提高压铸模具寿命的措施

提高压铸模具寿命的措施

作者：旭东压铸(上海)有限公司

致使压铸模失效的主要原因是：

①热胀冷缩的交变应力，长期频

繁的反复循环，在模具表面出现热疲劳龟裂纹；②由于热应力及机械应力引起的模具整体开裂、破损；③在压射力和热应力的作用下，模具会在强度最薄弱处萌生裂纹，使型腔碎裂；④化学腐蚀、机械磨损、冲刷侵蚀、熔损侵蚀造成的模具侵蚀；⑤受到锁模、插芯压力和充填压力作用使模具产生的塑性变形。这些模具失效缺陷出现的原因是复杂多样的，下边从实际应用方面探讨一些提高压铸模具寿命的措施。

1 压铸模具材料的选用

为提高热冲击韧度，目前常用的H13钢的化学成分纯净度要求为：优级钢S 含量(质量分数，下同)要小于0.005％；超级H13 钢要求S 含量小于0.003％；P含量小于0.015％。钢的晶界无共晶碳化物夹杂，大块状的共晶碳化物和杂质强度极小，不能抵抗热疲劳，降低了钢材的塑性，是龟裂发生的起源点。要使用电渣重熔炉的精炼钢，它不仅纯净度高，还具有组织致密、优良的热疲劳抗力、抗热裂性好、优良的韧性及塑性，优良的抛光性、较好的异向同性等性能。钢材的均一性要求材料的组织要均匀，钢坯具备任意方向力学性能同性，不要有纵、横、深方向的性能差异。

正确选用模具材料，采用高强度合金材料可以提高模具使用寿命。优选用瑞典8407、德国2344、美国H13 (4Gr5MoVlSi)、日本SKD61 材料。日本日立的DAC55、ZHD435 在高硬度时有很好的韧性及抗高温强度，模具寿命也很高。

2 压铸模具的热处理

采用不同的热处理工艺会使压铸模品质性能不一样。H13 模具钢的热处理工艺和热处理后的金相组织应参照北美压铸学会(NADCA 207—2003)的规定。建议由模具钢材生产商负责模具的热处理，避免因为材料和热处理的厂家不同而引起品质不同。

H13 钢采用高压液氮气冷高真空炉淬火为好，可以有效防止模具表面的脱碳、氧化、变形

和开裂。把淬火温度升高到1020～1050℃，根据模块材料的尺寸大小，和各个零部件要求的强度和韧性，适当控制温度和保温时间，使合金碳化物充分溶人奥氏体，这样可以减少模具因热处理碳化物溶解不充分，残留在晶界之间而造成的模具龟裂。但要注意钢的临界点Acl和Ac3及保温时间，防止奥氏体粗化。淬火后用不同温度分3 次回火，特别注意回火的效果，如果还要进行氮化处理，可以减少一次回火处理。

模具加工时产生的切削应力、电火花放电变质层的应力、和压铸时产生的热疲劳应力，可以通过退火来减轻或消除。模具应定期退火处理消除应力：第一次去应力退火应安排在淬火之前(退火温度700～750℃)，第二次去应力退火应安排在试模合格后的量产之前，再在压铸1 万模、3 万模时各退火处理一次，氮化一次可以代替一次退火处理。对H13 钢退火消除应力的温度比淬火时最后一次回火的温度低20～40℃，保温时间为1.0～1.5 h。

合理选择模具的硬度(HRC)，美国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，如果硬度太高又可能开裂，所以一般建议：锌合金压铸模硬度(HRC)为47～52；中、小型的铝、镁合金压铸模为46～48；尺寸大的铝、镁合金铸件和比较厚或形状复杂件的模具，应适当降低硬度(HRC)为44~46。日立的DAC55、ZHD435 及一胜百的DIEVAR钢在高硬度时有很好的韧性及高温强度，应用时硬度(HRC)可以比H13 提高2～4。

对压铸模的型腔表面容易出现粘模的部位和所有的型芯，应选用氮化、碳氮共渗等表面强化处理，以减少粘模或侵蚀。目前使用日本的KANUC 处理的比较多。如需氮化，型面的氮化层总深度应低于0.2～0.3mm，应根据铸件壁厚由厚到薄控制在0.04～0.08mm，且应无化合物白亮层，防止过厚的白亮层碎裂后引起模具龟裂。对容易粘模部位的零件，可以每压铸1～2 万模进行一次氮化等表面处理。当模具压铸8～10 万模次之后，由于硬度降低容易出现粘模时，也可以进行氮化处理。每次退火和氮化之前、后都要对模具表面进行抛光处理。为防止模具型腔在量产之前出现氧化锈蚀，在试模合格后，应对模具进行530～560℃保温1.5～2.0 h 的预氧化热处理。

3 压铸模具的设计

压铸件壁厚应尽量均匀(一般小件厚度为2.5±1mm，中件厚度为3.0±1 mm，大件厚度为4.0±1mm)，棱角过渡要有圆角或斜坡以减小应力集中，可使用筋条结构消除铸件形成的热节。过厚的压铸件内部组织晶粒粗大，会形成气孔、缩松、氧化、内部裂纹，并伴随有应力源产生，以致其强度和耐用性能会低于加强筋辅助结构形成的产品。

模具的易龟裂部位和易损伤部位尽量采取镶件结构，损坏后便于维修和更换。但成型零件上的镶拼孔，包括型芯孔至模具的边缘或附近的另一孔的距离不要太小，并且镶拼孔的内角要有较大的圆倒角，以免成为模具早期龟裂的薄弱部位。

提高模具设计刚性，要分析模具型腔各个部位的受力情况。型腔受到的力有合金液充填时的压力、胀型力、冲击力，还有脱模时的拉力、摩擦力，温度高低变化产生的热应力，开合模、抽插芯时受到的压力、拉力、预紧力等。设计时要使模具中各组件、各部位都具有足够的厚度、宽度，使模具有足够的刚性以承受各种应力。还要使这些受力达到适当的平衡(这一点很重要)，以防止模具变形、开裂。制造时注意模具的细薄截面、模块的凹角根部是模具出现断裂的敏感部位，要保证其配合精度，如果模块配合的预紧力过大，它会把合模力集中到一点上，这是模具出现大面积断裂的主要因素。

为了较好的预防模具出现整体变形。正确设计模具型腔的受力中心位置，使其尽量靠近压铸机的受力中心。动模背后的两个垫块要尽量支撑在模具的型腔镶块上，不要只支撑在型腔镶块外的套板上；动模背后中间的支撑柱或支撑块的支撑面积要足够大，否则会使支撑块的端面(甚至使压铸机的模具安装板面)，容易被压变形而失去支撑的效果。

模具上有凹角的部位容易产生应力集中。产品转角处尽量要有较大的过渡圆角，避免出现窄而深的凹角、凹槽。铝、镁合金压铸模具的型腔转角半径应大于1.0 mm，表面粗糙度要小，避免圆角处早期开裂。在内浇口附近，尽量加大圆角半径，能够较好的延缓模具早期龟裂纹的出现。合理选用镶块、活动滑块组合结构，避免模块上出现较锐的尖角；并使镶拼接触密封面的结合面积要比较大，要使滑块出现退让时，也不会出现铝水从密封面窜入到滑块的导滑槽里；为防止运动卡滞，滑块的侧面使用斜面配合。

正确设计浇注系统，设计内浇口的位置和充填流向时，尽量防止高速充填的铝水正面喷射冲击到型壁或型芯。设计内浇口截面大小时，如果选用的压射充填速度太高，有大量的动能减速后转变成热能传递到模具上，使模具温度升高，促使模具出现粘模、龟裂、冲蚀缺陷。压铸铝水的最大充填速度不应超过56m/s，充填速度以≤46 m/s 为好。设计内浇口的厚度时，在保证产品表面品质的情况下，还是选用厚而大一点的内浇口为好，这样可以增加流量，又不增加对模具的冲击力。

要正确选择各组件的配合公差和表面粗糙度，因模具受热不均匀和膨胀不均匀，会使配合公差产生变化，会使部件运动失灵而导致模具表面损伤，也会使动、定模套板之间的合模