探討提高壓鑄模具壽命的具體措施（之四）

蘇州優(yōu)尼昂金屬精密制造有限公司 ?劉遵建 壓鑄專業(yè)高級(jí)工程師

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本文曾發(fā)表在《特種鑄造及有色合金》雜志的2011年第4期

7. 壓鑄模具的制造加工對(duì)模具壽命的影響

模具各零件加工基準(zhǔn)要統(tǒng)一，最好是用加工中心一次裝夾加工完成，每道工序的尺寸要進(jìn)行自檢，力求達(dá)到設(shè)計(jì)要求。模具制造的尺寸精度和配合精度要高（這是我們與進(jìn)口模具的主要差距）,密封接觸的配合面，必須密封配合,密封接觸的面積要大,防止鋁水鉆入。型腔的尺寸盡量一次制作達(dá)到產(chǎn)品的精度要求，對(duì)沒(méi)有把握一次制作到位的尺寸，要留有修模的余量，經(jīng)過(guò)試模測(cè)量產(chǎn)品的尺寸之后，再制作到位。加工制造模具要認(rèn)真防止出現(xiàn)過(guò)錯(cuò)，盡量避免人為因素造成的燒焊修補(bǔ)處理,因模具燒焊修補(bǔ)過(guò)的部位,很容易出現(xiàn)龜裂缺陷。

電脈沖放電加工后的型腔表面產(chǎn)生出一個(gè)變質(zhì)層，變質(zhì)層從表面到里層由熔化凝固層（俗稱白亮層）、重新淬火層、過(guò)度回火層（熱影響區(qū)）和基體構(gòu)成。其中熔化凝固層是模具表面被加熱熔融后又在放電液中迅速重新凝固而形成的,厚約0.10mm,這一層的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、韌性）等都發(fā)生了改變，熔化凝固層本身又硬又脆,并有應(yīng)力和大量的微裂紋,會(huì)引起模具早期龜裂；重新淬火層是由于加工中,模具表面受熱后又自行淬火造成的,其硬度有所增加。過(guò)度回火層厚度由加工時(shí)電流強(qiáng)度和頻率決定，粗加工時(shí)較深，精加工時(shí)較淺,電脈沖或線切割放電精細(xì)加工時(shí),應(yīng)盡量采用低的電流及高的頻率,以減小模具表面的過(guò)燒深度［8］。使用好的電火花專用油液,它會(huì)起到?jīng)_洗、冷卻、潤(rùn)滑、絕緣、防電離和減輕變質(zhì)層的作用。放電時(shí)浸油比沖油能更好的減輕變質(zhì)層。無(wú)論變質(zhì)層深淺,它在模具表面均有極大的應(yīng)力,若不消除其白亮層和殘余應(yīng)力，在使用過(guò)程中,模具表面就會(huì)較早的產(chǎn)生龜裂、沖蝕和開(kāi)裂。

模具型腔精加工時(shí)，走刀量要小，不要留下刀痕，必要時(shí)需留下打磨拋光的余量。模具型腔的所有表面，即使沒(méi)有留下加工刀痕的表面，都要進(jìn)行一次打磨拋光，用以消除刀具加工或放電加工產(chǎn)生的硬化層和白亮層。但要注意，打磨時(shí)不要讓模具局部過(guò)熱，以防燒傷模具表面和降低模具的硬度。消除硬化層、白亮層和去除應(yīng)力的方法有：①.用油石打磨、研磨拋光、化學(xué)溶蝕去除；②.噴玻璃丸的方法即可以去除表面熔化凝固層，消除殘余拉應(yīng)力，并形成壓應(yīng)力，是目前延緩龜裂的好方法；③.在不降低硬度的情況下，低溫回火也可大幅度降低模具的表面應(yīng)力。模具型腔表面拋光時(shí)，粗糙度要以產(chǎn)品而定：①.薄壁、表面要求光亮的產(chǎn)品表面位置，型腔表面要適當(dāng)拋光為Ra 0.2～0.4；②.厚壁、表面要求一般的產(chǎn)品表面處，型腔表面可拋光為Ra 0.4～0.8；③.一般不要高度的拋光為鏡面，要使脫模劑能在模具表面均勻附著，但不要把粗糙的刀痕留下不拋光，以免模具過(guò)早的出現(xiàn)龜裂；④.要注意交叉打磨，模具表面打磨過(guò)的痕跡，不要有明顯的打磨方向，要讓熱應(yīng)力找不到集中的應(yīng)力源。

8.?壓鑄工藝和生產(chǎn)操作對(duì)壓鑄模具壽命的影響

?增加壓鑄鋁合金中的含鐵量，可以有效地減輕粘模程度，一般產(chǎn)品要求鋁合金的含鐵量≤1.3％或≤1.5％,實(shí)際生產(chǎn)中鋁水的含鐵量可以控制在0.65～0.9％為好。不使用過(guò)高的鋁液澆注溫度，要使用溫度計(jì)在壓鑄過(guò)程中自動(dòng)控制鋁水溫度在±10℃之內(nèi)，ADC12鋁合金春秋季澆鑄溫度建議≤660℃,冬、夏季溫度可以各上下變化10℃，這樣可以消除季節(jié)性的缺陷。模具內(nèi)澆口附近容易龜裂、侵蝕，遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的部位不容易龜裂、侵蝕,這主要是因?yàn)樵趦?nèi)澆口附近,高溫的鋁水傳遞給模具的熱量比較多,致使模具溫度比較高。所以在不影響產(chǎn)品品質(zhì)的前提下,應(yīng)盡量降低鋁水的澆注溫度。

在滿足成型良好的參數(shù)下，盡量使用比較低的低速壓射速度和比較低的高速壓射速度。充填速度過(guò)高不僅會(huì)致使粘模、沖蝕、龜裂，當(dāng)?shù)退賶荷渌俣容^高使金屬液包裹較多的氣體時(shí)，氣體在高速壓射進(jìn)入型腔中的低壓區(qū)會(huì)膨脹，氣體膨脹時(shí)產(chǎn)生爆破，氣體帶動(dòng)鋁水以很高的速度沖擊、撕扯型腔表面，這樣造成型腔表面氣蝕缺損（這種氣蝕在溢流槽澆口處也會(huì)常見(jiàn)），被氣蝕的表面還會(huì)有裂紋產(chǎn)生。

在滿足成形質(zhì)量良好的條件下，盡可能選用較小的壓力,以防模具過(guò)早龜裂或開(kāi)裂。通常增壓比壓首選45～65 MPa，次選65～80 MPa，盡量≤90MPa，如果選≥100 MPa，那接近擠壓鑄造的壓力，模具壽命就不會(huì)長(zhǎng)?？梢杂^察殼形和圓形產(chǎn)品，在模具壓鑄幾萬(wàn)模之后，在產(chǎn)品同一部位的外表面比內(nèi)表面龜裂紋大出很多，這說(shuō)明在相同的條件之下，模具受到鋁水包裹擠壓與膨脹拉伸的力量方向不同，致使模具出現(xiàn)龜裂的缺陷大小相差很大；特別是在模具型腔的凹角處，拉伸和熱應(yīng)力都會(huì)集中在這里，凹角處會(huì)過(guò)早的出現(xiàn)龜裂和開(kāi)裂裂紋；而在模具的凸角和型芯表面受到擠壓和熱沖擊力，雖然會(huì)出現(xiàn)粘模，但出現(xiàn)應(yīng)力集中情況很小，模具不容易出現(xiàn)龜裂?？梢?jiàn)鋁水壓力的大小和受力方向?qū)δ＞啐斄训挠绊懯呛艽蟮?，有時(shí)為了配套不容易出現(xiàn)龜裂模塊的壽命，可以采用比較好的模具材料或熱處理的方法，來(lái)提高容易龜裂模塊的壽命。

一副模具同樣的位置，壓鑄時(shí)表面溫度由100℃上升到610℃,比200℃上升到610℃容易引起龜裂,表面溫度由200℃上升到680℃，比200℃上升到610℃更容易引起龜裂；模具在500℃以上保持6秒比保持3秒也是更容易引起龜裂，所以一定要使模具承受的溫度低、溫差變化量比較小、處于高溫的時(shí)間短。一般產(chǎn)品壓鑄開(kāi)模后的2～3秒鐘時(shí)測(cè)量模具表面的溫度（或用熱電偶測(cè)量模具內(nèi)部溫度）應(yīng)不高于澆注的合金溫度的40～45％,即鋁合金模具為≤250～320℃,在200～280℃為好。噴涂之后合模時(shí)模具表面的溫度應(yīng)不低于合金澆注溫度的20％,即鋁合金模具以≥130℃為好。

壓鑄前從模具內(nèi)部用油、電加熱預(yù)熱至足夠溫度，如鋁合金模具預(yù)熱至 180～300℃再澆注壓射，比用鋁水直接澆注壓射來(lái)預(yù)熱模具，模具內(nèi)外層溫度的梯度小,能延緩模具表面龜裂紋的出現(xiàn)。因?yàn)橛娩X水直接澆注壓射來(lái)預(yù)熱模具,模具表面承受到的溫度變化度數(shù)比較大。還有，模具預(yù)熱后開(kāi)始?jí)鸿T的前10～20模鑄件,要使用低速速度壓射,以減小鋁水與模具接觸的緊密程度，減小熱量傳遞給模具的速度，達(dá)到緩慢加熱的目的。

合理的使用模具冷卻、加熱溫控系統(tǒng)。使用通水降低模具過(guò)熱部位的溫度，讓模具表面處于高溫的時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)；使用通熱油提高模具過(guò)冷部位的溫度，使模具在噴涂料之后溫度不要降的太低。為確保模具得到適當(dāng)冷卻,冷卻水的溫度應(yīng)保持在20～40℃，對(duì)冷卻水夏季要降溫,冬季必要時(shí)還要加熱。要在由低速開(kāi)始轉(zhuǎn)換為高速壓鑄熱模時(shí),才開(kāi)始打開(kāi)模具型腔部位的冷卻水。當(dāng)模具處在很高溫度時(shí)應(yīng)逐漸開(kāi)大冷卻水,防止激冷。盡量減少停機(jī)次數(shù)與停機(jī)時(shí)間,臨時(shí)停機(jī)時(shí),應(yīng)輕輕合模減少模具散熱,并減小或關(guān)閉模具冷卻水,避免再開(kāi)機(jī)時(shí)模具溫度太低,以減少模具承受較大熱沖擊的次數(shù)。

?壓鑄操作時(shí)均勻噴涂脫模劑,可以減輕鋁水對(duì)模具的粘模和磨損。為了防止脫模劑對(duì)模具激冷過(guò)猛,冬天對(duì)水劑脫模劑要預(yù)熱到20～30℃為好。噴脫模劑要形成霧狀噴涂,噴嘴應(yīng)距型面20±10cm，斜向模面角度15°±5°噴涂的效果最好。不可噴涂過(guò)多脫模劑,較少時(shí)噴涂0.5～1秒，較多時(shí)噴涂1.5～2.5秒即可；禁止用脫模劑進(jìn)行噴灑、澆灌式的噴涂,以防對(duì)模具表面急速的激冷降溫?？梢圆捎脛?dòng)、定模多次交換噴涂的方法,以減小激冷的速度。另外,模具的頂桿頂出后,要在頂桿頭部噴涂上涂料得到潤(rùn)滑之后再退回,以防頂桿運(yùn)動(dòng)卡滯。