造成压铸模具损坏的原因及预防措施

来源：压铸模具 分类：问题解决方案

压铸模具在使用中由于生产的高效率,模具温度的升高和降低急热急冷变化非常剧烈，模具型腔部分温度基本上一直在160℃-350℃不停的周期性的变化，以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃，压铸模具一直处于热涨冷缩的往复疲劳状态,另一方面受到金属液的高速高压直接冲刷、磨损、高温氧化和各种腐蚀。模具损坏主要的是受冲击、受压、涨缩，造成疲劳，或变形、或表面龟裂、或整体开裂，造成模具损坏

制造模具材料应选用冷热疲劳抗力、导热性、断裂韧性、耐磨性、耐蚀性、高温力学稳定性高的热作模具钢，依据浇铸金属的温度以及浇铸金属的种类，保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命，模具材料以及材料的热处理是影响模具寿命的主要因素。模具材料包括型腔材料和套板材料，压铸模零部件主要分为与金属液接触的零部件、滑动配合零部件和模架结构零件。在不对模具预热的情况下压铸，型腔表面温度由室温直升至液温，型腔表面承受极大的拉应力。开模顶件时，型腔表面承受极大的压应力。数千次的压铸后，模具表面便产生龟裂等缺陷。温度越高，压铸模具的破坏及磨损越严重。压铸模型腔与浇道等部件在金属的压力铸造生产过程中，直接与高温、高压、高速的金属液相接触，由于压铸模的各部件在不同条件下工作，受到浇铸金属的冲击和磨损也不同，因此对压铸模硬度要求应根据零件的用途以及浇铸金属的不同而有所区别。例如，对磨损较严重的部件，应具有更高的硬度;对在受热条件下工作的零件，应具有较高的热疲劳性能和高温性能。欧洲，日本不同厂家现在生产的改良型H11及H13钢都把提高压铸用模具钢的韧性与延展性放在了首位，我们在优选供应商的基础上，博威模具公司配置了冲击试验机、金相分析仪以及探伤机，进行材料的控制，对热处理的效果进行确认，确保模具质量，延长模具寿命。

博威模具常用检查手段：

（1）宏观腐蚀检查：主要检查材料的多孔性、偏析、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝等。

（2）抗冲击检查：检查抗裂纹扩展及延伸的能力，避免模具的整体开裂;

（3）压铸材料金相检查：检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等，显微组织结构决定了钢材的性能而不仅仅是合金元素，金相组织越细小冲击功越高。金相组织一方面取决于材料本身的特性，另一方面取决于热处理 ；

（4）超声波检查材料内部质量：检查压铸模具材料内部存在缺陷和大小，及时发现和避免微裂纹。

压铸模在设计过程中，应注意避免缺陷出现，必要时需跟产品设计工程师讨论产品的合理结构。

模具加工过程中，模板应采用足够厚度。减低弯曲变形对模具的损害。

在加工冷却水道时，两面加工中应特别注意保证同心度；防止连接处出现拐角，避免开裂。冷却系统的表面应当光滑，最好不留机加工痕迹。

电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛，但加工后的型腔表面留有淬硬层，这是由于加工中，模具表面自行渗碳淬火造成的。淬硬层厚度由加工时电流强度和频率决定，粗加工时较深，精加工时较浅。无论深浅，模具表面均有极大应力，若不清除淬硬层或消除应力，则在使用过程中，模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂。

消除淬硬层或去应力可用：
①用油石或研磨去除淬硬层；
②在不降低硬度的情况下，低于回火温度下去应力，这样可大幅度降低模腔表面应力。

模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程，调试后的最佳参数不要随意改动。
在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度、压射速度，提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100-130℃提高至180-200℃，模具寿命可大幅度提高。

焊接修复是模具修复中一种常用手段。在焊接前，应先掌握所焊模具钢型号，用机械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必须是干净和经烘干的。所用焊条应同模具钢成分一致，也必须是干净和经烘干的。模具与焊条一起预热（H13为450℃），待表面与心部温度一致后，在保护气下焊接修复。

在焊接过程中，当温度低于260℃时，要重新加热。焊接后，当模具冷却至手可触摸，再加热至475℃，按25mm/h保温。最后于静止的空气中完全冷却，再进行型腔的修整和精加工。模具焊后进行加热回火，是焊接修复中重要的一环，即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。

模具使用一段时间后，由于压射速度过高和长时间使用，型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成。这些沉积物相当硬，并与型芯和型腔表面粘附牢固，很难清除。在清除沉积物时，不能用喷灯加热清除，这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生，从而成为热裂的发源地。应采用研磨或机械去除，但不得伤及其它型面，造成尺寸变化。 经常保养可以使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后，无论试模合格与否，均应在模具未冷却至室温的情况下，进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1/6-1/8时，即铝压铸模10000模次，镁、锌压铸模5000模次，铜压铸模800模次，应对模具型腔及模架进行450-480℃回火，并对型腔抛光和氮化，以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每12000-15000模次进行同样保养。当模具使用50000模次后，可每25000-30000模次进行一次保养。采用上述方法，可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间。

在冲蚀和龟裂较严重的情况下，可对模具表面进行渗氮处理，以提高模具表面的硬度和耐磨性。但渗氮基体的硬度应在35-43HRC，低于35HRC时氮化层不能牢固与基体结合，使用一段时间后会大片脱落；高于43HRC，则易引起型腔表面凸起部位的断裂。渗氮时，渗氮层厚度不应超过0.15mm，过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落。

热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。由于热处理过程及工艺规程不正确，引起模具变形、开裂而报废，以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。

压铸模型腔均由优质合金钢制成，这些材料价格较高，再加上加工费用，成本是较高的。如果由于热处理不当或热处理质量不高，导致报废或寿命达不到设计要求，经济损失大。

在热处理时应注意以下几点：
（1）锻件在未冷至室温时，进行球化退火。
（2）粗加工后、精加工前，增设调质处理。为防止硬度过高，造成加工困难，硬度限制在25-2HRC，并于精加工前，安排去应力回火。
（3）淬火时注意钢的临界点Ac1和Ac3及保温时间，防止奥氏体粗化。回火时按20mm/h保温，回火次数一般为3次，在有渗氮时，可省略第3次回火。
（4）热处理时，应注意型腔表面的脱碳与增碳。脱碳会迅速引起损伤、高密度裂纹；增碳会降低冷热疲劳抗力。
（5）氮化时，应注意氮化表面不应有油污。经清洗的表面不允许用手直接触摸，应戴手套，以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀。
（6）两道热处理工序之间，当上一道温度降至手可触摸，即进行下道，不可冷至室温。