探讨提高压铸模具寿命的具体措施

探讨提高压铸模具寿命的具体措施探讨提高压铸模具寿命的具体措施（一）在这里谈谈压铸模失效的形式和原因，从模具材料、热处理、设计、制造加工，从压铸工艺、生产操作、模具使用维护等多方面，探讨影响模具寿命的因素和具体的对策措施。致使压铸模失效的主要形式是：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具体措施。探讨提高压铸模具寿命的具体措施（二）1.选用压铸模具材料应注意的事项模具材料要具有良好的切削加工性，易于精加工；有高的热处理淬透性，使淬火后内部和表面的组织和性能均匀，且尺寸变形小；持久的耐高温塑性和耐热疲劳强度，使模具不会过早的出现龟裂；高的高温强度、硬度和高温耐磨损性能，热膨胀系数小，保证模具使用过程中尺寸的稳定性；高的抗液态压铸合金化学侵蚀和机械冲蚀的能力，防止模具粘模和熔损缺肉；具有高的高温耐氧化性，常温耐腐蚀性，不容易发生锈蚀的现象。为提高冲击韧度，目前常用的H13钢的化学成分纯净度要求：优级钢含硫量要小于0.005%；超级H13钢要求含硫小于0.003%，和含磷小于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，降低了钢材的延展性，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,优良的韧性及延展性,优良的抛光性,较好的异向等同性能。钢材的均一性要求材料的组织要均匀,钢胚具备任意方向机械性能同性,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。建议高寿命要求的模具选用瑞典一胜百的8407、DIEVAR，德国2344、美国H13（4Gr5MoV1Si）、日本SKD61材料。日本日立的DAC55、ZHD435和一胜百的DIEVAR在高硬度时有很好的韧性及抗高温强度，模具寿命也很好。探讨提高压铸模具寿命的具体措施（三）1.压铸模具的热处理应注意的事项热处理是利用加热与冷却，改变压铸模具材料的金相组织，使模具材料得到所必需的强度、硬度、韧性、高温下尺寸稳定性、抗热疲劳性、切削加工性等性能的操作。压铸模具热处理时注意：对相同材质、相同的热处理后的硬度要求，若采用不同的热处理工艺方法会令品质性能完全不一样。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(NADCA207-2003)的规定。建议由模具钢材销售的公司负责模具的热处理,避免因为材料和热处理的厂家不同而引起品质纠纷。H13钢采用高压液氮气冷高真空炉淬火质量好，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℃（DIEVAR钢在1000～1030℃），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入奥氏体，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Ac1和Ac3及保温时间，防止奥氏体粗化。压铸模淬火后用不同温度最少分3次回火，按2～3小时/次保温，特别注意回火的温度和硬度效果，H13钢不能在425～550℃,DIEVAR钢不能在500～550℃回火，以避免回火脆性。如果还要进行氮化处理，可以减少一次回火处理。钢材的回火脆性1.回火脆性，是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高。但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在200~400℃之间，是低温回火脆性；另一个在450~650℃之间，是高温回火脆性。在回火脆性温度范围内，随回火温度的升高，冲击韧性反而下降。合金钢淬火得到马氏体组织后，在450～600℃温度范围回火；或在650℃回火后以缓慢冷却速度经过350～600℃；或者在650℃回火后，在350～650℃温度范围长期加热，都使钢产生脆化现象如果已经脆化的钢重新加热到650℃然后快冷，可以恢复韧性，因此又称为“可逆回火脆性”2.回火脆性产生的原因：是因杂质元素在晶界的偏聚，降低了晶界的断裂强度，产生回火脆性。3.高温回火脆性产生的机理：①出现回火脆性时，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A（奥氏体）晶界偏聚（是产生第二类回火脆性的主要原因），都集中在2~3个原子厚度的晶界上，回火脆性随杂质元素的增多而增大。Ni、Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。②淬火未回火或回火未经脆化处理的，均未发现合金元素及杂质元素的偏聚现象。③合金元素Mo能抑制杂质元素向A晶界的偏聚，而且自身也不偏聚。碳也起着促进作用。一般碳素钢对高温回火脆性不敏感，含有铬、锰、镍、硅的二元或多元合金钢则很敏感，其脆性敏感程度依合金元素种类和含量而不同。4.防止回火脆性产生的方法：①提高钢材的纯度，尽量减少杂质；②加入适量的Mo、W等有益的合金元素；当钢中钼含量增加到0．7％时，则高温回火脆化倾向大大降低，超过此限钢中形成富钼的特殊碳化物，基体中钼含量降低，钢的脆化倾向反而增加；长期在高温回火脆化区工作的部件，单加钼也难以防止脆化，只有降低钢中杂质元素含量，提高钢的纯净度。③对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的方法；④采用亚温淬火（低于A1~A3温度线）：细化晶粒，减少杂质偏聚。加热后为A+F（F为铁素体，细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。⑤采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，降低杂质元素偏聚的浓度。⑥在高温回火后用油冷或水快速冷却以抑制杂质元素在晶界偏聚。5.压铸模具的回火或去应力退火，都应尽量避免在高温脆性范围内进行。探讨提高压铸模具寿命的具体措施（四）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钢退火的温度比淬火时最后一次回火的温度低20℃～40℃，比如根据模块厚度用560±10℃保温1～1.5小时进行消除应力退火。合理选择模具的硬度，美国AISIH13ESR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，所以一般建议：锌合金压铸模用47～52HRC；中、小型的铝、镁合金压铸模用46～48HRC；尺寸大的铝、镁合金铸件和比较厚或形状复杂件的模具,应适当降低硬度为44～46HRC。日立的DAC55、ZHD435及一胜百的DIEVAR钢在高硬度时有很好的韧性及抗高温强度，应用时硬度还可以比H13提高2～4HRC。探讨提高压铸模具寿命的具体措施（五）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、日本的KANUC、蒸镀（PVD物理蒸镀、CVD化学蒸镀）、氮化加蒸镀、激光等方式的表面强化处理，以减少粘模或侵蚀。目前使用日本的KANUC处理的比较多。如需氮化时，型面的氮化层总深度应比以往的0.2～0.3mm要小，应根据铸件壁厚由厚到薄控制在0.04～0.08～0.12mm,且应无化合物白亮层，防止过厚的白亮层碎裂后引起模具过早的龟裂。氮化温度越高、氮势浓度越高和氮化层越厚越容易产生白亮层。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。注意，每次退火和氮化之前、后都要对模具表面进行相应的抛光处理。为防止模具型腔在量产之前出现氧化生锈，在试模合格之后，应对模具在电热炉中进行530～560保温1～1.5小时的氧化处理。探讨提高压铸模具寿命的具体措施（六）1.压铸模具设计应注意的事项合理设计铸件，铸件要壁厚均匀，不要太薄、太厚，一般厚度为2～3.5mm左右为好，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会形成的热节。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。对于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过小，并且镶拼孔的内角要有较大的圆倒角，以免会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。型腔得到的受力有合金液充填时的压力、胀型力、冲击力，产品脱模时的拉力、磨察力，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源，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。