提高壓鑄模具壽命的措施
致使壓鑄模失效的主要原因是：①熱脹冷縮的交變應力，長期頻繁的反復循環，在模具表面出現熱疲勞龜裂紋;②由于熱應力及機械應力引起的模具整體開裂、破損;③在壓射力和熱應力的作用下，模具會在強度最薄弱處萌生裂紋，使型腔碎裂;④化學腐蝕、機械磨損、沖刷侵蝕、熔損侵蝕造成的模具侵蝕;⑤受到鎖模、插芯壓力和充填壓力作用使模具產生的塑性變形。這些模具失效缺陷出現的原因是復雜多樣的，下邊從實際應用方面探討一些提高壓鑄模具壽命的措施。
1 壓鑄模具材料的選用
為提高熱沖擊韌度，目前常用的H13鋼的化學成分純凈度要求為：優級鋼S 含量(質量分數，下同)要小于0.005%;超級H13 鋼要求S 含量小于0.003%;P含量小于0.015%。鋼的晶界無共晶碳化物夾雜，大塊狀的共晶碳化物和雜質強度極小，不能抵抗熱疲勞，降低了鋼材的塑性，是龜裂發生的起源點。要使用電渣重熔爐的精煉鋼，它不僅純凈度高，還具有組織致密、優良的熱疲勞抗力、抗熱裂性好、優良的韌性及塑性，優良的拋光性、較好的異向同性等性能。鋼材的均一性要求材料的組織要均勻，鋼坯具備任意方向力學性能同性，不要有縱、橫、深方向的性能差異。
正確選用模具材料，采用高強度合金材料可以提高模具使用壽命。優選用瑞典8407、德國2344、美國H13 (4Gr5MoVlSi)、日本SKD61 材料。日本日立的DAC55、ZHD435 在高硬度時有很好的韌性及抗高溫強度，模具壽命也很高。
2 壓鑄模具的熱處理
采用不同的熱處理工藝會使壓鑄模品質性能不一樣。H13 模具鋼的熱處理工藝和熱處理后的金相組織應參照北美壓鑄學會(NADCA 207—2003)的規定。建議由模具鋼材生產商負責模具的熱處理，避免因為材料和熱處理的廠家不同而引起品質不同。
H13 鋼采用高壓液氮氣冷高真空爐淬火為好，可以有效防止模具表面的脫碳、氧化、變形和開裂。把淬火溫度升高到1020～1050℃，根據模塊材料的尺寸大小，和各個零部件要求的強度和韌性，適當控制溫度和保溫時間，使合金碳化物充分溶人奧氏體，這樣可以減少模具因熱處理碳化物溶解不充分，殘留在晶界之間而造成的模具龜裂。但要注意鋼的臨界點Acl和Ac3及保溫時間，防止奧氏體粗化。淬火后用不同溫度分3 次回火，特別注意回火的效果，如果還要進行氮化處理，可以減少一次回火處理。
模具加工時產生的切削應力、電火花放電變質層的應力、和壓鑄時產生的熱疲勞應力，可以通過退火來減輕或消除。模具應定期退火處理消除應力：第一次去應力退火應安排在淬火之前(退火溫度700～750℃)，第二次去應力退火應安排在試模合格后的量產之前，再在壓鑄1 萬模、3 萬模時各退火處理一次，氮化一次可以代替一次退火處理。對H13 鋼退火消除應力的溫度比淬火時最后一次回火的溫度低20～40℃，保溫時間為1.0～1.5 h。
合理選擇模具的硬度(HRC)，美國AISI H13 ESR類材料用于壓鑄模具，如果硬度偏低，易出現粘模和早期龜裂，如果硬度太高又可能開裂，所以一般建議：鋅合金壓鑄模硬度(HRC)為47～52;中、小型的鋁、鎂合金壓鑄模為46～48;尺寸大的鋁、鎂合金鑄件和比較厚或形狀復雜件的模具，應適當降低硬度(HRC)為44~46。日立的DAC55、ZHD435 及一勝百的DIEVAR鋼在高硬度時有很好的韌性及高溫強度，應用時硬度(HRC)可以比H13 提高2～4。
對壓鑄模的型腔表面容易出現粘模的部位和所有的型芯，應選用氮化、碳氮共滲等表面強化處理，以減少粘模或侵蝕。目前使用日本的KANUC 處理的比較多。如需氮化，型面的氮化層總深度應低于0.2～0.3mm，應根據鑄件壁厚由厚到薄控制在0.04～0.08mm，且應無化合物白亮層，防止過厚的白亮層碎裂后引起模具龜裂。對容易粘模部位的零件，可以每壓鑄1～2 萬模進行一次氮化等表面處理。當模具壓鑄8～10 萬模次之后，由于硬度降低容易出現粘模時，也可以進行氮化處理。每次退火和氮化之前、后都要對模具表面進行拋光處理。為防止模具型腔在量產之前出現氧化銹蝕，在試模合格后，應對模具進行530～560℃保溫1.5～2.0 h 的預氧化熱處理。
3 壓鑄模具的設計
壓鑄件壁厚應盡量均勻(一般小件厚度為2.5±1mm，中件厚度為3.0±1 mm，大件厚度為4.0±1mm)，棱角過渡要有圓角或斜坡以減小應力集中，可使用筋條結構消除鑄件形成的熱節。過厚的壓鑄件內部組織晶粒粗大，會形成氣孔、縮松、氧化、內部裂紋，并伴隨有應力源產生，以致其強度和耐用性能會低于加強筋輔助結構形成的產品。
模具的易龜裂部位和易損傷部位盡量采取鑲件結構，損壞后便于維修和更換。但成型零件上的鑲拼孔，包括型芯孔至模具的邊緣或附近的另一孔的距離不要太小，并且鑲拼孔的內角要有較大的圓倒角，以免成為模具早期龜裂的薄弱部位。
提高模具設計剛性，要分析模具型腔各個部位的受力情況。型腔受到的力有合金液充填時的壓力、脹型力、沖擊力，還有脫模時的拉力、摩擦力，溫度高低變化產生的熱應力，開合模、抽插芯時受到的壓力、拉力、預緊力等。設計時要使模具中各組件、各部位都具有足夠的厚度、寬度，使模具有足夠的剛性以承受各種應力。還要使這些受力達到適當的平衡(這一點很重要)，以防止模具變形、開裂。制造時注意模具的細薄截面、模塊的凹角根部是模具出現斷裂的敏感部位，要保證其配合精度，如果模塊配合的預緊力過大，它會把合模力集中到一點上，這是模具出現大面積斷裂的主要因素。
為了較好的預防模具出現整體變形。正確設計模具型腔的受力中心位置，使其盡量靠近壓鑄機的受力中心。動模背后的兩個墊塊要盡量支撐在模具的型腔鑲塊上，不要只支撐在型腔鑲塊外的套板上;動模背后中間的支撐柱或支撐塊的支撐面積要足夠大，否則會使支撐塊的端面(甚至使壓鑄機的模具安裝板面)，容易被壓變形而失去支撐的效果。
模具上有凹角的部位容易產生應力集中。產品轉角處盡量要有較大的過渡圓角，避免出現窄而深的凹角、凹槽。鋁、鎂合金壓鑄模具的型腔轉角半徑應大于1.0 mm，表面粗糙度要小，避免圓角處早期開裂。在內澆口附近，盡量加大圓角半徑，能夠較好的延緩模具早期龜裂紋的出現。合理選用鑲塊、活動滑塊組合結構，避免模塊上出現較銳的尖角;并使鑲拼接觸密封面的結合面積要比較大，要使滑塊出現退讓時，也不會出現鋁水從密封面竄入到滑塊的導滑槽里;為防止運動卡滯，滑塊的側面使用斜面配合。
正確設計澆注系統，設計內澆口的位置和充填流向時，盡量防止高速充填的鋁水正面噴射沖擊到型壁或型芯。設計內澆口截面大小時，如果選用的壓射充填速度太高，有大量的動能減速后轉變成熱能傳遞到模具上，使模具溫度升高，促使模具出現粘模、龜裂、沖蝕缺陷。壓鑄鋁水的最大充填速度不應超過56m/s，充填速度以≤46 m/s 為好。設計內澆口的厚度時，在保證產品表面品質的情況下，還是選用厚而大一點的內澆口為好，這樣可以增加流量，又不增加對模具的沖擊力。
要正確選擇各組件的配合公差和表面粗糙度，因模具受熱不均勻和膨脹不均勻，會使配合公差產生變化，會使部件運動失靈而導致模具表面損傷，也會使動、定模套板之間的合模間隙增加，引起飛邊和飛料。為防止飛料，在分型面上，動、定模型腔鑲塊平面應比動定模套板平面略高，一般在0～0.080 mm 范圍內，特別要求緊密合模后，動、定模套板的間隙要在0.030～0.100mm 范圍內。在套板上的排氣道最淺處的深度為0.12～0.15 mm，它一定要包括合模后動、定模套板的間隙。只有這樣才能防止飛邊、飛料和粘模。盡量讓套板各部位的分型面與模塊的分型面一致，從模塊到套板一樣平齊，減少分型面的臺階，便于排氣和防止飛邊粘模。
盡量不要在內澆口附近的型腔平面上設置產品的字樣、標記和頂桿。這些都會引起模具過早的龜裂，也會使字樣標記過早的變得不清晰。
盡量利用-Q2圖，使模具能夠很好的與壓鑄機進行匹配，提高產品的合格率和生產效率，延長模具的使用壽命。
4 壓鑄模具的冷卻和加熱系統的設計
為了能夠調控模具溫度，防止模具變形和龜裂，一定要給模具設計冷卻、加熱溫控系統。通常在模具模塊的內部開設(6～12)mm孔徑的管道，在型芯和模塊中開設(3～12)mm 冷卻孔，通水進行冷卻，通熱油進行加熱。在沒有模溫機的壓鑄廠，也可以使用電加熱管(要控制發熱溫度≤400℃) 和測溫儀置λ模具，進行自動加熱來預熱模具。
在型腔模塊的背面，加工出(6～8)mm 的孔，此孔要距離型腔表面(25±5)mm，要距離冷卻水或加熱油通道在50 mm 以上，插入熱電偶連接在壓鑄機的測溫儀器上。
在模具的橫澆道、分支澆道、內澆口附近，在鑄件厚壁處的型腔、型芯等模具吸收熱量比較多的部位要通水冷卻。對薄壁處的型腔，對遠離內澆口的滑塊抽芯，和模具型腔的一些吸收熱量少、散熱快的部位，要設計用熱油或用電加熱管加熱模具。一般通入的熱油溫度為200～350℃。注意模具的冷卻水通道距離模具表面或模具轉角要有足夠的距離，以避免這些部位的型面出現早期龜裂或開裂。
模具每個進水管接頭要有開關，能控制冷卻水的流量，以便調節模具各部位的溫度。冷卻水管道里出現的銹蝕和集垢，會影響模具的冷卻效果，要及時清除。模具外接的管道和接頭建議使用銅材和不銹鋼材質，以防生銹后堵塞管道。
5 壓鑄模具的制造加工對模具壽命的影響
模具制造的尺寸精度和配合精度要高，密封接觸的配合面，必須密封配合，密封接觸的面積要大，防止鋁液鉆入。盡量避免人為因素造成的燒焊修補處理，因模具燒焊修補過的部位，很容易出現龜裂。
電脈沖放電加工后的型腔表面會產生出一個變質層，這一層的化學成分、金相組織、力學性能( 強度、硬度、韌性) 等都發生了改變，變質層又硬又脆，并有應力和大量的微裂紋，會引起模具早期龜裂;電脈沖或線切割放電精細加工時，應盡量采用低的電流及高的頻率，以減小模具表面的過燒深度。使用好的電火花專用油液，可以起到沖洗、冷卻、潤滑、絕緣、防電離和減輕變質層的作用。放電時浸油比沖油能更好地減輕變質層。無論變質層深淺，它在模具表面均有極大的應力，若不消除其白亮層和殘余應力，在使用過程中，模具表面就會較早的產生龜裂、沖蝕和開裂。
模具型腔精加工時，走刀量要小，不要留下刀痕，必要時需留下打磨拋光的余量。模具型腔的所有表面，即使沒有留下加工刀痕的表面，都要進行一次打磨拋光，用以消除刀具加工或放電加工產生的硬化層和白亮層。但要注意，打磨時不要讓模具局部過熱，以防燒傷模具表面和降低模具的硬度。消除硬化層、白亮層和去除應力的方法有：①用油石打磨、研磨拋光、化學溶蝕去除;②噴璃丸的方法既可以去除表面熔化凝固層，消除殘余拉應力，還可以形成壓應力，是目前延緩龜裂的好方法;③在不降低硬度的情況下，低溫回火也可大幅度降低模具的表面應力。模具型腔表面拋光時，粗糙度要以產品而定：①薄壁、表面要求光亮的產品表面位置，型腔表面要適當拋光，表面粗糙度Ra 為0.2～0.4μm;②厚壁、表面要求一般的產品表面處，型腔表面可拋光，表面粗糙度Ra 為0.4～0.8μm;③一般不要求拋光為鏡面，要使脫模劑能在模具表面均勻附著，但刀痕一定要拋光，以免模具過早的出現龜裂;④要注意交叉打磨，模具表面打磨過的痕跡，不要有明顯的打磨方向。
6 壓鑄工藝和生產操作對壓鑄模具壽命的影響
增加壓鑄鋁合金中的鐵含量，可以有效地減輕粘模程度，一般要求鋁合金的鐵含量≤1.5%，實際生產中鋁水的鐵含量控制在0.65%～0.90%范圍內為好。在壓鑄過程中鋁液溫度波動應在±10℃之內，ADCl2鋁合金春、秋季澆注溫度建議小于660℃，冬、夏季溫度可以上下變化10℃，這樣可以消除季節性的缺陷。模具內澆口附近容易龜裂、侵蝕，遠離內澆口的部位不容易龜裂、侵蝕，這主要是因為在內澆口附近，高溫的鋁水傳遞給模具的熱量比較多，致使模具溫度比較高。所以在不影響產品品質的前提下，應盡量降低鋁水的澆注溫度。
在滿足成形情形下，盡量使用比較低的低速壓射速度和高速壓射速度。充填速度過高會造成粘模、沖蝕、龜裂;當低速壓射速度較高使金屬液包裹較多的氣體時，氣體在高速壓射進入型腔中的低壓區會膨脹，氣體膨脹產生爆破，氣體帶動鋁液以很高的速度沖擊、侵蝕型腔表面，造成型腔表面氣蝕缺損(這種氣蝕在溢流槽澆口處也會出現)，被氣蝕的表面也會有裂紋產生。
在滿足成形良好的條件下，盡可能選用較小的壓力。可以觀察殼形和圓形產品，在模具壓鑄幾萬模之后，在產品同一部位的外表面比內表面龜裂紋大出很多，這說明在相同的條件之下，模具受到鋁液包裹擠壓與膨脹拉伸的力量方向不同，致使模具出現龜裂的缺陷大小相差很大;特別是在模具型腔的凹角處，拉伸和熱應力都會集中在這里，凹角處會過早的出現龜裂和開裂裂紋;而在模具的凸角和型芯表面受到擠壓和熱沖擊力，雖然會出現粘模，但出現應力集中情況很小，模具不容易出現龜裂。可見鋁液壓力的大小和受力方向對模具龜裂的影響是很大的，有時為了配套不容易出現龜裂模塊的壽命，可以采用比較好的模具材料或熱處理的方法，來提高容易龜裂模塊的壽命。
壓鑄時模具表面溫度由100℃上升到610℃，比200℃上升到610℃容易引起龜裂，表面溫度由200℃上升到680℃，比200℃上升到610℃更容易引起龜裂;模具在500℃以上保持6 s比保持3 s也是更容易引起龜裂，所以一定要使模具承受的溫度低、溫差變化量比較小、處于高溫的時間短。一般產品壓鑄開模后的2～3 s時測量模具表面的溫度(或用熱電偶測量模具內部溫度) 應不高于澆注的合金液溫度的40%～45%，即鋁合金模具溫度應小于320℃，以200～280℃為好。合模時模具表面的溫度應不低于合金澆注溫度的20%，一般以130～210℃為好。
壓鑄鋁合金模具預熱至180～300℃再澆注壓射，比用鋁液直接澆注壓射來預熱模具，能延緩模具表面龜裂紋的出現。因為用鋁液直接澆注壓射來預熱模具，模具表面承受到的溫度差比較大。模具預熱后壓鑄的前10～20 模鑄件，要使用低速壓射，以減小鋁液與模具接觸的緊密程度，降低熱量傳遞給模具的速度，達到緩慢加熱的目的。
壓鑄操作時均勻噴涂脫模劑，可以減輕鋁液對模具的粘模和磨損。為了防止脫模劑對模具激冷，冬天對水基脫模劑要預熱到20～30℃為好。噴脫模劑要形成霧狀，噴嘴應距型面(20±10)cm，斜向模面角度15°±5°的效果最好。不可噴涂過多脫模劑，噴涂時間控制在0.5～2.5 s 之間;禁止噴灑、澆灌式的噴涂，以防對模具表面急速的激冷。可以采用動、定模多次交換噴涂的方法，以減小激冷的速度。另外，鑄件頂出后，要在頂桿頭部噴涂上涂料得到潤滑之后再退回，以防頂桿運動卡滯。
對許多模具，常用噴璃丸、陶瓷丸或用微電脈沖打磨加粗模具某些部位的粗糙度，甚至在模具表面修出間隔在0.5～1.5 mm細小的網狀筋條。這樣不僅能防止龜裂延長模具壽命，還能減小鋁液的流動速度，消除產品表面的冷隔和花紋;能提高模具表面的吸熱速度，使產品表面急速凝固，又因模具表面快速吸熱增加了模具表面的溫度，加快涂料和水的揮發，消除水的殘留，能防止鑄件出現氣泡和發黑。
7 壓鑄模的使用和維護保養
模具在安裝時，動、定模每半模至少要安裝6 個壓板螺栓，如果每半模只安裝4 個壓板螺栓，只要有一個螺栓松動，其他3 個螺栓受力嚴重失衡，螺栓就會很快被拉變形或拉斷，甚至會出現模具被拉而掉下來的事故。
壓鑄過程中，要及時打磨拋光模具型腔的粘模痕跡，但要注意不要用硬的工具鑿傷或敲傷模具。當模具型腔表面粗糙度變大后，要進行很好的拋光處理。當產品全部或部分粘模在模具型腔里時，要由有經驗的模具修理人員來處理，以防壓鑄工處理時損壞模具。
每班給模具滑塊、導柱、頂桿涂一次潤滑油，每班檢查疏通模具的冷卻水通道，使其暢通和密封。每班觀察模具的分型面和滑塊的密封配合情況，對模具的飛邊和披縫一定要早發現、早修理，以防其致使模具出現嚴重的壓傷、凹陷、變形及飛料的缺陷。
當模具停產不使用時，最好在壓鑄最后一模之后，不要給模具再噴刷涂料，如果已經噴涂了涂料，也要用壓縮空氣吹干凈模具表面和深腔里的殘留水分，以防模具生銹。每批生產完成后，或在每生產一萬模時，要對模具進行維護保養。每次保養時，需涂紅丹粉檢查模具的變形和密封配合情況，消除間隙防止飛料，消除模塊或滑塊受力不均衡，防止模塊壓壞、爆裂。保養后要給模具型腔、抽芯滑塊、頂桿、導柱，分型面等涂防銹油。
模具已經出現小范圍的沖蝕、掉塊、缺損、裂紋缺陷后，在不能做成鑲件更換時，只有給模具用氬弧焊修補。為有效地防止壓鑄模具焊補后容易出現龜裂，焊補時首先要選用模具鋼材制造廠家指定使用的氬弧焊焊條，并注意區分在模具淬火處理前后使用的焊條規格有可能不一樣。對模具進行氬弧焊之前，先要把模具龜裂等缺陷修磨掉呈現出金屬基體，使用電熱爐預熱模塊達到300～450℃(若使用乙氧焊的火焰慢慢烘烤預熱模具，由于預熱的范圍小，不一定達到要求的溫度范圍，溫度也不均勻，對防止焊補后出現龜裂沒有明顯的效果。)并把表面清理干凈之后再進行氬弧焊，防止焊補時出現氣孔;當模具溫度高于475℃時要停止焊補，讓模具降溫后再焊;焊接時注意，一定要隔行焊補，不要一行挨一行焊補，這樣可以較好的降低焊接時產生的升溫和應力。淬火之后的焊補，再在低于淬火回火溫度以下20～50℃，保溫2～3h 去應力退火(淬火之前的焊補，退火溫度是750℃)這樣可以很好的消除焊接時產生的應力。
對于模具表面粘附的涂料燒結集碳，除用油石和砂紙拋光外，用氣動噴投璃丸或噴陶瓷丸的方法，不僅能均勻有效的清除掉集碳，還不影響模具的尺寸精度。
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