怎樣延長(zhǎng)壓鑄模使用壽命一直是業(yè)界的話題。本文分析了壓鑄模具的失效機(jī)理和影響因素，闡述了壓鑄模模具表面強(qiáng)化處理技術(shù)方式，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和工藝必要性，對(duì)延長(zhǎng)模具使用壽命有借鑒作用。
針對(duì)普遍存在的壓鑄模容易老化、壽命較短的特點(diǎn)，指出選用優(yōu)良的鋼材制作是保證壓鑄模壽命的基本條件。合理設(shè)計(jì)鑄件及壓鑄模、確保壓鑄模具的加工質(zhì)量、規(guī)范的熱處理工藝、壓鑄模具表面強(qiáng)化處理以及壓鑄模使用過(guò)程中規(guī)范的操作能延長(zhǎng)壓鑄模壽命。我公司的壓鑄模長(zhǎng)期使用這些方法后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)H13鋼壓鑄壓鑄模具使用壽命可從8萬(wàn)模次延長(zhǎng)至12萬(wàn)模次左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
關(guān)鍵詞：壓鑄模；壓鑄模具鋼；壓鑄模具加工；
引言
如何延長(zhǎng)壓鑄模壽命一直是壓鑄模具制造商和訂貨方的問(wèn)題。壓鑄模具的材料只占?jí)鸿T模具總成本的10%左右，但是選用壓鑄模具鋼來(lái)提高壓鑄模的使用壽命所產(chǎn)生的效益是非常顯著的。近年來(lái)，合理的選擇壓鑄模成形零件的材料逐漸得到廣泛重視，另外對(duì)壓鑄模進(jìn)行規(guī)范的熱處理以及去應(yīng)力保養(yǎng)、維護(hù)，注重使用過(guò)程中的操作規(guī)范等都對(duì)延長(zhǎng)壓鑄模使用壽命有重要意義。
1 合理選用壓鑄模具鋼
選用優(yōu)良的鋼材進(jìn)行制作是保證壓鑄模壽命的基本條件。自20世紀(jì)50年代起，國(guó)內(nèi)普遍采用原蘇聯(lián)引進(jìn)的3CR2W8V熱作壓鑄模具鋼，一般壓鑄1～2萬(wàn)模次型腔開(kāi)始出現(xiàn)發(fā)絲狀裂紋，壓鑄模壽命為5萬(wàn)模次左右。90年代從美國(guó)引進(jìn)優(yōu)良鋼種H13（4CR5MOSIV1），使用該鋼制作壓鑄模具加之嚴(yán)格的熱處理工藝，所生產(chǎn)的壓鑄模使用壽命可達(dá)15～20萬(wàn)模次，是目前應(yīng)用廣泛的壓鑄模制作鋼材。在以該鋼種為基體的基礎(chǔ)上延伸出多種近似鋼號(hào)，如：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的40CRMOV5；日本（JIS）的SKD61；韓國(guó)（KS）的STD61；德國(guó)（DIN）的X40CRMOV5－1；英國(guó)（BS）的BH13；俄羅斯的4X5MФ1C及一些商業(yè)牌號(hào)8407，QR90，GS－344M等。
H13鋼是一種強(qiáng)硬兼有的空冷硬化型熱作壓鑄模具鋼，主要特征如下：
（1）具有較高的淬透性和韌性；
（2）優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)合可直接水冷；
（3）具有中等耐磨性，可采用滲碳或滲氮工藝來(lái) 提高其表面硬度，但會(huì)略微降低抗熱裂性能；
（4）因其含碳量較低，回火時(shí)二次硬化性能較差；
（5）在較高溫度下具有抗軟化能力（熱硬性），但 使 用 溫 度 高 于540℃時(shí) 硬 度 會(huì) 迅速下降；
（6）熱處理過(guò)程中穩(wěn)定性好，變形?。?/span>
（7）良好的切削加工性；
（8）中等抗脫碳能力。
H13鋼的含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0.5%以下，另含CR、W、MO、V等合金元素，鋼中含cr量為5.0%左右，它與其他碳化物形成的組織使鋼材具有較高的淬透性和熱硬性。因此，該鋼在空冷條件下能夠淬硬，其大淬火硬度在55HRC左右。
2 合理設(shè)計(jì)鑄件及壓鑄模具
鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理，導(dǎo)致壓鑄模具中存在細(xì)薄的截面（見(jiàn)圖2）以及鑄件壁厚不均勻（見(jiàn)圖3），往往造成壓鑄模具早期裂紋。斜度值設(shè)計(jì)得不合理會(huì)引起抽芯、開(kāi)模后取件時(shí)的擦傷。型腔壁面交界處的倒角偏小會(huì)造成應(yīng)力集中裂紋。在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如流向、截面積、壓射速度等控制不當(dāng)，會(huì)造成對(duì)型腔或型芯的沖蝕。由于過(guò)于注重控制成本節(jié)約鋼材，造成壓鑄模具剛性不足，導(dǎo)致壓鑄模具構(gòu)件早期變形或斷裂的情況也時(shí)有發(fā)生。因裝配尺寸過(guò)緊，容易形成較大的預(yù)應(yīng)力，在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中壓鑄模具出現(xiàn)爆裂（見(jiàn)圖4）。壓鑄模具制造過(guò)程中各構(gòu)件配合精度等級(jí)選擇不當(dāng)，壓鑄時(shí)鋁液進(jìn)入其中，使壓鑄模具過(guò)早失去應(yīng)有的精度。
在壓鑄模設(shè)計(jì)中，盡可能地減少鑲拼，可以顯著增強(qiáng)型腔整體的剛度?？紤]到壓鑄模工作狀況復(fù)雜惡劣，確保壓鑄模具工作狀態(tài)的熱平衡非常重要。為了使壓鑄模具的工作溫度穩(wěn)定，需要在動(dòng)、定模上分別設(shè)計(jì)合理的冷卻系統(tǒng)（見(jiàn)圖5、圖6）。在同一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)壓鑄模具溫度也經(jīng)歷驟升、驟降的變化，由于鑄件壁厚存在差別，平衡溫度一般控制在合金澆注溫度的35%～45%。
3 確保壓鑄模具加工質(zhì)量
壓鑄模具在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱，會(huì)引起表面出現(xiàn)磨削裂紋。此外由于磨削應(yīng)力的存在，也會(huì)降低壓鑄模具的抗熱疲勞能力。型腔表面，特別是澆道表面粗糙處或型面有少量擦傷及劃線痕跡處，都是潛在的裂紋源。在使用電火花機(jī)床進(jìn)行精加工過(guò)程中，由于局部高溫形成表層下的回火區(qū)，該區(qū)的組織及化學(xué)成分與基體不同，硬度高，加上表面殘余應(yīng)力的存在，拋光處理不到位就可能在壓鑄模具使用早期形成細(xì)微裂紋（見(jiàn)圖7）。壓鑄模具與壓鑄機(jī)之間的安裝精度，包括平行度和垂直度，皆可能引起導(dǎo)向件的異常磨損或頂出困難，影響鑄件外觀（見(jiàn)圖8）的同時(shí)造成壓鑄模的損傷。
4 合理規(guī)范熱處理工藝
壓鑄壓鑄模具的材料應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性，這樣才有可能獲得高的熱疲勞抗力和耐磨性。另外由于壓鑄模具精度和復(fù)雜程度的不同，在熱處理工藝規(guī)程安排上，淬火工序放在一次去應(yīng)力退火后可通過(guò)后續(xù)加工淬火變形及裂紋（見(jiàn)圖9、圖10）。
壓鑄鋅、鋁、鎂合金時(shí)，壓鑄模與金屬液接觸部分的零件一般熱處理硬度為44-48HRC，壓鑄銅合金時(shí)硬度為38-42HRC。壓鑄模使用前需經(jīng)過(guò)應(yīng)力處理。我公司使用H13材質(zhì)作為模芯壓鑄模，一般5000-10000模次之間進(jìn)行一次去應(yīng)力回火，以后每15000-20000模次進(jìn)行一次去應(yīng)力處理，去應(yīng)力回火的溫度比原回火溫度低30-50。
5 壓鑄模具表面強(qiáng)化處理
表面強(qiáng)化處理是對(duì)材料表面施加極高的能量，使其發(fā)生物理—化學(xué)變化，以達(dá)到強(qiáng)化的目的。其主要特點(diǎn)是：工序簡(jiǎn)單，過(guò)程迅速，零件變形小，生產(chǎn)效率高。其中采用電火花表面強(qiáng)化工藝是一項(xiàng)減少表面沖蝕、防止金屬與模面咬合、延長(zhǎng)使用壽命的有效途徑之一。表面強(qiáng)化處理過(guò)程中通過(guò)脈沖電路放電，使連接電路的正、負(fù)（金屬工件）極做周期性的接觸，引起氣隙放電，形成火花與高溫。在高溫作用下，升華后的正極材料在工件表面完成重熔、沉積、擴(kuò)散、化合及淬硬的過(guò)程，使被涂覆的工件表面形成一層成分均勻、結(jié)構(gòu)致密并且硬度高的沉積層。沉積層與基體結(jié)合牢固、耐沖擊、不易剝落，并且由于強(qiáng)化處理時(shí)工件處于冷態(tài)，放電點(diǎn)小，時(shí)間短，無(wú)退火及變形。我公司通過(guò)將２套經(jīng)表面強(qiáng)化處理的壓鑄模具與普通壓鑄模具進(jìn)行對(duì)比，無(wú)論在耐蝕性、耐熱性還是耐磨性方面都表現(xiàn)出較好使用效果和較長(zhǎng)的使用壽命，可延長(zhǎng)壓鑄模具使用壽命約1-2萬(wàn)模次。
6 壓鑄模操作規(guī)范
6.1壓鑄模具預(yù)熱及保持熱平衡
壓鑄模具中應(yīng)力的大小與壓鑄模具中的溫度梯度成正比，因此適當(dāng)提高預(yù)熱溫度是非常有必要的。但是過(guò)高的預(yù)熱溫度使型腔表面材料的屈服強(qiáng)度降低，對(duì)壓鑄模具抗熱疲勞性能不利。此外壓鑄模具在生產(chǎn)過(guò)程中，保持熱平衡狀態(tài)是延長(zhǎng)壓鑄模具壽命、提高生產(chǎn)效率和保障鑄件致密性的重要手段。對(duì)于冷卻水的使用必須是連續(xù)的，禁止在生產(chǎn)過(guò)程中突然打開(kāi)或關(guān)閉冷卻水。在操作過(guò)程中的節(jié)奏性和連續(xù)性，都可為保持壓鑄模具佳熱平衡狀態(tài)創(chuàng)造條件。
6.2壓鑄模具涂料使用
涂料的使用對(duì)保護(hù)壓鑄模具材料起到重要的作用。涂料未能均勻涂覆的地方往往就是侵蝕嚴(yán)重的地方。涂料在噴涂到高溫模腔中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的蒸汽壓力，引起脫離和濺落，不易吸附于型面上充分潤(rùn)濕型面。佳方案就是提高噴涂壓力，使噴涂時(shí)液滴得到較高的動(dòng)能，克服液滴的凝聚現(xiàn)象，到達(dá)均勻涂覆型面的目的。
6.3壓鑄模具檢修保養(yǎng)
定期對(duì)使用過(guò)程中的壓鑄模具進(jìn)行檢修保養(yǎng)至關(guān)重要，在生產(chǎn)過(guò)程中由于支撐板、套板、抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)等的變形，以及緊固螺栓的松動(dòng)都是導(dǎo)致壓鑄模具早期破壞的重要原因。
6.4壓鑄模的安裝與使用操作規(guī)范
（1）壓鑄模在使用前，首先閱讀壓鑄模具資料中附帶的說(shuō)明書(shū)和注意事項(xiàng)，了解壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)，尤其是壓鑄模具上各個(gè)滑塊的運(yùn)動(dòng)次序。
（2）新壓鑄模具打開(kāi)動(dòng)、定模，擦凈壓鑄模具上的污物及銹蝕，檢查型腔內(nèi)壁有無(wú)拋光不徹底的地方；檢查壓鑄模具活動(dòng)部分，如：滑塊、推桿、復(fù)位桿等位置是否準(zhǔn)確、有無(wú)傾斜現(xiàn)象，固定的零件有無(wú)相對(duì)竄動(dòng)；檢查型面、型芯、導(dǎo)柱、斜導(dǎo)柱和油缸等，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋等缺陷。
（3）接入冷卻水，檢查冷卻水管路是否暢通，有無(wú)滲漏現(xiàn)象；檢查油缸與滑塊連接處（見(jiàn)圖11）是否安裝正確，結(jié)構(gòu)可靠，動(dòng)作靈活。
（4）使用前必須對(duì)壓鑄模具進(jìn)行預(yù)熱，我公司一般使用灌裝液化氣，通過(guò)火焰噴槍加熱壓鑄模具。不允許合模直接澆入合金液進(jìn)行加熱，預(yù)熱溫度控制在180～220℃。
（5）拆卸壓鑄模具上活動(dòng)部分或小型芯時(shí)，只允許使用軟的銅、鋁、鉛棒或橡皮榔頭輕輕敲擊，避免損傷模腔。
（6）壓鑄模具長(zhǎng)期不使用時(shí)，應(yīng)清理壓鑄模具上各處附著的鋁皮，擦洗干凈表面，零部件上涂覆防銹油。
（7）壓鑄至一定模次后，定期對(duì)壓鑄模具進(jìn)行去應(yīng)力處理。
7 結(jié)論
在延長(zhǎng)壓鑄模壽命的所有因素中，選擇的制作材料是基礎(chǔ)，規(guī)范的熱處理是關(guān)鍵，使用過(guò)程中及時(shí)有效地維護(hù)、保養(yǎng)是主要途徑。通過(guò)控制影響壓鑄模壽命的多個(gè)因素，可以有效地發(fā)揮壓鑄模的性能，避免壓鑄模過(guò)早老化，延長(zhǎng)壓鑄模壽命。
