1模具壽命的影響（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（hěn）多，通過對我公司各（gè）種壓鑄（zhù）模具的使用情（qíng）況觀察（chá），大致可歸納為基於壓（yā）鑄方法的操作因素和壓鑄（zhù）模具本身特性的模具因素兩大類。

      在壓鑄模具產生失（shī）效的（de）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。圖1顯示（shì）的是壓鑄模具產生主要缺陷和壓鑄件的複印狀態（tài）概略圖。

      2 模具主要缺陷的產生機理

      當模具表麵（miàn）從常溫快速升溫超過280℃（從（cóng）預熱到壓（yā）入液態金屬）時，模具表麵局部膨脹產生壓應力，直到模具表麵溫度由600℃（指（zhǐ）鋁合金壓鑄）開始到凝固，壓鑄件被頂（dǐng）出脫模冷卻，采用脫模劑對模具噴塗冷（lěng）卻，模具表麵中（zhōng）的壓應力（lì）在這個過程中逐漸減少到零，同（tóng）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，模具表麵又膨脹產生壓應力( 每一次壓鑄循環（huán）各出現（xiàn）一次壓應力和拉應（yīng）力。每次變化應力都超過模具鋼材料的屈服極限，各產生一次壓縮變形和拉（lā）伸變形，模具（jù）表麵層達數萬次（cì）的熱循環（huán），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（kě）防止模具龜裂（liè）的產生和（hé）發展（zhǎn）。增加模（mó）具材料的強（qiáng）韌性、表麵處理等辦法，均可推遲或延緩龜裂的形成和擴展。根據以上試驗觀察和分析（xī），決定從（cóng）熱處理和（hé）操作因素來開展試（shì）驗工作，尋找延長壓鑄模具壽命的有效途徑。

      3 熱處理方案

      我公司模具使用的材料共有) 種，分別為3Cr2W8V和ASSA8407 熱作模具鋼（gāng）。首先選擇試驗的模具（jù）是轎（jiào）車（chē）發動（dòng）機（jī）支架產品，模具（襯模（mó））材料為3Cr2W8V，其製（zhì）造工藝流程是（shì）：下料等→溫球化退火→粗加工→調（diào）質→精加（jiā）工和拋（pāo）光→裝（zhuāng）配試模→尺寸（cùn）檢驗→修改→氣體軟（ruǎn）氮化→投產（chǎn）。氮化的（de）溫度為（525±5）℃，氮化層厚度為0.10~0.15mm。同（tóng）時又用同樣的材料（liào）製（zhì）造了相（xiàng）同產品的模具，加工工（gōng）藝流程基本相同（tóng），隻在模具熱處理工藝上選擇了真（zhēn）空淬火工藝如圖2 所示（shì）。在爐內（nèi）加熱時為避免熱變形，升（shēng）溫速度應取低值（zhí），在相變點之下可取（qǔ）兩級預熱（尤其是較大型鑄件）；淬火溫度的選擇由於與（yǔ）韌性相關，因此（cǐ）最好取最低淬火溫度；為（wéi）使模具獲得最佳使用性能，應選擇較快的冷卻速度，但應以不（bú）造成（chéng）模具大的變形為基準。回火是決定模具強度和韌性（xìng）的關鍵，同時也（yě）是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硬化現象需要（yào）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。

      上述兩套模具在5000KN 壓鑄機上生產，同時又用H13和（hé）ASSA8407兩種材料采用真（zhēn）空淬火（huǒ）工藝製造（zào）了轎（jiào）車變（biàn）速箱殼體和工具齒輪箱模具（jù），分別在1600KN和2500KN壓鑄機上進行生產性試驗。上述4套模具經過（guò）近4 年多的生產性試驗，其試（shì）驗（yàn）結果如表（biǎo）1所示。

      另（lìng）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（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，產（chǎn）品形狀簡（jiǎn）單的模具，其使用壽命最高可達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（qí）真空淬火處理（lǐ）的模具壽命比氮化處（chù）理的高出（chū）1~2倍。從中可以看出壓鑄模具采用真（zhēn）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（yàn）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（de）最佳使用硬度如表2和表3 所示。

      4 模具預熱和（hé）脫模劑對模具壽命的影響

      在預熱和脫模劑兩個試驗（yàn）條件下，對齒輪（lún）箱（xiāng）模具進行跟蹤（zōng）調查。龜裂紋的發（fā）生和生長采用顯微（wēi）鏡觀察，主要在（zài）模具已出現很細小龜（guī）裂紋處觀察；壓鑄數量是1000模次。

      4.1 模具預熱對模（mó）具使用壽命（mìng）的影響

      試驗選擇了3個預熱溫度，使用模具加熱（rè）器對模具（jù）進行預（yù）熱（rè），用表麵溫度計測量模具溫度。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（méi）有預熱（rè）的模具其龜裂紋比經過（guò）預熱的模具發生的速度稍快，但當壓鑄超（chāo）過10模次以後，預熱與（yǔ）否對模具龜裂紋的生長已（yǐ）沒有什麽差別。

      4.2 噴（pēn）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，選擇了不同的噴嘴、脫模劑（jì）噴塗時間和總噴塗（tú）量，具體（tǐ）數（shù）據如表4所示，試驗的結果如圖3所示（shì）。

      圖3是脫模劑噴（pēn）塗條件對模具龜裂紋影響（xiǎng）的示意圖，從圖3和表4 可以看出：脫模劑種（zhǒng）類（lèi）和噴塗條件對模具龜裂紋的影響很大，尤其是模具溫度在噴塗（tú）脫模劑後下降幅度越（yuè）大，對模（mó）具龜裂紋的（de）影（yǐng）響也（yě）越嚴重。

      4.3模具硬度的（de）變化

      試驗的結果是（shì）：無論是模具預（yù）熱的條件如何以及脫模劑噴塗條件如何，模具表麵硬度（dù）的變（biàn）化都非常微小，可（kě）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（liào）

      采用3Cr2W8V 和H13熱作模具鋼製造壓鑄模具都是比較（jiào）好的（de）材料，隻要模具熱處理工藝（yì）選擇的方法得當，就可較大幅度提高壓鑄模具壽命；而ASSAB8407材（cái）料較上述兩種材料（liào）抗擊熱疲勞和龜裂紋更優，但推廣難度（dù）較大，原因是其價格較高。①3Cr2W8V  鋼製（zhì）造模具具有良好的（de）韌性和熱疲勞抗力，但抗氧化性能較差； H13 鋼不僅韌性和熱疲勞抗力優良，抗氧（yǎng）化（huà）性也（yě）較好； ASSAB8407鋼綜合（hé）性能（néng）最佳（jiā）。"② H13鋼（gāng）真空淬火熱處理時，淬火冷卻速度對模具壽命也有影響，冷（lěng）卻速度低則模具韌性下降；冷卻（què）速度快則模具韌性提高，目前我們采用的是! 次回火空冷，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處理後的（de）最佳（jiā）使用硬度為HRC42-48，可依據壓鑄機規格、模具厚（hòu）度、產品和模具損壞狀態進行選（xuǎn）擇，若模具熱疲勞（láo）為主要（yào）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（yìng）度宜（yí）取下限。④3CrW8V 鋼製造模具經淬（cuì）火處理後（hòu），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，材料變形量較（jiào）氮化處（chù）理為大，最好在模具粗加工後淬火，然（rán）後（hòu）再精加工。⑥模具（jù）在生產使用過程中維護也十分重（chóng）要，淬火處理的模具（jù）在生產1萬模（mó）次（cì）左右，應進行1次消除內應（yīng）力的回火熱處理；生產5萬模次左右進行第（dì）2次回（huí）火處理，可延長模具的使用壽命（mìng）。

     （2）操作條件

在操作條件上，建（jiàn）立（lì）良好的壓鑄操作規程和工（gōng）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（hái）是有好（hǎo）處的，應在生（shēng）產中予以提倡。②生產中脫模劑噴（pēn）塗條件的（de）變化也就是模具溫度下降幅度的大小，對模具壽命有影響，應依據生產條件，選擇適當的噴塗條件。