如何有效提高壓鑄模具的壽命（上）

壓鑄模具是一種重要的工藝裝備，其使用性能的好壞，壽命的高低，直接影響壓鑄廠家產(chǎn)品的質(zhì)量，更新?lián)Q代的速度，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，世界各國(guó)都在不斷地研究如何提高壓鑄模具的韌化強(qiáng)度、縮短制造周期、提高質(zhì)量、延長(zhǎng)壽命。

根據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)目前每年約消耗10萬(wàn)噸模具鋼，其中屬于合金鋼的模具約6萬(wàn)噸，每年模具產(chǎn)值約20億元，這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)字。但是，我們的現(xiàn)狀是，選材不當(dāng)，工藝落后，使用不合理，管理水平低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)發(fā)展形勢(shì)的需要。近年來(lái)，隨著壓鑄技術(shù)水平的提高，高效率，高性能壓鑄機(jī)的出現(xiàn)，己使壓鑄生產(chǎn)由單機(jī)自動(dòng)化，轉(zhuǎn)向于多道工序聯(lián)動(dòng)操作，組成平行作業(yè)流水生產(chǎn)線。在這種形勢(shì)下，如果由于模具壽命配合不上，就不可能協(xié)調(diào)一致地組織好生產(chǎn)進(jìn)程，難以發(fā)揮壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高的最大優(yōu)勢(shì)，達(dá)不到最高的經(jīng)濟(jì)效益，甚至帶來(lái)巨大的損失。因此模具的壽命問(wèn)題，已成為各種矛盾的焦點(diǎn)。

1.壓鑄模具使用壽命的定義

壓鑄模具由于受到了磨損，沖蝕、腐蝕及熱疲勞等原因而導(dǎo)致變形、破裂、粘著、龜裂，在鑄件上形成毛刺、飛邊、脫皮、傷痕、劃痕、粗糙以及尺寸偏差等現(xiàn)象后，不能再進(jìn)行修復(fù)而在報(bào)廢之前，所加工出來(lái)的零件數(shù)量，稱(chēng)為模具的使用壽命。對(duì)于模具本身來(lái)說(shuō)，有其正常的壽命水準(zhǔn)，如果一幅模具，通過(guò)精心設(shè)計(jì)，注意維護(hù)保養(yǎng)，正常使用的條件下，達(dá)到了國(guó)內(nèi)外相比的相對(duì)壽命指標(biāo)以后，出現(xiàn)的破壞，則屬于正常的壽命范疇。如果是早期失效，則說(shuō)明了現(xiàn)有的材料和工藝的潛力未能得到充分地發(fā)揮，則應(yīng)該查找原因，尋找對(duì)策。

2影響壓鑄模具壽命的因素

影響模具壽命的因素眾多，既有外因也有內(nèi)因。

外因指的是模具工作時(shí)的外界環(huán)境，其中包括：工作條件，設(shè)備條件，使用過(guò)程中的維護(hù)、保養(yǎng)，被加工零件的材料，壁厚、尺寸，形狀等等。

內(nèi)因所指的是：模具本身材質(zhì)的冶金質(zhì)量、機(jī)械加工工藝規(guī)范、熱加工工藝制度，其中包括毛坯鍛造及熱處理以及模具結(jié)構(gòu)的合理性、工藝設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性以及配合精度的確切性等等。如果我們對(duì)以上所提到的各個(gè)方面都處理得當(dāng)，模具的耐用性會(huì)得到確切的保障。

3提高壓鑄模具壽命的基本途徑

3. 1首先要選用優(yōu)質(zhì)的模具鋼

壓鑄模具毛坯在鍛造時(shí)出現(xiàn)斷裂，或在淬火時(shí)出現(xiàn)工藝缺陷以及使用時(shí)降低其承載能力等，都與鋼材的冶金質(zhì)量發(fā)生密切的關(guān)系。

3. 2采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝

模具毛坯進(jìn)行鍛造有兩種目的：首先是碳化物均勻分布，加熱時(shí)阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，降低鋼對(duì)過(guò)熱的敏感性。由于均勻分布的碳化物硬度極高，顯著地提高了鋼的耐磨性和抗咬合能力，也增強(qiáng)了鋼的塑性變形抗力。其次是形成合理的流線分布，使材料在力學(xué)性能上以及淬火變形的趨向方面，不會(huì)出現(xiàn)明顯的差別。

3. 3精心設(shè)計(jì)壓鑄模具的結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容極為豐富，可以從鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析著手。

由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理，導(dǎo)致模具中存在著細(xì)薄的截面，成為斷裂的根源。

斜度值的不合理，引起抽芯，開(kāi)?；蛉〖r(shí)的擦傷。型腔壁面交界處的倒角，稍有疏漏，造成應(yīng)力集中裂紋。

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在流向、截面積、壓射速度等控制不當(dāng)，造成對(duì)型壁或型芯的沖蝕。

金屬液進(jìn)入型腔后形成的渦流，由于渦心部分的流速為無(wú)窮大，對(duì)模面起到強(qiáng)烈的鏤蝕作用，造成局部拉毛。

模具的剛度不足，由于片面地強(qiáng)調(diào)節(jié)約鋼材，導(dǎo)致早期變形或斷裂的情況，時(shí)有發(fā)生。

在各構(gòu)件配合精度等級(jí)如選用不當(dāng)，或者是由于有余隙的存在，引起導(dǎo)熱率的下降，過(guò)早地產(chǎn)生熱疲勞，或者是由于裝配尺寸過(guò)緊，形成予應(yīng)力，壓鑄過(guò)程中模具出現(xiàn)爆裂。

在現(xiàn)代的模具結(jié)構(gòu)中已考慮采用快速頂出機(jī)構(gòu)，在這里，一方面固然是為了提高生產(chǎn)效率的需要。但是從另一個(gè)角度來(lái)看，也是為了減少鑄件的留模時(shí)問(wèn)，為卸除模具材料的熱載荷而設(shè)計(jì)的。

3. 4合金熔煉，保溫過(guò)程中的有關(guān)控制

壓鑄模具型面在高速金屬流的沖刷下，產(chǎn)生熱沖蝕。凡是出現(xiàn)沖蝕的部位，都會(huì)使鑄件的尺寸精度和表面光潔度有所下降，甚至于使該處與鋅合金壓鑄件咬合，影響順利出模。為此，控制溫度參數(shù)，其中包括合金溫度的掌握以及控制壓鑄模具始終處于熱平衡狀態(tài)，至關(guān)重要。

此外合金中的氣體問(wèn)題，在壓鑄這樣一個(gè)高速、高壓充型特定的環(huán)境下，隨著金屬液流的噴濺而產(chǎn)生爆裂，出現(xiàn)了對(duì)模具的氣蝕問(wèn)題，在型面上留下麻點(diǎn)，在這方面應(yīng)予以重視。為此對(duì)合金進(jìn)行精煉除氣，一方面乃是出于凈化合金液的需要，而在避免產(chǎn)生氣蝕作用，防止模面上形成麻點(diǎn)也是有益的。

合金中含鐵量的控制，對(duì)于防止粘模至關(guān)重要。在這個(gè)問(wèn)題上，除了涂料能起到一部分作用外，合金中合適的含鐵量的控制，值得注意。

3．5采用最佳的壓鑄模具熱處理規(guī)范

作為壓鑄模具的材料必須具有較高的熱強(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。作為鋅合金壓鑄用的模具材料，當(dāng)前比較適用的仍是屬于國(guó)內(nèi)最為普遍采用的鎢系高熱強(qiáng)模具鋼。其鍛造性能好，在機(jī)械加工性能及熱處理工藝性能上也較佳。但如果由于熱處理工藝不當(dāng)，在壽命問(wèn)題上常常會(huì)出現(xiàn)大起大落的現(xiàn)象。其中以淬火與回火的工藝，尤其要求嚴(yán)格掌握，直接影響到模具熱疲勞抗力，熱強(qiáng)性和回火抗力。

目前大部分工廠對(duì)壓鑄模具所取的淬火溫度為1050-1100 ℃，進(jìn)一步提高淬火溫度的呼聲很高，但是也其有利弊。眾所周知，隨著淬火溫度的提高，其有利方面如下：

1)更多的碳化物溶入奧氏體，將使淬火后的馬氏體具有較高的回火穩(wěn)定性，熱強(qiáng)度，耐磨性和耐疲勞性能也均相應(yīng)地提高；

2)一定程度上減少碳化物帶狀偏析，減輕了剩余碳化物對(duì)基體的切割作用。也改善了材料性能上的方向性，并使剩余碳化物變得更少、小、勻和圓態(tài)，提高強(qiáng)韌性。

3)使板條馬氏體數(shù)量增加，提高強(qiáng)韌性，降低裂紋的擴(kuò)展速度。

但是有其不利的一面：

1)晶粒粗化，使模具韌性下降。

2)模具更易變形。

3)模具表面更易氧化脫碳。

權(quán)衡利弊，對(duì)壓鑄模具來(lái)說(shuō)，其主要失效形式是熱疲勞和熱沖蝕，因此高溫強(qiáng)度，硬度和回火抗力比韌性更為重要，提高淬火溫度將可進(jìn)一步發(fā)揮鋼材作為壓鑄模具材料的潛力，至于模具的變形和氧化脫碳，可通過(guò)相應(yīng)的措施予以解決。例如在淬火加熱時(shí)采用兩次預(yù)熱，其目的是減少模具到溫的時(shí)間差，縮短高溫保溫時(shí)間，以減輕由于高溫加熱而帶來(lái)的弊端；又如采用二次分級(jí)淬火或等溫淬火，則可減少變形：其他如加強(qiáng)鹽浴脫氧或在有保護(hù)性氣氛的箱式爐中加熱，可避免氧化脫碳等。