压铸模具的失效分析

压铸模具的失效分析
随着铝合金压铸模具技术的日趋成熟，锌、铝、镁合金压铸越来越广泛应用于汽车、摩托车、柴油机、电子设备、家用电器等工业及民用产品配件的生产。

然而，压铸模具的早期失效一直是困扰模具生产和使
用者的普遍问题，那么，该如何提高模具的使用寿命
呢？
一、压铸模具的失效
压铸模的使用时急热急冷，条件极为恶劣。

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℃。

在铝液注射时，型腔表面温度急剧上升，型腔表面承受极大的压应力。

开模顶件、喷涂脱模亮剂时，型腔表面温度急剧下降承受极大的拉应力。

由于交变温度影响模具型面压缩、拉伸的交变应力的反复作用从而使模具金属因热疲劳而产生龟裂缺陷。

开裂是由于模具的短时间的热应力或机械应力过载而引起的模具整体破损。

模具的侵蚀主要分为三种：
1、腐蚀：金属熔液与铁互相扩散并形成金间化合物；
2、冲蚀：金属熔液在型腔中流动时所产生的热机械磨损；
3、粘著：金属熔液附着在模具型腔表面，顶出产品时带走型面表层金属。

而压陷是因为模具强度不足或金属碎屑附着在模具型面，受到锁模力作用使模具产生的塑性变形。

二、影响压铸模具使用寿命的因素
1、钢材对模具寿命的影响
因压铸模具恶劣的使用环境，所以要求模具钢材必须具有优良的淬透性、良好的抗高温强度、高的耐磨性、好的韧度、好的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。

●化学成分
压铸模具钢的应用广泛和具有优良的特性主要由钢中的C、Cr、Mo、Si、V 等化学成分决定的。

当然钢中杂质元素必须降低，有资料表明,当Rm在1550MPa 时，材料含硫量由0.03%降到0.003%，会使200℃左右时的冲击韧度提高约1-2倍。

北美压铸学会（NADCA 207-2003）标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)
的应小于0.003%S和0.015%P。

●退火状态
均匀的球状珠光体
无晶界碳化物
●钢材的纯净度
杂质是热龟裂发生的起源点
杂质无强度，不能抵抗热疲劳、杂质降低钢材的延展性
●钢材的均一性
钢胚具备近似纵向（锻打延伸方向）、横向机械性质的力学差异各向同性。

●建议使用ESR(电渣重溶)钢特性:
●电渣重熔钢,组织致密;具较好的等向性能
●优良的热应力疲劳抗力；抗热裂性好
●优良的韧性及延展
性
●优良的抛光性
●适用于锌、铝、
镁合金压铸模、挤
压模；特别是适合较大
型或形状较复杂之压
铸模具
2、热处理与压铸模
具使用寿命的关系
●热处理是利用加热
与冷却使固态金属合
金得到所需的硬度、韧性、高温强度等性能的操作；
●合理的硬度选择；AISI H13 ESR类材料用于压铸模具如果硬度偏低，易出现粘模和早期龟裂，如果硬度太高又会增加开裂的风险，所以：锌合金压铸模：HRC50-52，中、小型铝镁合金压铸模：HRC46-48尺寸大或形状复杂的模具, 硬度应适当降低。

日本日立的DAC55、ZHD435及ASSAB DIEVAR在高硬度时有很好的韧性及抗高温强度，应用时硬度选择可比H13提高2--4HRC
●压铸模具的热处理工艺流程
材质相同，热处理后硬度一样，但热处理工艺的的不同会令品质完全不一样。

模具的热处理淬火冷却速度应≥28℃/分。

●建议对型面进行氧化, 以减少粘着与侵蚀.
●如须氮化时，型面的
氮化层总深度应0.05mm,
且应无化合物白层
●其他表面强化处理：
如抛丸等
3、模具设计及加工对使用寿命的影响
●科学合理的模具尺寸比例
●易龟裂部位尽量使用镶件
●铝镁合金压铸模具的型腔转角R应1mm，并有较高光洁度，以避免R早期开裂
●冷卻水道與模具表面或模角要有足夠距離模具冷水道距型面的距离应25mm,距横浇道应28mm,距R转角处型面应50mm,以避免这些部位型面早期龟裂。

● EDM细放电加工应尽量采用低的电流及高频
率，EDM加工后型面应用打磨、喷砂方法去除表
面变质层，再经去应力回火(温度比先前回火低
15-25℃)
●型面避免高度拋光，以使脱模剂能均匀附着
4、生产过程中应注意的事项
●模具生产时须以正確方法預熱至足夠溫度。

如铝镁合金模具预热至 250-300℃
●在不影响产品品质的前提下应尽量降低压
铸金属液的温度，以降低模具龟裂与侵蚀的风
险；
●避免注射溶料的速度过高，以减少冲蚀；
●选择适合的模具冷却系统，冷却水須保持40-50℃
●尽量减少停机次数与停机时间；停机时应合模并调小或关闭冷却水；
●不可喷射过多润滑脫模剂，喷脫模剂的喷咀应距型面20cm。

喷脫模剂尽量采用前后模交替喷涂的方法
●模具生产一段時间后须经去应力回火：第一次去应力回火应安排在试模后；随后的去应力回火应安排在1000-2000模次后；5000-10000模次后及以后每1万至2万模次后。

在铝合金压铸出产中，模具损坏最经常见的方式是裂口纹、开裂。

应力是招致模具损坏的首要缘由。

一在压铸出产进程中
1模具温度
模具在出产前应预热到必然的温度，不然当高温金属液充型时发生激冷，
招致模具表里层温度梯度增大，构成热应力，使模具外表龟裂，甚至开裂。

在出产进程中，模温不时升高，当模温过热时，较易发生粘模，活动部件
失灵而招致模具外表毁伤。

应设置冷却温控系统，坚持模具工作温度在必然的局限内。

2合金充型
金属液以高压、高速充型，必定会对模具发生剧烈的冲击和冲刷，因此发
生机械应力和热应力。

在冲击进程中，金属液、杂质、气体还会与模具外表发
生复杂的化学反应，并加快侵蚀和裂纹的发生。

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，发生内向爆破，扯拉出型腔外表的金
属质点而形成毁伤，因气蚀而发生裂纹。

3模具开模
在抽芯、开模的进程中，当某些元件有形变时，也会发生机械应力。

4出产进程
在每一个铝合金压铸件出产进程中，因为模具与金属液之间的热交流，使
模具外表发生周期性温度转变，导致周期性的热膨胀和收缩，发生周期性热应力。

如浇注时模具外表因升温遭到压应力，而开模顶出铸件后，模具外表因降
温遭到拉应力。

当这种交变应力重复轮回时，使模具内部积聚的应力越来越大，当应力超越材料的萎靡极限时，模具外表发生裂纹
二、在模具加工制造进程中
1有些模具只出产了几百件就呈现裂纹，并且裂纹发展很快。

有可能是锻造时只检测了外型尺寸，而钢材中的树枝状晶体、搀杂碳化物、缩孔、气泡等松散缺
陷沿加工办法被延长拉长，构成流线，这种流线对今后的最终的淬火变形、开裂、运用进程中的脆裂、失效倾向影响极大。

2在车、铣、刨等终加工时发生的切削应力，这种应力可经过中心退火来消弭。

3淬火钢磨削时发生磨削应力，磨削时发生摩擦热，发生软化层、脱碳层，降低了热萎靡强度，易招致热裂、早期裂纹。

对H13钢在精磨后，可接纳加热至510－570℃，以厚度每25mm保温一小时进行消弭应力退火。

4电火花加工发生应力。

模具外表发生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层，又硬又脆，这一层自身会有裂纹，有应力。

电火花加工时应采用高的频率，使
白亮层减到最小，必需进行抛光办法去除，并进行回火处置，回火在三级回火
温度进行。

三．模具处置进程中
热处置欠妥，会招致模具开裂而过早报废，特殊是只采用调质，不进行淬火，再进行外表氮化工艺，在压铸几千模次后会呈现外表龟裂和开裂。

钢淬火时发生应力，是冷却进程中的热应力与相变时的组织应力叠加的后果，淬火应力是形成变形、开裂的缘由，固必需进行回火来消弭应力。