1模具壽命（mìng）的影響（xiǎng）因素和模具缺陷發生的（de）形態

      影響壓鑄（zhù）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（jī）於壓鑄方（fāng）法的操作（zuò）因素和壓鑄模具本身特性的模（mó）具因素兩大類。

      在壓（yā）鑄模具產生失（shī）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（shàng）。圖1顯示的是壓鑄模具（jù）產生主要缺陷和壓鑄件的複印狀態（tài）概（gài）略圖。

      2 模具主要缺陷的產生機理

      當模具表（biǎo）麵（miàn）從常溫快速升溫（wēn）超（chāo）過280℃（從預熱（rè）到壓（yā）入液態金屬）時，模具表麵局部（bù）膨脹產生壓應力，直到模具（jù）表麵溫度由600℃（指鋁合金壓（yā）鑄（zhù））開始到凝固，壓鑄件被頂出脫模冷卻，采用脫模劑對模具噴塗冷卻，模具表麵中的壓應力在這個（gè）過程中逐漸減少到零，同時（shí）由於快速的冷卻，模具表層轉換為拉應力（lì），壓鑄液態金屬後，模具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。每次變化應力都超過模具鋼（gāng）材料的屈服極限，各產生一次壓縮變形和拉伸變形，模具表麵層達數萬次的熱循（xún）環，必將產生熱疲勞（láo），最後形（xíng）成網（wǎng）狀龜（guī）裂。

      在生（shēng）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（qiáng）韌（rèn）性（xìng）、表麵處理等辦法，均可推遲或延緩龜裂的形成（chéng）和擴展（zhǎn）。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，尋找延長壓鑄模具壽命的（de）有（yǒu）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（jù）鋼。首（shǒu）先選擇試（shì）驗的模具是轎車發動機支架產品，模具（襯模）材（cái）料為3Cr2W8V，其製造工藝流程是（shì）：下（xià）料等（děng）→溫球化退火→粗加（jiā）工→調質（zhì）→精加工和拋光→裝配試模→尺寸檢驗→修改→氣體軟氮化（huà）→投產。氮化的溫度為（525±5）℃，氮化層（céng）厚度為0.10~0.15mm。同時（shí）又用同樣的材料製造（zào）了相同（tóng）產品的模具，加工工藝（yì）流程基本相同，隻在模具熱（rè）處理工藝上（shàng）選擇了真空淬火工藝（yì）如（rú）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（zhī）下可（kě）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（guān），因此最好取最低（dī）淬火（huǒ）溫度；為（wéi）使（shǐ）模具獲得最佳使用（yòng）性能，應選擇較快（kuài）的冷卻速（sù）度，但應以不造成模具大的變（biàn）形為基準。回火是（shì）決定模具強度和韌性的關鍵，同時也是消除殘留應力（lì）和改變馬氏體組織的重（chóng）要工序；由於一（yī）次回火出現的硬化現象需要進行二次回火（huǒ）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（zài）5000KN 壓鑄（zhù）機上生產，同時又（yòu）用H13和ASSA8407兩種材料采用真空淬火工藝（yì）製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（jìn）行生產（chǎn）性試驗。上述4套模具經過近4 年多的（de）生產性試驗，其試驗結果如表（biǎo）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（cì）和5萬模次進行，對防止和減少龜裂產生發展也有重要作（zuò）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（shǐ）用壽命最高可達12萬模次。由表1可（kě）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（zhōng）可以看（kàn）出壓鑄模具采（cǎi）用（yòng）真空淬（cuì）火工藝將有較廣闊的發展前途。從上述壓鑄（zhù）模具的試（shì）驗和實際生（shēng）產中，總結出壓鑄（zhù）模具經真（zhēn）空淬火（huǒ）處理後，模（mó）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（mó）劑對模（mó）具壽命的影響

      在預熱和脫模劑兩個（gè）試驗（yàn）條件下，對齒輪箱模具進行跟蹤調（diào）查。龜（guī）裂紋的發生和生長采用顯微鏡觀察，主要在模具已（yǐ）出現（xiàn）很（hěn）細小龜裂紋處觀察；壓鑄數量（liàng）是1000模次。

      4.1 模具預熱（rè）對模具使用（yòng）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（háng）預熱（rè），用表麵溫度計測量模（mó）具溫度。在壓鑄最初的10個模次內，模具進行預熱與（yǔ）否對模具龜裂（liè）紋的影響有（yǒu）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模次以後，預熱與否對模具龜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（yòng）的是水基脫模劑和油基脫模劑，選擇了不同的噴嘴、脫模劑噴塗時間（jiān）和（hé）總噴塗量，具體（tǐ）數據如表4所示，試驗的結（jié）果如圖3所示。

      圖（tú）3是脫（tuō）模（mó）劑噴塗條件對模具龜裂紋影響的示意圖，從圖3和表4 可以看（kàn）出：脫（tuō）模劑種類和噴塗（tú）條件（jiàn）對模具龜裂紋的影響很大，尤（yóu）其是模具溫度在（zài）噴塗脫模劑後下降幅度越大，對模具龜裂（liè）紋的影響也越嚴（yán）重。

      4.3模具（jù）硬（yìng）度的變（biàn）化

      試驗的結（jié）果是：無論是模具預熱的（de）條件如何以及脫模劑噴塗條件如何，模具（jù）表麵硬（yìng）度（dù）的（de）變化都非常微小，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熱作模具鋼製造壓鑄模具都是比較好的材料，隻要模具熱處理工藝（yì）選擇的方法得當，就可較大幅（fú）度提高（gāo）壓鑄模具壽（shòu）命；而（ér）ASSAB8407材料較上述兩（liǎng）種材料抗擊熱疲勞和龜裂紋更優（yōu），但推廣難度（dù）較大，原因（yīn）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（dàn）抗氧化（huà）性（xìng）能較差； H13 鋼不僅韌性和熱（rè）疲勞抗力優良，抗（kàng）氧化性也較好； ASSAB8407鋼綜合性能最（zuì）佳（jiā）。"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（rèn）性下降；冷卻速度快則模具（jù）韌（rèn）性提高，目前我們采用的是! 次回火空冷，其他地方（fāng）也有（yǒu）采用" 次回火的。③H13 鋼製造模具經真空淬火熱（rè）處理後的最佳使用（yòng）硬度為HRC42-48，可依據壓鑄（zhù）機規格、模具厚度、產品和模具損壞狀態進（jìn）行選（xuǎn）擇，若模具熱疲勞為主要損壞形式，模具表麵硬度取上（shàng）限，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（chù）理後，根據實（shí）際情況可適當降低模具使用（yòng）硬（yìng）度，最低可（kě）達HRC38。⑤3Cr2W8V, 和H13兩種鋼經淬火處理後，材料變形量（liàng）較氮化處理為大，最好在模具粗加工後淬火，然（rán）後再精加工。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（mó）次左（zuǒ）右進（jìn）行第2次回火處理，可（kě）延長模具的使用壽命。

     （2）操作條件

在（zài）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製還是（shì）有好處的，應在生產中予以提（tí）倡。②生產中脫（tuō）模劑噴塗條件的變化也就是模（mó）具溫度下降（jiàng）幅（fú）度的（de）大小，對模具壽命有影響，應依據生產條件，選擇適當的噴塗條件。