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制作壓鑄模的選材及應(yīng)用工藝竅門
制作壓鑄模的選材及應(yīng)用工藝竅門
影響壓鑄模使用壽命的因素很多,除了選擇正確工藝及合理操作外,其材料的準(zhǔn)確選用也至關(guān)重要.本文不但對壓鑄模合理選材做了闡述,還詳細(xì)探討了幾種提高其使用壽命的方法.
我國加入WTO后的新形式,模具行業(yè)從總體上來看,機(jī)遇要大于挑戰(zhàn).這主要是我國模具價格要比許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家低,有的甚至只是國外價格的1/3～1/5,因此在國際市場上有一定的競爭優(yōu)勢.
從資料可知,在全部模具中,其模具用量的次序是塑料模具、冷沖壓模、鑄造模具、鍛造模具等等。但是，由于選材不對、工藝不正確或操作不當(dāng)，造成低的高溫強(qiáng)度與韌度、差的高溫耐磨性、低的耐熔融損傷性等，嚴(yán)重影響了模具使用壽命。所以，除了選擇正確工藝及合理操作以外，壓鑄模材料的選用也是重要問題之一，這對提高模具的產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命具有十分重要的意義。
1、工作條件與性能要求
壓鑄模是完成壓力鑄造生產(chǎn)的基本工具,是在高壓150MPa～500MPa下將高溫1000℃熔融金屬壓鑄成形，加工對象有鉛、鋅、鋁、鎂、銅及其它合金等。由于這些金屬及合金的熔點(diǎn)不同，對模具性能要求也不完全相同。
1.1 壓鑄模具的工作條件
(1)與其他模具相比，壓鑄模具的工作條件十分惡劣，因不同被壓鑄的金屬，要承受150MPa～500MPa很高壓力的作用。
(2)工作時，經(jīng)常與300℃～1000℃的熔融金屬接觸，且不斷地反復(fù)加熱和冷卻，沿截面溫度梯度很大。
(3)模具工作型腔收到150m/s～70m/s高速注入地熔融金屬接觸時，會產(chǎn)生嚴(yán)重地磨損。
(4)型腔在液態(tài)金屬沖刷和浸蝕作用下，易使金屬粘著在模具型腔表面上(尤其是鋁合金更為突出)，甚至滲入模面或與模面金屬發(fā)生化學(xué)變化而腐蝕模面。
1.2 壓鑄模其他性能要求
壓力鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜、精度高、表面粗糙度小并且具有良好地力學(xué)性能的零件。所以，壓鑄模具應(yīng)具有如下的性能要求：
(1)較大的高溫強(qiáng)度與韌度
壓鑄模具受到熔融金屬注入時的高溫、高壓和熱應(yīng)力作用，容易發(fā)生變形，甚至開裂。因此，模具材料在工作溫度下應(yīng)具有足夠的高溫強(qiáng)度與韌度，以及較高的硬度。
(2)優(yōu)良的高溫耐磨性、抗氧化性與抗回火穩(wěn)定性
高溫熔融金屬高速注入模具和澆鑄后脫模時，均產(chǎn)生較大的摩擦作用，為保證模具長期使用，模具在工作溫度下應(yīng)均有較高的耐磨性。大量連續(xù)生產(chǎn)的壓鑄模具，長時間處于一定溫度作用下，應(yīng)持續(xù)保持其高硬度，而且應(yīng)不粘模及不產(chǎn)生氧化皮。因此，模具還應(yīng)具有良好的抗氧化性與回火穩(wěn)定性。
(3)良好的熱疲勞性能
壓鑄模具表面反復(fù)受到高溫加熱與冷卻，不斷膨脹、收縮，產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。此應(yīng)力超過模具材料的彈性極限時，就發(fā)生反復(fù)的塑性變形，引起熱疲勞。同事，模具表面長時間受到熔融金屬的腐蝕與氧化，也會逐漸產(chǎn)生微細(xì)裂紋，大多數(shù)情況下，熱疲勞是決定壓鑄模具壽命的*重要因素。
(4)高的耐熔融損傷性
隨著壓鑄機(jī)的大型化，壓鑄壓力也在增大，已從低壓的20～30MPa，提高到高壓150～500MPa。高溫高壓澆鑄可產(chǎn)生明顯的熔融損傷，模具應(yīng)對此具有較大的抵抗力。為此，模具材料必須具有較大的高溫強(qiáng)度，較小的對熔融金屬親和力，模具表明粗糙度要小，并附有適當(dāng)?shù)难趸！⒌瘜拥缺Ｗo(hù)層，而不存在脫碳層。
(5)淬透性好、熱處理變形小
一般壓鑄模具的制造方法是將退火狀態(tài)的模具材料雕刻型腔，然后熱處理，得到所需要的硬度，或?qū)⒛＞卟牧舷冗M(jìn)行熱處理，得到需要的硬度，再雕刻型腔。先雕刻型腔后熱處理的制造方法，有高的硬度和強(qiáng)度，不易產(chǎn)生熔損與熱疲勞。無論用哪一種方法進(jìn)行熱處理，得到均一的硬度是必要的，所以要求淬透性好，特別是先雕刻型腔后進(jìn)行熱處理，要用熱處理變形小的材料，這點(diǎn)對于尺寸大的模具尤為重要。
(6)較好的被削性與磨削性
壓鑄模型腔都經(jīng)切削加工制成，所以模具材料應(yīng)具有較好的被削性。必須指出，耐磨性好的材料，其被削性一般較差。許多模具鋼就是如此，雖在退火狀態(tài)，其基體部分還是較硬。再加堅硬的碳化物，一般切削困難。
為獲得較光滑的壓鑄件，要求模具型腔表面的粗糙度值小，所以對模具材料也應(yīng)具有較好拋光性能。
(7)材料內(nèi)部組織均勻無缺陷
模具材料的組織應(yīng)均勻、無缺陷、方向性少、否則不僅影響模具的裂紋、強(qiáng)度、熱疲勞性能，而且還影響熱處理變形。
2、壓鑄模材料的選用原則
經(jīng)上述分析及介紹可知，壓鑄模材料的選用原則是：
** 能滿足被壓鑄材料工作條件的要求，一般按表3選用。
** 根據(jù)被壓鑄零件的大小來決定模具尺寸，并考慮到生產(chǎn)批量，參見表3。
第三 按鋼材的供應(yīng)條件，應(yīng)優(yōu)先采用我國自產(chǎn)，并且冶金質(zhì)量穩(wěn)定的鋼材。
第四 大、中型精密壓鑄模具，應(yīng)選用加工工藝性能好、使用性能可靠和壽命長的鋼種。
3、提高模具壽命方法
隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)，是進(jìn)一步提高模具壽命的重要手段。較成熟的提高模具壽命的新工藝有模具整體強(qiáng)韌化處理及模具表面強(qiáng)化處理兩大類。
3.1 整體強(qiáng)韌化處理
3Cr2W8V模具鋼使用較廣，常規(guī)熱處理工藝為1050℃～1100℃淬火，550℃～620℃回火，硬度一般為45HRC～50HRC，使用中常出現(xiàn)早期斷裂現(xiàn)象，模具壽命往往是較低的。如改用高溫淬火和高溫回火新工藝，即1150℃高溫淬火，640℃～680℃高溫回火，硬度為40HRC左右，得到回火索氏體組織。這樣，硬度雖然降低了些，但由于耐熱疲勞性及斷裂韌度大大提高，使用中避免了斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，使用壽命顯著延長。若將回火溫度控制在620℃～640℃，硬度保持43HRC左右，對一些凸模形狀可以延緩產(chǎn)生塌陷時間。
3.2 表面強(qiáng)化處理
近幾年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益嚴(yán)格，因而對模具的要求也越來越高。特別是精密壓鑄模具，除要求有很高的力學(xué)性能，還要求變形量很小，熱處理后基本不再加工。下面介紹了三種常用的模具表面強(qiáng)化處理：
(1)模具氣體軟氮化
氣體軟氮化是一項新的化學(xué)熱處理工藝，它是由液體軟氮化發(fā)展起來的。這項工藝是在井式爐中使用尿素、甲酸胺、三乙醇胺等有機(jī)化合物作為滲劑，或通入氨加滲碳性氣體等添加物進(jìn)行氮化處理。
氣體軟氮化工藝除具有液體軟氮化處理溫度低、時間短、變形小、不受鋼種限制，處理后能顯著提高模具型腔的耐磨性、疲勞性、抗咬合及擦傷等性能外，還解決了液體軟氮化的毒性問題，具有勞動條件好，氮化質(zhì)量穩(wěn)定，工藝操作方便等有點(diǎn)。
3Cr2W8V壓鑄模徑氣體軟氮化表明強(qiáng)化處理后，一般能提高2～10倍，取決于被壓鑄德零件材料、形狀及尺寸。
(2)模具離子氮化
離子氮化是提高模具零件耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性德一種新德化學(xué)熱處理工藝，生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，應(yīng)用在壓鑄模具上效果良好。
(3)模具滲鉻
壓鑄模滲鉻可提高型腔表明硬度(HV1300以上)、耐磨性、耐蝕性、疲勞強(qiáng)度和抗高溫氧化性。對承受強(qiáng)烈磨損的模具，可顯著提高使用壽命。
模具滲鉻時，加熱到950℃～1100℃，保溫5h～10h即可形成一層結(jié)合牢固的滲鉻層。滲鉻層厚度一般較小，不影響模具型腔的尺寸。
例如，某廠對壓鑄件的一般形狀及尺寸來說，鋁合金壓鑄磨3Cr2W8V，經(jīng)滲鉻后的使用壽命可提高10倍左右。
總之，壓鑄模的工作條件極為復(fù)雜和惡劣，一副模具在使用過程中往往交織著多種損傷現(xiàn)象，這些損傷相互作用、相互促進(jìn)，*后以一種或多種形式失效。所以，在選用模具鋼時，應(yīng)認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行探討及分析，從而采用提高壓鑄模使用壽命地*佳措施，這將對降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要地現(xiàn)實(shí)意義。



編　　輯：日加金屬制品（上海）有限公司技術(shù)部
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