線分布合理，消除材料物理性能方向性，壓鑄模成型零件都需要采用鍛造方法準備毛坯。鋼材必須各向鍛造，在特殊情況下才允許拔長，一般以鍛成方錠為好，各面的加工余量要均勻一致，否則在熱處理時由于出現軟點而引起龜裂。鍛造后的毛坯內部組織變成不穩定的結晶，其硬度高、力學性能差，使得切削困難，內應力大，在加工過程中和隨后的淬火處理時容易產生較大的變形和淬裂現象，因此需及時進行球化退火處理。

3.2 熱處理前的準備

凡模具鑲塊的截面變化不大，加工切削量適中時，采用以下工藝：

（1）在粗加工時應留2～5 mm余量，從大截面至小截面要逐步過渡，圓角不小于10 mm。

（2）在750℃下消除內應力，保溫時間按工件大小決定，爐冷至400℃，然后空氣中冷卻。

（3）對高精度鑄件的模具，粗加工后先加熱消除內應力然后再精加工，并留1～2 mm余量。大模具的圓弧半徑尺不得小于5，否則熱處理時極易開裂。

（4）當工件加工完畢，經檢驗合格后，即可進行熱處理。預熱可分三段進行，即400、650、850℃。

（5）升溫至淬火溫度（1 000～1 020℃），為確保工件完全熱透，保溫時間可按0.15 min/mm決定。

（6）取出工件在5 00℃的鹽浴中急冷，保溫一段時間，進行均勻處理。

（7）進行三次回火作業，每次分兩段加熱，先加熱至400℃，然后加熱至550℃左右，如圖1所示。

（8）最后精加工至圖紙要求的尺寸。

圖1 三次回火作業要求

3.3 表面處理

（1）氧化處理。當模具鑲塊全部加工并熱處理后，在裝配前可再次加熱至較末次回火溫度低50℃，保溫約1小時，使表面形成氧化層。這樣可以防止粘模現象，還降低了模具的傳熱系數，減少模具表層溫度梯度，緩和溫度的交替沖擊。

（2）鹽浴氮化。Tefnieren是軟氮化的一種，一般在570℃左右進行，經氮化后也能防止粘模，表面硬度可達HV900，硬化深度為0.01～0.03 mm，滲透深度可達0.3 mm。

（3）鍍硬鉻。鍍硬鉻對于細長而斜度在1°以下的型心特別有用。鍍鉻層約厚0.03 mm，可防止銹蝕，為使鍍層不易剝落，鋼的基體硬度不允許超過HRC50。該鍍層硬度在室溫時為HV900～1000，在300℃時為HV700。

（4）碳化鎢涂層。用電火花強化模具表面，對防止粘模、沖蝕特別有效，常用于模具的分流器、料筒內孔及內澆注口表面，澆注次數可達10～20萬次。

3.4 模具的冷卻

為提高模具壽命和鑄件的品質，中大型模具必須采用模具自動控溫裝置，對形狀復雜的部位還可以采用熱管吸熱，使無法安置冷卻通道的部位迅速散熱。直接應用水冷卻的模具，冷卻通道應經常用弱酸去除堿性水垢。

3.5 模具使用過程中消除應力

壓鑄模在工作時的急冷急熱會導致模具內產生應力，當積蓄的應力達到或超過材料的許用應力時，就會產生壓縮變形或拉伸變形。壓鑄模使用過程中，數萬次的20～600℃熱循環必將產生熱疲勞，最終出現放射狀龜裂紋，導致模具早期失效。通過在模具使用過程中定期進行回火和再氮化處理，可及時消除內應力，減緩模具龜裂，延長模具壽命。

4 結束語

本文根據壓鑄模具工作的特點及容易使模具產生損傷失效的原因，從模具設計的準則、材料選用、毛坯鍛造、熱處理前的準備等多方面進行分析探討，研究對于提高壓鑄模具壽命具有重要意義。

[1]姜銀方，顧衛星.壓鑄模具工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]馬曉錄，李海平.壓鑄工藝與模具設計[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]林紅旗，任義磊.4Gr5MoV1Si鋼壓鑄模熱處理工藝研究[J].熱加工工藝，2010，39（2）：131-133.