1模具壽命的影響（xiǎng）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（duì）我公司各種壓鑄（zhù）模具的（de）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（mó）具本身特性（xìng）的模具因素兩大類。

      在壓鑄（zhù）模具產生失效的原（yuán）因中，鋼材熱疲勞（láo）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（yào）缺陷和壓鑄件（jiàn）的複印狀（zhuàng）態概略（luè）圖。

      2 模具主要缺陷的產生機理

      當模具表（biǎo）麵從（cóng）常溫快速升溫超過280℃（從預熱到壓入液態金屬）時（shí），模具表麵局部膨脹產生壓應力，直到（dào）模具表麵溫度由（yóu）600℃（指鋁合金壓鑄）開始到凝固（gù），壓鑄件（jiàn）被頂出脫模冷卻，采用脫（tuō）模劑對模具噴塗冷卻，模具表麵中的壓應力（lì）在這個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，模具（jù）表麵又膨脹產生壓應力( 每一次壓鑄循環各出現一次壓應力和拉應力。每次變化（huà）應（yīng）力都超過模具鋼材料的屈服極限，各產生一次壓縮變形和（hé）拉伸變形，模具表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。

      在生產中模具溫度差的減少，可防止模具龜裂的產生和發展（zhǎn）。增加（jiā）模具材料的強韌性、表麵處理等辦法，均可（kě）推遲或（huò）延（yán）緩龜裂（liè）的形成和擴展。根據以（yǐ）上（shàng）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（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) 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（chǎn）品，模具（襯模）材料為3Cr2W8V，其製造工藝流程是：下料等→溫球化退火→粗加工→調質（zhì）→精加工和拋光（guāng）→裝配試模→尺寸檢驗→修改→氣體（tǐ）軟氮化→投（tóu）產。氮（dàn）化的溫度為（525±5）℃，氮化層（céng）厚度（dù）為0.10~0.15mm。同時又用同樣（yàng）的（de）材料製造了相同產品的模具，加工工藝流程（chéng）基本相同，隻在模具熱處理工藝上選擇（zé）了（le）真空淬火工藝（yì）如圖2 所示（shì）。在爐內加（jiā）熱（rè）時為避免熱變形，升溫速度應（yīng）取低值（zhí），在相變點之下可取（qǔ）兩級預熱（尤其（qí）是（shì）較大型鑄件）；淬火溫度的選擇（zé）由於與韌（rèn）性相關，因（yīn）此最好取最低淬火溫度（dù）；為使模具獲得最佳（jiā）使用性（xìng）能，應選擇較快的冷卻（què）速度，但應以不造成模具大的（de）變形為基準。回（huí）火是決定模具強（qiáng）度和韌性的關（guān）鍵，同時也是（shì）消除殘留應力和改變馬氏體組織的重要工序；由於一次回火出現的（de）硬化現象（xiàng）需要進行二次回火（huǒ）處（chù）理才能得以解決，指定的模具硬度（dù）也可（kě）以達到。

      上述兩套模具（jù）在5000KN 壓鑄機上（shàng）生產，同時又用H13和ASSA8407兩種材料采用真空淬火工藝（yì）製造了（le）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（shàng）進行生產性試驗。上述4套模具（jù）經過近4 年多的生產性試驗，其試驗結（jié）果如表1所（suǒ）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（mó）具的使用壽（shòu）命。在我們試驗（yàn）的（de）多套（tào）真空（kōng）淬火模具中，產品形狀簡單的模具，其使用壽命最（zuì）高可達12萬模次。由表1可知（zhī），相同服役條件下的發動機支架模具，其真空淬火（huǒ）處理的模具壽命比氮化處理（lǐ）的高出1~2倍。從中可以看出壓鑄模（mó）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後（hòu），模具表層的最佳使用硬度（dù）如表2和表3 所示。

      4 模（mó）具預熱和脫（tuō）模劑對模（mó）具壽命的影響

      在預熱和脫（tuō）模劑兩（liǎng）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（cǎi）用顯微鏡觀察（chá），主要在模（mó）具已出現很細小龜（guī）裂紋處觀（guān）察；壓鑄數（shù）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（yù）熱，用表（biǎo）麵溫度計測量模具（jù）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（bié），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模次以後（hòu），預熱與（yǔ）否（fǒu）對模（mó）具龜（guī）裂紋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（jī）脫模劑和油基脫模劑（jì），選擇了（le）不同的噴嘴（zuǐ）、脫模劑噴塗時間和總噴塗量，具體數據如表4所示，試驗的結果如圖（tú）3所示。

      圖3是脫模劑噴塗條件對模具龜裂紋影響的示（shì）意圖，從圖（tú）3和表4 可以看出：脫模劑種類和噴塗條件對模具龜裂紋的影響很大，尤（yóu）其是模具溫度在（zài）噴塗脫（tuō）模劑後下降幅度越大，對模（mó）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（de）條件如何（hé）以及脫模劑噴塗條件如何，模具表麵硬度（dù）的變化都非常微小（xiǎo），可見用表麵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（cǎi）用3Cr2W8V 和H13熱作模具（jù）鋼製造壓鑄模具都是比較好（hǎo）的材料，隻要模具熱處理工藝（yì）選擇的方法得當，就可較（jiào）大幅度提高壓鑄模具壽（shòu）命；而ASSAB8407材料較上述兩種（zhǒng）材料（liào）抗擊熱疲勞（láo）和龜裂紋更優，但推廣難度較大，原因是其價格較高。①3Cr2W8V  鋼製造模具具有良好的韌性和熱疲勞抗力，但抗氧化性能較（jiào）差； H13 鋼（gāng）不僅韌性和熱疲勞抗力優良，抗氧（yǎng）化性也較好； ASSAB8407鋼綜合性能最（zuì）佳。"② H13鋼真空淬火熱處理時，淬火冷卻速度對模具（jù）壽命也有（yǒu）影響，冷卻速度低則模具韌性下降；冷卻（què）速度快則模具韌性提高，目前（qián）我（wǒ）們采（cǎi）用的是! 次回火空冷，其他地方也有采用" 次回火的。③H13 鋼（gāng）製（zhì）造模具（jù）經真空（kōng）淬火熱處理後的最（zuì）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，模具表麵硬度取上限，若解決模具脆性開裂的問題，硬度（dù）宜取下（xià）限。④3CrW8V 鋼製造模具經淬火處（chù）理後，根據實際情況可適當（dāng）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，材料變形量較氮化處理為大，最好在模具粗加工後淬火，然後再精加工。⑥模具在（zài）生產使用過程中維護也十分（fèn）重要，淬火（huǒ）處理的模具在（zài）生產1萬模次左右（yòu），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（lǐ），可延長模（mó）具的使用壽命。

     （2）操（cāo）作條（tiáo）件（jiàn）

在操作條件上，建（jiàn）立良好的壓鑄操作規程和工藝（yì）要求，也可適當延長模具的使（shǐ）用壽命。①在生產開始（shǐ）時對模具龜裂紋的抑製還是有好（hǎo）處的，應（yīng）在生產中予以提倡。②生產中脫模劑噴（pēn）塗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，應依據生產條（tiáo）件，選擇適當的噴塗條件（jiàn）。