1模具（jù）壽命（mìng）的影響因素和模具缺陷發生的形態

      影響壓鑄模（mó）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（nà）為基於壓鑄方法的操作因素和壓（yā）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（zhàn）70%。我（wǒ）公司的情況與此數字基本相符，甚（shèn）至模具失效破壞超過80%以（yǐ）上。圖1顯示的是壓鑄模具產生主要缺陷和壓鑄件的複印狀態概略圖。

      2 模具主要缺陷的產生（shēng）機理

      當（dāng）模具表麵從常溫快速升溫超過280℃（從預熱到壓入（rù）液態金屬）時，模具表麵局部膨脹產生（shēng）壓（yā）應（yīng）力，直到（dào）模具表麵溫度由600℃（指鋁合金壓鑄）開始到凝固，壓鑄件被（bèi）頂出脫模冷卻，采用脫模（mó）劑對模（mó）具噴塗冷卻，模具表麵（miàn）中的壓應力在這個（gè）過程中逐漸減少到零，同時由（yóu）於快速的冷卻，模具表層轉換（huàn）為拉應力，壓鑄液態金屬（shǔ）後，模具表麵又膨脹產生壓應力( 每（měi）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（cái）料的屈服極限（xiàn），各產生一次壓縮變形和拉伸變形，模具表（biǎo）麵層達數萬次的熱循環，必將產生熱疲勞，最後形成網狀龜裂。

      在生產（chǎn）中模具溫度差的減少，可防止模具龜裂的產生和（hé）發展。增加模（mó）具材料的強韌性、表麵處（chù）理等辦法，均可推遲或延緩龜裂的形（xíng）成和擴（kuò）展。根據以上試驗觀察和分析，決（jué）定從熱處理和操作因素來開展（zhǎn）試驗工作（zuò），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（jù）使用的材料共有（yǒu）) 種，分別為（wéi）3Cr2W8V和ASSA8407 熱作模具鋼。首先（xiān）選擇試驗的模具是轎車發動機支架產品，模具（襯模）材料為（wéi）3Cr2W8V，其製造工藝流程是：下料（liào）等（děng）→溫（wēn）球化退火→粗（cū）加工→調質→精加工和拋光→裝配試（shì）模→尺寸檢驗→修改→氣體軟氮化→投產。氮化的溫度為（525±5）℃，氮化（huà）層厚度為0.10~0.15mm。同時又用同樣的材料製（zhì）造了相同產品的模具，加工工（gōng）藝流程基本相同，隻在模具熱處理工（gōng）藝上選擇了真（zhēn）空淬火工（gōng）藝（yì）如圖2 所示（shì）。在爐內（nèi）加熱時為避免熱變形，升溫速度應取低值，在相變點之下可（kě）取兩級預熱（尤其是較大型鑄件（jiàn））；淬火溫度的（de）選擇由於與韌性相關，因此最好取最低淬火溫度（dù）；為使模具獲（huò）得最佳使用（yòng）性能，應選擇（zé）較快的（de）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（jù）強度和韌性的關鍵，同時也是消除殘留應力和改變馬氏（shì）體組織的重要（yào）工序；由於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（shù）兩套模具在5000KN 壓鑄機上（shàng）生產，同（tóng）時又（yòu）用H13和ASSA8407兩種材料采用真空淬火工藝製造了轎車變速箱殼體和工具齒輪箱模（mó）具，分別在1600KN和2500KN壓鑄機上進行生產性試驗。上述4套（tào）模具經過近4 年（nián）多（duō）的生產性（xìng）試（shì）驗，其試（shì）驗結果如表（biǎo）1所示。

      另外還對較大型模具（jù）采用二（èr）次回火處理，基本在0.5萬模次和5萬（wàn）模次進行，對防止和減少龜裂產生發展也（yě）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（zhōng），產品形狀簡單的模具，其使用壽（shòu）命最高可達12萬模次。由表（biǎo）1可知，相同服役條件下的發動機支（zhī）架模具，其真空淬火（huǒ）處理的模具壽命比氮化處（chù）理（lǐ）的高出1~2倍。從中可以看出（chū）壓鑄模具采用（yòng）真空淬火工藝將有較廣闊的（de）發展前途。從（cóng）上述（shù）壓鑄模具的試驗和實際生產中，總結出壓鑄模具（jù）經真空淬火處理後，模具表層的最佳（jiā）使用硬度如表2和表3 所示。

      4 模具（jù）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（tiáo）件下，對齒輪箱模具進行跟蹤（zōng）調查。龜裂紋的發生和（hé）生長采用顯微鏡觀察，主要在（zài）模具已出現很細（xì）小龜裂紋（wén）處觀察；壓鑄數量是（shì）1000模次。

      4.1 模（mó）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（shǐ）用模具加熱器對模具進行預熱（rè），用（yòng）表麵溫（wēn）度計測量（liàng）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（yù）熱的模（mó）具其龜裂紋比經（jīng）過預熱的模具發生的速度稍（shāo）快，但當壓鑄超過10模次以後，預熱與否對模具龜裂紋的生長已沒有什（shí）麽差別。

      4.2 噴塗脫模（mó）劑對模具壽命（mìng）的影響

      試驗使用的是水基脫（tuō）模劑和油基脫（tuō）模劑，選擇了不同的噴嘴、脫模劑噴塗時間和總噴塗量，具體數（shù）據如表4所（suǒ）示，試（shì）驗的結果如（rú）圖3所示。

      圖3是脫模劑噴塗條（tiáo）件對模具龜裂紋影響的示意圖，從圖3和（hé）表4 可以看出（chū）：脫（tuō）模劑種類和噴塗條件對模具龜裂紋（wén）的影響（xiǎng）很大，尤其是模具溫度（dù）在噴塗脫模劑（jì）後下降幅度越大，對模具龜（guī）裂紋的影響也越嚴重。

      4.3模具（jù）硬度的變化

      試（shì）驗的結果是：無論是模具預熱的條件如何以及脫模劑（jì）噴塗條件如何，模具表麵硬度的變化都非常微小，可見（jiàn）用表麵（miàn）硬（yìng）度的指（zhǐ）標來反映龜裂紋（wén）將十分困難。

      5討（tǎo）論

     （1）模（mó）具和材料

      采用3Cr2W8V 和H13熱作模具鋼製（zhì）造壓鑄模具都是比較好的材料（liào），隻要模具熱處理工藝選擇的（de）方（fāng）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（jiào）大，原因（yīn）是其價格較高。①3Cr2W8V  鋼製（zhì）造模具具有良（liáng）好的韌（rèn）性和熱疲勞抗力，但抗氧化性能較差； H13 鋼不僅（jǐn）韌性和（hé）熱疲勞抗力優良（liáng），抗氧化性（xìng）也（yě）較好； ASSAB8407鋼綜合性（xìng）能（néng）最佳。"② H13鋼真空淬火熱處理（lǐ）時，淬火冷卻（què）速度對模具壽命也有（yǒu）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（men）采用的是! 次回火空冷，其他地方也有采用（yòng）" 次回火（huǒ）的。③H13 鋼製造模具經真空淬火熱處理（lǐ）後（hòu）的最佳使（shǐ）用硬度為HRC42-48，可（kě）依據壓鑄機規格（gé）、模具厚度、產品和模具損壞狀態進行選擇，若模具熱疲勞為（wéi）主要損壞形式，模（mó）具表麵硬度取上限（xiàn），若解決模具脆性開裂的問題，硬度宜取下限。④3CrW8V 鋼製造模具經淬火處理後（hòu），根據實際情況可適當降低模具使用（yòng）硬度，最低可達HRC38。⑤3Cr2W8V, 和H13兩種鋼（gāng）經淬火處理後，材料變形（xíng）量（liàng）較氮化處理為大，最好在模具粗加工後淬火，然後再精加工。⑥模具在生產使用過（guò）程中維（wéi）護也十分重要，淬火（huǒ）處理（lǐ）的模具在生產1萬模次左右，應進行1次消除內應力的（de）回火熱處理；生產5萬模次（cì）左右進（jìn）行第2次回火處理（lǐ），可延長模具的使用（yòng）壽命。

     （2）操作（zuò）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（dāng）延（yán）長模具的使用壽命。①在生產開始（shǐ）時對模具龜裂紋的抑製還是有好處的，應在生產中予以（yǐ）提倡。②生產中脫模劑噴塗條（tiáo）件的變化也就是模具溫（wēn）度下降幅度的大小，對模具（jù）壽命有影響，應依據生產條件，選擇適當的（de）噴（pēn）塗（tú）條件。