压铸生产模具损坏的原因分析与应对措施

大木木

一．造成压铸生产模具损坏的原因
　　在压铸生产中，模具损坏最常见的形式是裂纹、开裂。应力是导致模具损坏的主要原因。热、机械、化学、操作冲击都是产生应力之源，包括有机械应力和热应力，应力产生于：
　　1.在模具加工制造过程中
　　（1）毛坯锻造质量问题。有些模具只生产了几百件就出现裂纹，而且裂纹发展很快。有可能是锻造时只保证了外型尺寸，而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工被延伸拉长，形成流线，这种流线对以后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大。
　　（2）在车、铣、刨等终加工时产生的切削应力，这种应力可通过中间退火来消除。
　　（3）淬火钢磨削时产生磨削应力，磨削时产生摩擦热，产生软化层、脱碳层，降低了热疲劳强度，容易导致热裂、早期裂纹。
　　（4）电火花加工产生应力。模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层，又硬又脆，这一层本身会有裂纹，有应力。电火花加工时应采用高的频率，使白亮层减到最小，必须进行抛光去除，并进行回火处理，回火在回火温度进行。
　　2.模具热处理过程中
　　热处理不当，会导致模具开裂而过早报废，特别是只采用调质，不进行淬火，再进行表面氮化工艺，在压铸几千模次后，会出现表面龟裂和开裂。
　　钢淬火时产生应力，是冷却过程中的热应力与相变时的组织应力叠加的结果，淬火应力是造成变形、开裂的原因，必须进行回火来消除应力。
　　3.在压铸生产过程中
　　（1）模温。模具在生产前应预热到一定的温度，否则当高温金属液充型时产生激冷，导致模具内外层温度梯度增大，形成热应力，使模具表面龟裂，甚至开裂。
　　在生产过程中，模温不断升高，当模温过热时，容易产生粘模，运动部件失灵而导致模具表面损伤。应设置冷却温控系统，保持模具工作温度在一定的范围内。
　　（2）充型。金属液以高压、高速充型，必然会对模具产生激烈的冲击和冲刷，因而产生机械应力和热应力。在冲击过程中，金属液、杂质、气体还会与模具表面产生复杂的化学作用，并加速腐蚀和裂纹的产生。当金属液裹有气体时，会在型腔中低压区先膨胀，当气体压力升高时，产生内向爆破，扯拉出型腔表面的金属质点而造成损伤，因气蚀而产生裂纹。
　　（3）开模。在抽芯、开模过程中，当某些元件有形变时，也会产生机械应力。
　　（4）生产过程。在每一个压铸件生产过程中，由于模具与金属液之间的热交换，使模具表面产生周期性温度变化，引起周期性的热膨胀和收缩，产生周期性热应力。如浇注时模具表面因升温受到压应力，而开模顶出铸件后，模具表面因降温受到拉应力，当这种交变应力反复循环时，使模具内部积累的应力越来越大，当应力超过材料的疲劳极限时，模具表面产生裂纹。
　　二．预防模具损伤的措施
　　1.良好的铸件结构设计
　　铸件壁厚尽可能均匀，避免产生热节，以减少模具局部热量集中产生的热疲劳。铸件的转角处应有适当的铸造圆角，以避免模具上有尖角位导致应力产生。
　　2.合理的模具结构设计
　　（1）模具中各元件应有足够的刚度、强度，以承受压力而不变形。模具壁厚要足够，才能减少变形。
　　（2）浇注系统设计尽量减少对型芯的冲击、冲蚀。
　　（3）正确选择各元件的公差配合和表面粗糙度。
　　（4）保持模具热平衡。
　　3.规范热处理工艺
　　通过热处理可改变材料的金相组织，保证必要的强度、硬度、高温下尺寸稳定性、抗热疲劳性能和材料切削性能。
　　正确的热处理工艺，才会得到最佳的模具性能，而钢材的性能是受到淬火温度和时间、冷却速度和回火温度控制。
　　4.压铸生产过程控制
　　（1）温度控制：模具的预热温度和工作温度;合金浇注温度，在保证成型良好前提下，用较低的浇注温度。
　　（2）合理的压铸工艺：比压、充填速度。
　　（3）调整机器的锁模力，使模具受力均匀。注意清扫模具表面的残削碎片，以免合模时这些多余物使模具表面受力不均匀，引起变形。
　　（4）对合金熔炼严格控制，减少金属液中气体。
　　5.压铸模具材料的选择
　　压铸模的使用寿命与压铸模的材质密切相关。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。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。一方面受到金属液的直接冲刷、磨损、高温氧化和各种腐蚀。另一方面由于生产的高效率，模具温度的升高和降低非常剧烈，并形成周期性的变化。因此，压铸模的工作环境十分恶劣。所以，在选择压铸模的制造材料时就应当具有以下特性：
　　（1）具有良好的可锻性和切削性。
　　（2）高温下具有较高的红硬性、高温强度、抗回火稳定性和冲击韧度。
　　（3）具有良好的导热性和抗疲劳性。
　　（4）具有足够的高温抗氧化性。
　　（5）膨胀系数小。
　　（6）具有高的耐磨性和耐蚀性。
　　（7）具有良好的淬透性和较小的热处理变形率。
　　TOOLOX钢应用于压铸模具，体现在：出厂预硬HRC45以上，韧性优于两倍以上H13系列材料，抗急冷急热性能好，使用过程中内应力小，氮化性能好，氮化层结合紧密，可采用气体氮化，等离子氮化等，具有极高的材料韧性，耐磨性和抗高温性能，无需热处理，零应力尺寸不变，加工性能好，是目前其他钢材无法比拟的不二选择。