壓鑄生產(chǎn)模具損壞的原因分析與應(yīng)對(duì)措施
/ 2021/6/5 10:40:57
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一．造成壓鑄生產(chǎn)
模具損壞的原因
在壓鑄生產(chǎn)中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應(yīng)力是導(dǎo)致模具損壞的主要原因。熱、機(jī)械、化學(xué)、操作沖擊都是產(chǎn)生應(yīng)力之源，包括有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，應(yīng)力產(chǎn)生于：
1.在模具加工制造過程中
（1）毛坯鍛造質(zhì)量問題。有些模具只生產(chǎn)了幾百件就出現(xiàn)裂紋，而且裂紋發(fā)展很快。有可能是鍛造時(shí)只保證了外型尺寸，而鋼材中的樹枝狀晶體、夾雜碳化物、縮孔、氣泡等疏松缺陷沿加工被延伸拉長，形成流線，這種流線對(duì)以后的淬火變形、開裂、使用過程中的脆裂、失效傾向影響極大。
（2）在車、銑、刨等終加工時(shí)產(chǎn)生的切削應(yīng)力，這種應(yīng)力可通過中間退火來消除。
（3）淬火鋼磨削時(shí)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，磨削時(shí)產(chǎn)生摩擦熱，產(chǎn)生軟化層、脫碳層，降低了熱疲勞強(qiáng)度，容易導(dǎo)致熱裂、早期裂紋。
（4）電火花加工產(chǎn)生應(yīng)力。模具表面產(chǎn)生一層富集電極元素和電介質(zhì)元素的白亮層，又硬又脆，這一層本身會(huì)有裂紋，有應(yīng)力。電火花加工時(shí)應(yīng)采用高的頻率，使白亮層減到最小，必須進(jìn)行拋光去除，并進(jìn)行回火處理，回火在回火溫度進(jìn)行。
2.模具熱處理過程中
熱處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模具開裂而過早報(bào)廢，特別是只采用調(diào)質(zhì)，不進(jìn)行淬火，再進(jìn)行表面氮化工藝，在壓鑄幾千模次后，會(huì)出現(xiàn)表面龜裂和開裂。
鋼淬火時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，是冷卻過程中的熱應(yīng)力與相變時(shí)的組織應(yīng)力疊加的結(jié)果，淬火應(yīng)力是造成變形、開裂的原因，必須進(jìn)行回火來消除應(yīng)力。
3.在壓鑄生產(chǎn)過程中
（1）模溫。模具在生產(chǎn)前應(yīng)預(yù)熱到一定的溫度，否則當(dāng)高溫金屬液充型時(shí)產(chǎn)生激冷，導(dǎo)致模具內(nèi)外層溫度梯度增大，形成熱應(yīng)力，使模具表面龜裂，甚至開裂。
在生產(chǎn)過程中，模溫不斷升高，當(dāng)模溫過熱時(shí)，容易產(chǎn)生粘模，運(yùn)動(dòng)部件失靈而導(dǎo)致模具表面損傷。應(yīng)設(shè)置冷卻溫控系統(tǒng)，保持模具工作溫度在一定的范圍內(nèi)。
（2）充型。金屬液以高壓、高速充型，必然會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，因而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在沖擊過程中，金屬液、雜質(zhì)、氣體還會(huì)與模具表面產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)作用，并加速腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)金屬液裹有氣體時(shí)，會(huì)在型腔中低壓區(qū)先膨脹，當(dāng)氣體壓力升高時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)向爆破，扯拉出型腔表面的金屬質(zhì)點(diǎn)而造成損傷，因氣蝕而產(chǎn)生裂紋。
（3）開模。在抽芯、開模過程中，當(dāng)某些元件有形變時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。
（4）生產(chǎn)過程。在每一個(gè)壓鑄件生產(chǎn)過程中，由于模具與金屬液之間的熱交換，使模具表面產(chǎn)生周期性溫度變化，引起周期性的熱膨脹和收縮，產(chǎn)生周期性熱應(yīng)力。如澆注時(shí)模具表面因升溫受到壓應(yīng)力，而開模頂出鑄件后，模具表面因降溫受到拉應(yīng)力，當(dāng)這種交變應(yīng)力反復(fù)循環(huán)時(shí)，使模具內(nèi)部積累的應(yīng)力越來越大，當(dāng)應(yīng)力超過材料的疲勞極限時(shí)，模具表面產(chǎn)生裂紋。
二．預(yù)防模具損傷的措施
1.良好的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
鑄件壁厚盡可能均勻，避免產(chǎn)生熱節(jié)，以減少模具局部熱量集中產(chǎn)生的熱疲勞。鑄件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)有適當(dāng)?shù)蔫T造圓角，以避免模具上有尖角位導(dǎo)致應(yīng)力產(chǎn)生。
2.合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）模具中各元件應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度，以承受壓力而不變形。模具壁厚要足夠，才能減少變形。
（2）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡量減少對(duì)型芯的沖擊、沖蝕。
（3）正確選擇各元件的公差配合和表面粗糙度。
（4）保持模具熱平衡。
3.規(guī)范熱處理工藝
通過熱處理可改變材料的金相組織，保證必要的強(qiáng)度、硬度、高溫下尺寸穩(wěn)定性、抗熱疲勞性能和材料切削性能。
正確的熱處理工藝，才會(huì)得到最佳的模具性能，而鋼材的性能是受到淬火溫度和時(shí)間、冷卻速度和回火溫度控制。
4.壓鑄生產(chǎn)過程控制
（1）溫度控制：模具的預(yù)熱溫度和工作溫度;合金澆注溫度，在保證成型良好前提下，用較低的澆注溫度。
（2）合理的壓鑄工藝：比壓、充填速度。
（3）調(diào)整機(jī)器的鎖模力，使模具受力均勻。注意清掃模具表面的殘削碎片，以免合模時(shí)這些多余物使模具表面受力不均勻，引起變形。
（4）對(duì)合金熔煉嚴(yán)格控制，減少金屬液中氣體。
壓鑄模的使用壽命與壓鑄模的材質(zhì)密切相關(guān)。壓鑄模零、部件主要分為與金屬液接觸的零部件、滑動(dòng)配合零部件和模架結(jié)構(gòu)零件。壓鑄模型腔與澆道等部件在金屬的壓力鑄造生產(chǎn)過程中，直接與高溫、高壓、高速的金屬液相接觸。一方面受到金屬液的直接沖刷、磨損、高溫氧化和各種腐蝕。另一方面由于生產(chǎn)的高效率，模具溫度的升高和降低非常劇烈，并形成周期性的變化。因此，壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣。所以，在選擇壓鑄模的制造材料時(shí)就應(yīng)當(dāng)具有以下特性：
（1）具有良好的可鍛性和切削性。
（2）高溫下具有較高的紅硬性、高溫強(qiáng)度、抗回火穩(wěn)定性和沖擊韌度。
（3）具有良好的導(dǎo)熱性和抗疲勞性。
（4）具有足夠的高溫抗氧化性。
（5）膨脹系數(shù)小。
（6）具有高的耐磨性和耐蝕性。
（7）具有良好的淬透性和較小的熱處理變形率。
TOOLOX鋼應(yīng)用于壓鑄模具，體現(xiàn)在：出廠預(yù)硬HRC45以上，韌性優(yōu)于兩倍以上H13系列材料，抗急冷急熱性能好，使用過程中內(nèi)應(yīng)力小，氮化性能好，氮化層結(jié)合緊密，可采用氣體氮化，等離子氮化等，具有極高的材料韌性，耐磨性和抗高溫性能，無需熱處理，零應(yīng)力尺寸不變，加工性能好，是目前其他鋼材無法比擬的不二選擇。
