1模具壽命的影響因素和模具缺陷發生的形態
影響壓鑄模具壽命的因素有很多，通過對我公司各種壓鑄模具的使用情況觀察，大致可歸納為基于壓鑄方法的操作因素和壓鑄模具本身特性的模具因素兩大類。
在壓鑄模具產生失效的原因中，鋼材熱疲勞約占70%。我公司的情況與此數字基本相符，甚至模具失效破壞超過80%以上。圖1顯示的是壓鑄模具產生主要缺陷和壓鑄件的復印狀態概略圖。
2 模具主要缺陷的產生機理
當模具表面從常溫快速升溫超過280℃（從預熱到壓入液態金屬）時，模具表面局部膨脹產生壓應力，直到模具表面溫度由600℃（指鋁合金壓鑄）開始到凝固，壓鑄件被頂出脫模冷卻，采用脫模劑對模具噴涂冷卻，模具表面中的壓應力在這個過程中逐漸減少到零，同時由于快速的冷卻，模具表層轉換為拉應力，壓鑄液態金屬后，模具表面又膨脹產生壓應力( 每一次壓鑄循環各出現一次壓應力和拉應力。每次變化應力都超過模具鋼材料的屈服極限，各產生一次壓縮變形和拉伸變形，模具表面層達數萬次的熱循環，必將產生熱疲勞，最后形成網狀龜裂。
在生產中模具溫度差的減少，可防止模具龜裂的產生和發展。增加模具材料的強韌性、表面處理等辦法，均可推遲或延緩龜裂的形成和擴展。根據以上試驗觀察和分析，決定從熱處理和操作因素來開展試驗工作，尋找延長壓鑄模具壽命的有效途徑。
3 熱處理方案
我公司模具使用的材料共有) 種，分別為3Cr2W8V和ASSA8407 熱作模具鋼。首先選擇試驗的模具是轎車發動機支架產品，模具（襯模）材料為3Cr2W8V，其制造工藝流程是：下料等→溫球化退火→粗加工→調質→精加工和拋光→裝配試模→尺寸檢驗→修改→氣體軟氮化→投產。氮化的溫度為（525±5）℃，氮化層厚度為0.10~0.15mm。同時又用同樣的材料制造了相同產品的模具，加工工藝流程基本相同，只在模具熱處理工藝上選擇了真空淬火工藝如圖2 所示。在爐內加熱時為避免熱變形，升溫速度應取低值，在相變點之下可取兩級預熱（尤其是較大型鑄件）；淬火溫度的選擇由于與韌性相關，因此最好取最低淬火溫度；為使模具獲得最佳使用性能，應選擇較快的冷卻速度，但應以不造成模具大的變形為基準。回火是決定模具強度和韌性的關鍵，同時也是消除殘留應力和改變馬氏體組織的重要工序；由于一次回火出現的硬化現象需要進行二次回火處理才能得以解決，指定的模具硬度也可以達到。
上述兩套模具在5000KN 壓鑄機上生產，同時又用H13和ASSA8407兩種材料采用真空淬火工藝制造了轎車變速箱殼體和工具齒輪箱模具，分別在1600KN和2500KN壓鑄機上進行生產性試驗。上述4套模具經過近4 年多的生產性試驗，其試驗結果如表1所示。
另外還對較大型模具采用二次回火處理，基本在0.5萬模次和5萬模次進行，對防止和減少龜裂產生發展也有重要作用，延長了模具的使用壽命。在我們試驗的多套真空淬火模具中，產品形狀簡單的模具，其使用壽命最高可達12萬模次。由表1可知，相同服役條件下的發動機支架模具，其真空淬火處理的模具壽命比氮化處理的高出1~2倍。從中可以看出壓鑄模具采用真空淬火工藝將有較廣闊的發展前途。從上述壓鑄模具的試驗和實際生產中，總結出壓鑄模具經真空淬火處理后，模具表層的最佳使用硬度如表2和表3 所示。
4 模具預熱和脫模劑對模具壽命的影響
在預熱和脫模劑兩個試驗條件下，對齒輪箱模具進行跟蹤調查。龜裂紋的發生和生長采用顯微鏡觀察，主要在模具已出現很細小龜裂紋處觀察；壓鑄數量是1000模次。
4.1 模具預熱對模具使用壽命的影響
試驗選擇了3個預熱溫度，使用模具加熱器對模具進行預熱，用表面溫度計測量模具溫度。在壓鑄最初的10個模次內，模具進行預熱與否對模具龜裂紋的影響有一些差別，沒有預熱的模具其龜裂紋比經過預熱的模具發生的速度稍快，但當壓鑄超過10模次以后，預熱與否對模具龜裂紋的生長已沒有什么差別。
4.2 噴涂脫模劑對模具壽命的影響
試驗使用的是水基脫模劑和油基脫模劑，選擇了不同的噴嘴、脫模劑噴涂時間和總噴涂量，具體數據如表4所示，試驗的結果如圖3所示。
圖3是脫模劑噴涂條件對模具龜裂紋影響的示意圖，從圖3和表4 可以看出：脫模劑種類和噴涂條件對模具龜裂紋的影響很大，尤其是模具溫度在噴涂脫模劑后下降幅度越大，對模具龜裂紋的影響也越嚴重。
4.3模具硬度的變化
試驗的結果是：無論是模具預熱的條件如何以及脫模劑噴涂條件如何，模具表面硬度的變化都非常微小，可見用表面硬度的指標來反映龜裂紋將十分困難。
5討論
（1）模具和材料
采用3Cr2W8V 和H13熱作模具鋼制造壓鑄模具都是比較好的材料，只要模具熱處理工藝選擇的方法得當，就可較大幅度提高壓鑄模具壽命；而ASSAB8407材料較上述兩種材料抗擊熱疲勞和龜裂紋更優，但推廣難度較大，原因是其價格較高。①3Cr2W8V 鋼制造模具具有良好的韌性和熱疲勞抗力，但抗氧化性能較差； H13 鋼不僅韌性和熱疲勞抗力優良，抗氧化性也較好； ASSAB8407鋼綜合性能最佳。"② H13鋼真空淬火熱處理時，淬火冷卻速度對模具壽命也有影響，冷卻速度低則模具韌性下降；冷卻速度快則模具韌性提高，目前我們采用的是! 次回火空冷，其他地方也有采用" 次回火的。③H13 鋼制造模具經真空淬火熱處理后的最佳使用硬度為HRC42-48，可依據壓鑄機規格、模具厚度、產品和模具損壞狀態進行選擇，若模具熱疲勞為主要損壞形式，模具表面硬度取上限，若解決模具脆性開裂的問題，硬度宜取下限。④3CrW8V 鋼制造模具經淬火處理后，根據實際情況可適當降低模具使用硬度，最低可達HRC38。⑤3Cr2W8V, 和H13兩種鋼經淬火處理后，材料變形量較氮化處理為大，最好在模具粗加工后淬火，然后再精加工。⑥模具在生產使用過程中維護也十分重要，淬火處理的模具在生產1萬模次左右，應進行1次消除內應力的回火熱處理；生產5萬模次左右進行第2次回火處理，可延長模具的使用壽命。
（2）操作條件
在操作條件上，建立良好的壓鑄操作規程和工藝要求，也可適當延長模具的使用壽命。①在生產開始時對模具龜裂紋的抑制還是有好處的，應在生產中予以提倡。②生產中脫模劑噴涂條件的變化也就是模具溫度下降幅度的大小，對模具壽命有影響，應依據生產條件，選擇適當的噴涂條件。
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
