1模具壽命的影響因素和模具（jù）缺陷發生的形態

      影響壓鑄模具壽命的因素有很多，通（tōng）過對我（wǒ）公司各種壓鑄模具的使用情況觀察，大致可歸納為基於壓鑄方法的操作因素和壓鑄（zhù）模具本（běn）身（shēn）特性的模（mó）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（zì）基本相（xiàng）符，甚（shèn）至模具（jù）失效破壞超過80%以上（shàng）。圖1顯示的是壓鑄模具（jù）產生主要缺陷和壓鑄件的（de）複印狀態概略（luè）圖。

      2 模具主（zhǔ）要缺陷的產生機理

      當（dāng）模具表麵從常溫快速（sù）升溫超過280℃（從預熱到壓入液態（tài）金屬）時，模具（jù）表麵局部膨脹產生壓應力，直到模具表（biǎo）麵溫度由600℃（指鋁合金（jīn）壓鑄）開始（shǐ）到凝固，壓鑄件被頂出脫模冷卻，采用脫模劑對模具噴塗冷卻，模具（jù）表麵（miàn）中的壓應力在這個（gè）過程中逐漸減少到零，同時由於快速的冷卻，模具表層轉換為拉應力，壓鑄液態金屬後（hòu），模具表麵又膨脹產生壓應力( 每一次壓鑄循環各出現（xiàn）一次壓應力和拉應（yīng）力。每次變（biàn）化應力都超過模具鋼材料的屈服極（jí）限，各產生一次壓縮變形和（hé）拉伸變形，模具表（biǎo）麵層達數萬次的（de）熱（rè）循環，必將（jiāng）產生熱疲勞，最後形（xíng）成網狀龜裂。

      在生產中（zhōng）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（cái）料的強韌性、表麵處理等辦法，均（jun1）可推遲或延緩龜裂的形成和擴展。根據以上試（shì）驗觀察（chá）和分析，決定從熱處理和操作因素來開展試驗工作（zuò），尋找延長壓鑄（zhù）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（zuò）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，其製造工藝流程是：下（xià）料等（děng）→溫球化退火→粗加工→調質→精加工和拋光→裝配（pèi）試模→尺寸檢（jiǎn）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製造了相同產品的模（mó）具，加（jiā）工工藝流程基本相同（tóng），隻在模具熱處理工藝上選擇了真空淬火工藝如圖2 所示。在（zài）爐內加熱時為避免熱變（biàn）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）；淬火溫度的選擇由於與韌性相關，因此最好取最低淬火溫度；為使模具獲得最佳使用性能（néng），應選擇較快的冷卻速度，但應（yīng）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（guān）鍵，同時也是消除殘留應力和（hé）改變馬氏體組織的重要工序；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（jiě）決，指定的模具硬度也可以（yǐ）達到。

      上述兩套模具在5000KN 壓鑄機上生產，同（tóng）時（shí）又用H13和ASSA8407兩種材（cái）料采（cǎi）用真空淬火工藝（yì）製（zhì）造了轎車變速箱殼體和（hé）工具（jù）齒輪箱模具，分（fèn）別在1600KN和（hé）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（rú）表1所示。

      另外還對較大型模具（jù）采（cǎi）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（shēng）發展也有重要（yào）作用，延長了模（mó）具的使用（yòng）壽命。在我們試驗的多套（tào）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（dá）12萬模次。由表1可知，相同服役條件下的發動機（jī）支架模具，其真（zhēn）空淬火處理的模具壽命比（bǐ）氮化處理（lǐ）的高出1~2倍（bèi）。從（cóng）中可以看（kàn）出壓（yā）鑄模具采用真空淬火工藝將有較廣（guǎng）闊（kuò）的發展前途。從上述壓鑄（zhù）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後，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（shòu）命的影響

      在預熱和脫模劑兩個試驗條件下，對齒（chǐ）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（liè）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（yàn）選（xuǎn）擇了3個預熱溫度，使用模具加熱器對模具進行預熱，用表麵溫度計測量（liàng）模具溫度。在壓鑄（zhù）最初的（de）10個模次內，模具進行預熱與否對（duì）模具龜裂紋（wén）的影響有（yǒu）一些差別，沒有預（yù）熱的模具其龜裂紋比經過預熱的模具發生的速（sù）度（dù）稍快，但當壓鑄超過10模次以後，預熱（rè）與否對模具龜裂紋（wén）的生長已沒有什麽差別。

      4.2 噴塗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（xuǎn）擇了不同的噴嘴、脫模劑噴塗時間和總噴塗量，具體數據如表4所示（shì），試驗（yàn）的結果如圖3所示。

      圖（tú）3是脫模劑噴（pēn）塗條件對模具（jù）龜（guī）裂紋影響（xiǎng）的示意圖，從圖3和表（biǎo）4 可以看出：脫模劑種（zhǒng）類和噴塗條件（jiàn）對模具龜裂紋的（de）影響（xiǎng）很大，尤其是模具溫度在噴塗脫模劑後下降幅度越大，對模具龜（guī）裂（liè）紋的影（yǐng）響也越嚴重。

      4.3模（mó）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（jì）噴塗條件（jiàn）如何，模具（jù）表麵硬度的變化都非常微（wēi）小，可見用表麵硬度的（de）指標來（lái）反（fǎn）映（yìng）龜裂紋將十（shí）分困難（nán）。

      5討論

     （1）模具和材料

      采用3Cr2W8V 和H13熱作模具鋼製造壓鑄模具都是比較好的材料，隻要模具熱處理工藝選擇的方法（fǎ）得當，就可較大幅度提高壓鑄模具壽（shòu）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（qí）價（jià）格較高。①3Cr2W8V  鋼製造模（mó）具具有良好的韌性和熱疲勞抗力，但抗氧（yǎng）化性能較差； H13 鋼不僅（jǐn）韌性和熱疲勞抗力優良，抗氧（yǎng）化性也較好； ASSAB8407鋼綜（zōng）合性能最佳。"② H13鋼真空（kōng）淬火熱處理時，淬火冷卻速度對（duì）模具壽命也有影響，冷卻（què）速度低則模具韌性下（xià）降；冷卻（què）速度快則模具韌性提高，目前我們采（cǎi）用的是（shì）! 次回（huí）火空冷，其他地方也有采用" 次回火的（de）。③H13 鋼製造模具經真空淬火熱（rè）處理（lǐ）後的最佳使（shǐ）用（yòng）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（jìn）行選擇，若模具熱疲勞為（wéi）主要損壞形式，模具表麵硬度取上限，若解決模具脆性開裂（liè）的問題，硬度宜（yí）取下限。④3CrW8V 鋼製造模具經淬火處理後，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後（hòu），材料變形量較氮化處理（lǐ）為大，最（zuì）好在模具粗加工（gōng）後淬火，然後再精加工。⑥模具（jù）在（zài）生產使用過程中維護也十分（fèn）重要（yào），淬火處理的模具在（zài）生產1萬模次左右，應進（jìn）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（lǐ），可延長模（mó）具的使用壽（shòu）命。

     （2）操作條件

在操作條件（jiàn）上（shàng），建立良（liáng）好的壓鑄操作（zuò）規程和工藝要求，也可（kě）適當延長模具的使用（yòng）壽命（mìng）。①在生產開始時對（duì）模具龜裂紋（wén）的抑製還是有好處的，應（yīng）在生產中予（yǔ）以提倡。②生產中（zhōng）脫模劑噴塗（tú）條件的變化也就是模（mó）具溫度下降幅度的大小，對模具壽命有影響，應依據生產（chǎn）條件，選擇適當（dāng）的噴塗條件。