提高压铸模具寿命的措施

李恒扬

（柳州职业技术学院机电工程系，广西 柳州 545006）

压铸模服役条件较为苛刻，工作时反复承受高速（10～20 m/s）、高压（35～120 Mpa）、高温（650～700℃）合金液的冲击和喷涂水基脱模剂的冲击。因此，对模具在工作中产生的热疲劳、冲蚀、裂纹、表面压伤等要有充分的预防措施。

1 大型压铸模设计原则

设计大型而复杂的压铸模具，要遵循以下几个准则：

（1）模具结构必须结实，模壳要有足够的刚性和强度；

（2）型腔部分的零件尽量采用镶块，长的零件更应该如此；

（3）模具中的易损零件要便于装拆和更新；

（4）采用最可靠的钢材制造型腔和型心并充分注意热处理工艺，使钢材达到最佳韧性和硬度；

（5）滑动的零件热处理后要作表面附加处理，确保不致出现粘模或咬死现象；

（6）有良好而合理的模具冷却系统，自动控温装置必不可少；

（7）为减少热处理后的变形，所有镶块的尺寸能小则小；

（8）大模具的滑块要分成两件，型心部分需用1.2343或1.2344热模钢，而滑块的延长块可用1.2311钢制成，两者的联结要紧固可靠，滑块和模壳的导轨也要用1.2311钢，热处理后再氮化处理，保证其耐磨性；

（9）设计大模具的抽芯，其行程应留有充分余地，抽芯的端面应与模壳的外边缘至少相距50 mm，便于清除碎屑及修理；

（10）镶块的成形部分要绝对避免锐角，过渡区应有足够大的圆弧，一般应在3 mm以上，避免应力集中；

（11）设计大模具时，最好用发泡塑料浇出，避免因立体感不足，待上机装模时受空间限制无法安装而返工。

2 压铸模材料的选择

除满足以上设计要求外，材料的选用是最重要的。在选择压铸模具材料时应满足以下要求：

2.1 动、定模壳材料选择

动、定模壳材料可用浇注钢或锻钢，但必须保证其材料化学成分及材料机械性能达到标准，具体参数为：调质后强度为850～1 050 N/mm2；屈服点为630～750 N/mm2；延伸率≥12%；收缩率≥145%；冲击强度≥40 J/cm2，且材料还需经过超声波探伤。

2.2 镶块材料选择

镶块钢材一般采用X38CrMoV51或X40Cr-MoV51，并且达到：

（1）材料的金相组织要均匀：为提高热疲劳强度，应具有高韧性和耐热性，但韧性和强度常不能兼有，增加合金元素，韧性即下降而耐热性有所改善。非金属的夹杂物和偏析也会严重影响疲劳强度和韧性。

（2）硬度要足够高而且均匀：大型模具应定为HRC38～43；中型模具可取 HRC43～47。

（3）回火后的稳定性高：钢材经热处理后，在使用过程中能保持长期而稳定的硬度。

（4）高的冲击韧性：使用中长期不发生裂纹且无塑性永久变形。

（5）质纯及低的含硫量。

（6）材料中的碳化铁成分在退火金相组织中必须分布均匀。

（7）高的抗冲蚀性：在压铸模中，熔融金属以极高速度（50～70 m/s）进入型腔，钢材表面受到严重的冲蚀，造成粘模或拉伤等。

（8）良好的焊接性。

3 其他影响

除了设计、材料因素外，在制造过程中的零件毛坯锻造、工序间的加工余量分配、热处理方法及后续的处理方法等都对模具的寿命产生一定的影响。

3.1 毛坯锻造及球化退火处理

为保证压铸模内部组织致密，碳化物及流线分布合理，消除材料物理性能方向性，压铸模成型零件都需要采用锻造方法准备毛坯。钢材必须各向锻造，在特殊情况下才允许拔长，一般以锻成方锭为好，各面的加工余量要均匀一致，否则在热处理时由于出现软点而引起龟裂。锻造后的毛坯内部组织变成不稳定的结晶，其硬度高、力学性能差，使得切削困难，内应力大，在加工过程中和随后的淬火处理时容易产生较大的变形和淬裂现象，因此需及时进行球化退火处理。

3.2 热处理前的准备

凡模具镶块的截面变化不大，加工切削量适中时，采用以下工艺：

（1）在粗加工时应留2～5 mm余量，从大截面至小截面要逐步过渡，圆角不小于10 mm。

（2）在750℃下消除内应力，保温时间按工件大小决定，炉冷至400℃，然后空气中冷却。

（3）对高精度铸件的模具，粗加工后先加热消除内应力然后再精加工，并留1～2 mm余量。大模具的圆弧半径尺不得小于5，否则热处理时极易开裂。

（4）当工件加工完毕，经检验合格后，即可进行热处理。预热可分三段进行，即400、650、850℃。

（5）升温至淬火温度（1 000～1 020℃），为确保工件完全热透，保温时间可按0.15 min/mm决定。

（6）取出工件在5 00℃的盐浴中急冷，保温一段时间，进行均匀处理。

（7）进行三次回火作业，每次分两段加热，先加热至400℃，然后加热至550℃左右，如图1所示。

（8）最后精加工至图纸要求的尺寸。

图1 三次回火作业要求

3.3 表面处理

（1）氧化处理。当模具镶块全部加工并热处理后，在装配前可再次加热至较末次回火温度低50℃，保温约1小时，使表面形成氧化层。这样可以防止粘模现象，还降低了模具的传热系数，减少模具表层温度梯度，缓和温度的交替冲击。

（2）盐浴氮化。Tefnieren是软氮化的一种，一般在570℃左右进行，经氮化后也能防止粘模，表面硬度可达HV900，硬化深度为0.01～0.03 mm，渗透深度可达0.3 mm。

（3）镀硬铬。镀硬铬对于细长而斜度在1°以下的型心特别有用。镀铬层约厚0.03 mm，可防止锈蚀，为使镀层不易剥落，钢的基体硬度不允许超过HRC50。该镀层硬度在室温时为HV900～1000，在300℃时为HV700。

（4）碳化钨涂层。用电火花强化模具表面，对防止粘模、冲蚀特别有效，常用于模具的分流器、料筒内孔及内浇注口表面，浇注次数可达10～20万次。

3.4 模具的冷却

为提高模具寿命和铸件的品质，中大型模具必须采用模具自动控温装置，对形状复杂的部位还可以采用热管吸热，使无法安置冷却通道的部位迅速散热。直接应用水冷却的模具，冷却通道应经常用弱酸去除碱性水垢。

3.5 模具使用过程中消除应力

压铸模在工作时的急冷急热会导致模具内产生应力，当积蓄的应力达到或超过材料的许用应力时，就会产生压缩变形或拉伸变形。压铸模使用过程中，数万次的20～600℃热循环必将产生热疲劳，最终出现放射状龟裂纹，导致模具早期失效。通过在模具使用过程中定期进行回火和再氮化处理，可及时消除内应力，减缓模具龟裂，延长模具寿命。

4 结束语

本文根据压铸模具工作的特点及容易使模具产生损伤失效的原因，从模具设计的准则、材料选用、毛坯锻造、热处理前的准备等多方面进行分析探讨，研究对于提高压铸模具寿命具有重要意义。

[1]姜银方，顾卫星.压铸模具工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]马晓录，李海平.压铸工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]林红旗，任义磊.4Gr5MoV1Si钢压铸模热处理工艺研究[J].热加工工艺，2010，39（2）：131-133.