淺談延長壓鑄模具壽命

1、· 淺談延長壓鑄模具壽命  摘要：本文從模具材料、模具設(shè)計、模具制造到模具使用維護各個環(huán)節(jié)探討了延長壓鑄模具壽命的問題，提出了建議。關(guān)鍵詞：壓鑄模具，延長壽命。 引言： 壓鑄模具壽命是考量模具質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時也是影響壓鑄企業(yè)經(jīng)濟效益的重要因素。因此，提高壓鑄模具壽命，無論對于壓鑄模具使用企業(yè)的經(jīng)濟利益，還是減少資源浪費的社會效益，都是非常有利的。 對于壓鑄模具，特別是鋁合金壓鑄模具，由于鋁合金熔點較高，壓射速度較快，壓射壓力大，模具壽命相對于注塑、低壓鑄造等模具要低很多，一般在四萬至十幾萬模次。因此，如何延長壓鑄模具壽命更值得我們研究、探討

2、。 一、影響壓鑄模具的因素從壓鑄模具的使用特性來看，模具損壞無法使用主要表現(xiàn)幾點：一是模具老化，表面龜裂，影響外觀，同時由于龜裂造成零件表面出模拉傷或鑄件變形，造成模具無法使用；二是模具開裂，無法使用；三是模具故障頻繁如滑塊卡死，模具竄鋁等造成模具無法使用，或勉強使用壓鑄效率極低。 而造成壓鑄模具損壞的主要原因是：壓鑄模具在使用中，一方面模具受鋁液的高速沖擊以及高壓沖擊，壓射過程實際上是噴射過程，在壓鑄過程中一般內(nèi)澆口速度達(dá)到30-70米/秒，而填充壓力一般在400-900公斤/平方厘米，沖擊的壓力和速度都非常大；另一方面，鋁液溫度較高，壓鑄模具一直處于熱漲冷縮的往復(fù)疲勞狀

3、態(tài)，模具型腔部分溫度基本上一直在160度-350度來回變化，模具急冷急熱，不停的熱漲冷縮。因此，模具損壞主要的是受沖擊、受壓、漲縮，造成疲勞，或變形、或表面龜裂、或整體開裂，造成模具損壞。因此模具延壽應(yīng)主要從減少沖擊速度、壓力，降低溫度、減少漲縮以及提高抗疲勞強度、提高抗沖擊等方面入手。 二、提高壓鑄模具壽命途徑 提高壓鑄模具壽命途徑很多，應(yīng)該主要從四個方面入手：一是模具材料，二是模具設(shè)計，三是模具制造，四是模具使用和維護。 （一）模具材料模具材料以及材料的熱處理是影響模具壽命的主要因素，模具材料包括型腔材料和套板材料。 1.型腔材料型腔材料以及熱處理是

4、影響模具壽命的主要直接因素，前面講到模具損壞在型腔上主要表現(xiàn)為兩種形式，一是開裂，二是表面龜裂。根據(jù)不同的鑄件要求以及不同的壓鑄條件選擇合適的模具鋼，以及優(yōu)化的熱處理工藝，是延長模具壽命的重要途徑。 在選擇型腔材料時，我們應(yīng)從三個方面進行考量，一是模具鋼要具有抗裂紋擴展及延伸的能力，從而避免模具的整體開裂，歐洲，日本不同廠家現(xiàn)在生產(chǎn)的改良型H11及H13鋼都把提高壓鑄用模具鋼的韌性與延展性放在了首位。簡單地講，高的韌性與延展性能夠提高鋼的抗熱疲勞性能從而提高模具壽命；二是材料的金相分析，顯微組織結(jié)構(gòu)決定了鋼材的性能而不僅僅是合金元素，金相組織越細(xì)小沖擊功越高。金相組織一方面取決于材料

5、本身的特性，另一方面取決于熱處理；三是材料內(nèi)部質(zhì)量，壓鑄模具型腔材料一般為鍛造鋼坯，內(nèi)部容易存在微裂紋，及時發(fā)現(xiàn)和避免是十分關(guān)鍵的。為此，輝旺公司配置了沖擊試驗機、金相分析儀以及探傷機，進行材料的控制，對熱處理的效果進行確認(rèn)，確保模具質(zhì)量，延長模具壽命。但是，目前國內(nèi)大部分壓鑄模具制造企業(yè)，普遍缺乏檢測設(shè)備，從而無法在前期做好模具材料以及熱處理效果的控制，從而影響模具壽命，這一點應(yīng)引起重視。 在模具型腔熱處理方面，熱處理工藝是影響模具壽命非常重要的因素，有兩個問題非常關(guān)鍵，一是熱處理工藝，特別是熱處理時高溫保持時間，根據(jù)零件的尺寸大小、形狀等選擇合適的工藝。而有的熱處理廠家，為了節(jié)約

6、成本，將多種特性不相同的零件放到一起進行熱處理，或者為了節(jié)省費用，減少高溫保持時間等等，都會影響模具壽命。如果材料熱處理淬透性差，俗話說得沒有淬透，會大大影響模具壽命，因此，淬火速率應(yīng)當(dāng)越快越好。二是淬火硬度選擇，型腔熱處理硬度，通常在HRC43-52度之間，在很多壓鑄模具制造企業(yè)，在選擇模具硬度時普遍一致，大部分在HRC44-46。實際上模具型腔熱處理硬度應(yīng)根據(jù)鑄件合金材料、鑄件的特性、壓鑄工藝以及鑄件質(zhì)量特性等，綜合考量進行選擇材料以及熱處理。材料在不同硬度下，其表現(xiàn)也不盡相同。型腔硬度偏高，模具越不容易粘模，但是容易出現(xiàn)開裂，而硬度偏低容易粘鋁，但是模具不容易出現(xiàn)開裂；壓鑄鋅合金或鎂合金

7、，模具型腔熱處理硬度盡量偏高，可以延長模具壽命。因此，選擇合適的材料以及熱處理硬度，同樣可以延長模具壽命，這也是我們應(yīng)該深入研究的課題。 2.套板材料 套板材料包括滑道、壓條材料等同樣是影響模具壽命的因素。壓鑄是一個高壓鑄造過程，壓鑄比壓一般在400-900公斤/平方厘米，作用在壓鑄型腔上的沖擊壓力是非常大的。而套板作為型腔的固定以及滑塊滑動、鎖緊等是非常重要的。如果選擇不當(dāng)，同樣影響模具壽命。因此，必須根據(jù)不同的鑄件要求以及不同的壓鑄條件以及型腔材料來選擇合適的套板材料。目前，我們國家壓鑄模具套板以往大部分采用球墨鑄鐵或鑄鋼，最近幾年才部分采用了S50C鍛鋼，并調(diào)質(zhì)處理，

8、從實際效果上，比以往有了較大改進。而國外有采用P20調(diào)質(zhì)預(yù)應(yīng)鋼或4140淬火，盡管增加了模具成本，但是大大提高了套板的穩(wěn)定性，延長了模具壽命，這值得我們借鑒。 （二）模具設(shè)計 壓鑄模具設(shè)計是影響壓鑄模具壽命的另一重要因素，模具設(shè)計的優(yōu)劣，直接影響壓鑄模具壽命。因此，在壓鑄模具設(shè)計時必須根據(jù)鑄件的特性，充分考量影響模具壽命的因素，合理地設(shè)計模具結(jié)構(gòu)，要在前期對于影響模具壽命的鑄件設(shè)計及時提出改進意見，或采取合理的措施予以解決。在模具設(shè)計時應(yīng)該從如下幾個方面加以關(guān)注。 1.模具強度是否足夠；模具強度是否足夠是影響模具壽命的重要因素，對于這一點中國目前大部分企業(yè)，包括壓

9、鑄企業(yè)在采購模具時，普遍特別關(guān)注模具價格，甚至認(rèn)為，只要能壓鑄出合格產(chǎn)品就行，對于模具大小，模具強度是否足夠沒有引起足夠重視。同時，很多壓鑄模具制造企業(yè)為了取得訂單，往往把模具價格壓低，而在模具制作時能省則省，以降低成本。模具強度如果不夠不僅影響模具可靠性，也影響模具壽命。實際上從壓鑄生產(chǎn)的角度來看，這樣的模具并不經(jīng)濟。壓鑄模具如果強度不夠，剛性差，模具在不斷的受沖擊、受壓的情況下，就會過早的開裂。并且由于封鋁面太少，會造成模具竄鋁，不及時清理又壓踏模具，造成模具損壞。因此，在模具設(shè)計時必須充分考慮模具強度，確保模具壽命。 2.模具內(nèi)澆口速度是否合適，應(yīng)盡量偏低；壓鑄模具內(nèi)澆口的設(shè)計

10、既是影響鑄件質(zhì)量的重要因素，同時又直接影響壓鑄模具壽命，因此在壓鑄模具設(shè)計時必須高度重視。壓鑄模具內(nèi)澆口速度越快，對模具型腔的沖擊越大，模具型腔的瞬間升溫越大，模具越容易出現(xiàn)表面龜裂或開裂。壓鑄模具內(nèi)澆口一般在30-70米/秒為宜，并且在確保產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，盡量偏低，這樣，可以降低對模具的沖擊，從而延長模具壽命。 3.模具滑塊鎖緊塊強度是否足夠；       由于壓鑄是高速、高壓，壓鑄模具滑塊受的沖擊力非常大，壓鑄比壓一般選擇在400-900公斤/平方厘米，以滑塊投影100×100mm,為例，作用力就有40噸-9

11、0噸之大，因此，目前很多壓鑄模具企業(yè)在設(shè)計模具時普遍為了節(jié)省材料，模具設(shè)計偏小，鎖緊塊不夠大，強度不夠，從而造成滑塊鎖不住。不但會影響鑄件質(zhì)量，同時，容易造成竄鋁，造成滑塊卡死，造成模具鎖緊部分變形或開裂，從而損壞模具，影響模具壽命。因此在設(shè)計模具時必須確保模具滑塊鎖緊塊強度足夠，確保模具的可靠性，延長模具壽命。 4.模具型腔封鋁面是否足夠;由于壓鑄是高溫、高速、高壓，壓鑄模具竄鋁是時有發(fā)生的，究其原因，除了壓鑄參數(shù)選擇不當(dāng)，壓射速度過快，壓力太大，鎖模力不夠等以外，模具設(shè)計不合理，封鋁面不夠也是其中重要的原因。如果模具竄鋁，一方面直接影響鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，另一方面，由于在壓鑄過程中，

12、沒有及時或難以清理，這樣會把模具擠壞，造成模具分型面塌陷。更嚴(yán)重的在有滑塊結(jié)構(gòu)的模具中，如果竄鋁竄到滑塊間隙里，在合模時由于鎖模力非常大，會把滑塊或滑塊座擠壞，甚至擠裂模架。這樣的現(xiàn)象在壓鑄企業(yè)里經(jīng)常發(fā)生。究其原因，主要是壓鑄企業(yè)或模具制造企業(yè)為了節(jié)省費用，把模具做的過小，封鋁面不夠大而造成的。有一個現(xiàn)象，值得我們反思，日本人是很節(jié)約的，但是，日本人做的壓鑄模具基本上比中國大部分廠家做的模具大，為什么？因為壓鑄模具如果僅僅考慮成本，而忽略了模具最關(guān)鍵的特性，即：可靠性、成品率、生產(chǎn)效率、壽命，將是得不償失。這也是中國壓鑄模具與國外先進國家模具的差距所在。這個觀念不僅僅是壓鑄模具制造企業(yè)需要改變

13、，同樣也是壓鑄模具使用企業(yè)應(yīng)該扭轉(zhuǎn)的。因此，在設(shè)計模具時應(yīng)高度關(guān)注封鋁面特別是在滑塊部位的封鋁面，必須足夠，以確保不竄鋁，從而延長模具壽命。 5.模具冷卻（加溫）設(shè)計是否合理，模具溫度場是否合理； 模具冷卻水設(shè)計在壓鑄模具的設(shè)計中是至關(guān)重要環(huán)節(jié)，在中國大部分壓鑄模具制造廠家，往往對于澆注系統(tǒng)非常重視。很多廠家在使用模流分析軟件時，往往對于填充部分研究得很多,而對于模具溫度場變化研究的不多。實際上在壓鑄生產(chǎn)中，模具冷卻、模具溫度場變化，對于生產(chǎn)效率、鑄件質(zhì)量以及模具壽命都是至關(guān)重要的。如果模具冷卻(加溫)系統(tǒng)設(shè)計合理，不但會提高壓鑄節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率，提高鑄件質(zhì)量，同時也可以

14、延長模具壽命。壓鑄過程，是一個壓鑄模具急冷急熱的過程，如果壓鑄模具冷卻設(shè)計的不合理，不靠模具本身內(nèi)部的冷卻平穩(wěn)的降溫，靠噴涂的外冷急劇的從模具型腔表面降溫，模具型腔的溫度變化會加大，從而加大疲勞速度，既造成了涂料的浪費，降低了生產(chǎn)效率，又對模具的壽命也影響巨大，會大大降低模具壽命。因此，優(yōu)化模具冷卻（加溫）設(shè)計是提高模具成品率、生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，同時也是延長模具壽命的非常重要途徑。 6.易損部位是否鑲拼；為了延長模具壽命，在模具設(shè)計時，我們應(yīng)盡量對于易出現(xiàn)模具開裂、模具損壞的部位進行鑲拼，一方面，便于維修，便于更換；另一方面，鑲拼接縫可以阻隔開裂的延展。也避免了局部開裂延展到其他部位，

15、從而延長模具壽命。  7.減少應(yīng)力集中的尖角；尖角處容易應(yīng)力集中，因此，對于壓鑄件，轉(zhuǎn)角處的尖角，無論從鑄件的澆注過程，還是鑄件質(zhì)量，以及壓鑄模具壽命都是影響非常大的。因此，在前期與鑄件設(shè)計人員探討問題時，應(yīng)非常關(guān)注鑄件的轉(zhuǎn)角，能大的盡量加大，這一點非常重要。  8.采用先進的技術(shù)；為了延長模具壽命，包括中國在內(nèi)的很多科技人員都在積極探索一些新的技術(shù)，如表面新的滲氮技術(shù)、鍍鈦，表面微細(xì)網(wǎng)格延壽技術(shù)等等。因此作為壓鑄模具的制造企業(yè)，作為壓鑄模具設(shè)計人員，積極探索新的技術(shù)，及時跟蹤先進技術(shù)，適時采用新的技術(shù)提高模具壽命，也是提升壓鑄模具水平、提升企業(yè)技術(shù)水平的有效途徑。輝旺公司

16、在這方面進行了探索，應(yīng)用了很多新的技術(shù)，取得了很好的效果。 · （三）模具制造模具制造工藝以及模具制造精度，同樣是影響模具壽命的重要因素。因此，在模具制造中，我們必須對于影響模具壽命的各個環(huán)節(jié)高度關(guān)注，并加以研究、加以改進，這樣才會提高我們的模具壽命，才能提高我們的模具制造水平。 1.改善模具制造工藝，提高模具制造精度；壓鑄模具內(nèi)應(yīng)力是影響壓鑄模具的重要因素，在模具加工過程中，容易產(chǎn)生應(yīng)力因此，我們在編制工藝路線，制定工藝規(guī)范以及在加工時編制加工程序時，必須盡量減少應(yīng)力的產(chǎn)生，并及時地消除應(yīng)力，以提高模具壽命。 同樣，選擇好的加工方法，提高模具制造精度同

17、樣可以延長模具壽命。例如，以加工頂桿孔為例，目前大多數(shù)壓鑄模具制造企業(yè)普遍還在采用快走絲加工。這樣加工出來的孔光度不夠，尺寸精度不夠。一方面造成頂桿頂出困難容易卡死，另一方面容易進鋁，頂桿孔擠壞。很多壓鑄模具就是因為頂桿孔損壞，從而影響了生產(chǎn) ，嚴(yán)重的因頂桿孔損壞，有無法擴大，造成模具報廢，嚴(yán)重影響模具壽命。而象輝旺公司等企業(yè)采用先進的慢走絲線切割加工頂桿孔，確保了尺寸精度，提高了內(nèi)孔的光潔度，大大減少了頂桿卡死現(xiàn)象，既提高了模具的可靠性，同時延長了模具壽命。 加強質(zhì)量管理，提高模具制造水平，減少模具補焊，也是提高模具壽命的重要保證。由于補焊材質(zhì)的問題，補焊時產(chǎn)生的高溫，以及產(chǎn)生的內(nèi)

18、應(yīng)力問題等，對于模具壽命影響極大。壓鑄模具應(yīng)該說，對于型腔補焊是非常不愿意發(fā)生的，如果發(fā)生也應(yīng)盡量采用熱焊，并在焊接后進行去應(yīng)力回火，以提高模具壽命。 2.減少模具表面電脈沖的硬質(zhì)層；（如采用機械直接加工）放電加工是最常用的模具型腔加工手段。但是，放電加工后的模具型腔表面會形成白亮層及變質(zhì)層使得模具表面處于引張應(yīng)力狀態(tài)。如果模具在其后的打磨拋光過程中無法將處于引張應(yīng)力狀態(tài)的表面打磨掉，模具投入生產(chǎn)后其早期龜裂或開裂的可能性極大。源自日本研究成果表明，放電加工后模具表面處于引張應(yīng)力的范圍可達(dá)700-1100MPa。并且，如果放電加工的電流較大時模具表面有大量的微裂紋。這也是導(dǎo)至模具投入

19、生產(chǎn)后，早期龜裂或開裂產(chǎn)生的原因。 因此，在采用電脈沖加工作業(yè)時，必須高度關(guān)注加工參數(shù)，盡量減少放電電流，減少變質(zhì)層的厚度，不能只顧為了提高效率，加大放電電流，從而影響模具壽命。 另外一個方面，國外有的先進的模具制造企業(yè)已開始用高速銑加工是采用超硬銑切刀具如CBN通過CNC程序在熱處理后的模具材料上加工出精度要求的模具型腔。高速銑加工出的模具型腔不僅尺寸精度高，并且表面光潔度可以一步到位無須再進行打磨或拋光，可以直接使用。并且，模具的表面處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)（壓縮應(yīng)力可達(dá)300-500MPa）。能夠有效的抑制早期龜裂的形成從而延長模具使用壽命。 為此，輝旺模具公司已在

20、國內(nèi)率先開展了這項工作，目前已有五臺DMG五軸聯(lián)動高速銑加工設(shè)備，為壓鑄模具延壽，提高模具技術(shù)水平，開辟新的途徑。 3.模具貼配間隙合理，確保不竄鋁，不卡澀；壓鑄過程是一個高溫、高速、高壓的過程，壓鑄模具一旦貼配不好，極易造成竄鋁、滑塊卡澀等，從而造成模具損壞，影響模具壽命。因此，壓鑄模具的貼配實際上比注塑模具更難，更重要。由于鑄件特性各異，特別是大型模具，在壓鑄生產(chǎn)時模具的溫度場和在常溫下未生產(chǎn)時變化很大，因此在貼配時，必須充分研究模具特性以及溫度場的變化，相應(yīng)地進行有針對性的貼配調(diào)整，使得模具貼配間隙合理。這樣，才能確保在壓鑄生產(chǎn)時，不出現(xiàn)竄鋁、滑塊卡澀等現(xiàn)象，提高模具可靠性，延

21、長模具壽命。 （四）模具使用和維護壓鑄模具的使用與維護同樣是影響壓鑄模具壽命的重要一環(huán)。正確地使用和維護壓鑄模具是壓鑄企業(yè)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。壓鑄模具使用壽命延長對于壓鑄企業(yè)經(jīng)濟效益的提高，是非常重要的。因此，壓鑄企業(yè)必須高度關(guān)注壓鑄模具的使用和維護。 1.模具使用中出現(xiàn)披封、鋁皮要及時清理，防止擠壞模具；在模具使用中，往往因為各種原因模具會出現(xiàn)披封、鋁皮，這時必須及時清理，否則繼續(xù)生產(chǎn)會將模具擠壞。特別是滑塊部位，如果滑道進入鋁皮等，由于壓鑄機合模力非常大，會將滑塊擠塌、擠壞。因此，遇到此類問題，必須及時清理模具，并查找原因?qū)δ＞呒皶r修理。否

22、則，等模具損壞了才維修，就會嚴(yán)重影響模具壽命。 2.盡量減少模具的急冷急熱，盡量連續(xù)生產(chǎn)，在冷模狀態(tài)下，嚴(yán)禁高速壓射；壓鑄過程中壓鑄模具一直處于熱漲冷縮的往復(fù)疲勞狀態(tài)，模具型腔部分溫度基本上一直在160度-350度來回變化，模具急冷急熱，不停的熱漲冷縮，從而造成模具疲勞損壞。而在冷模狀態(tài)下開始生產(chǎn)時，模具溫度由低溫開始上升，溫差加大，模具膨漲收縮加大，對于模具疲勞相應(yīng)加大，會加快模具損壞，縮短模具壽命。因此，在壓鑄生產(chǎn)時應(yīng)盡量連續(xù)生產(chǎn)，盡量減少模具的急冷急熱，從而延長模具壽命。另外，在冷模狀態(tài)下，模具沒有達(dá)到正常生產(chǎn)時的溫度，模具各部間隙相對較大，在這種情況下，嚴(yán)禁開啟高速壓射和增壓

23、。否則，模具各間隙部位，包括滑塊、頂桿孔等部位容易竄入鋁皮，從而損壞模具，影響模具壽命。 3.盡量降低壓射速度，盡量降低比壓，減少模具沖擊；壓鑄生產(chǎn)時，壓射速度的高低不僅影響壓鑄的填充速度、壓射內(nèi)澆口速度，同時壓射速度高，沖擊峰值也會加大。因此，壓射速度高，壓射內(nèi)澆口速度快，對模具沖刷會加劇，沖擊峰值加大，模具承受的沖擊力也會加大，模具壽命會大大減少。因此，我們在調(diào)整壓鑄工藝時，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，盡量降低壓射速度，對于提高模具壽命，提高壓鑄企業(yè)的經(jīng)濟效益非常重要。目前，先進的壓鑄機配置有壓射剎車裝置，對于減少沖擊峰值，減少模具承受的沖擊力，提高模具壽命非常有益。 壓鑄工藝中的壓射比壓同樣是一個重要參數(shù)，壓射比壓根據(jù)鑄件質(zhì)量要求以及特性一般在400-900公斤/平方厘米。超過900公斤/平方厘米，對于鑄件內(nèi)部質(zhì)量一般作用不大。而壓射比壓過高，不僅僅使模具承受的漲型力加大，甚至?xí)節(jié)q型力超過機床鎖模力，造成竄鋁。同時，如果模具承受的漲型力大，同樣會損壞模具或使模具壽命縮短。因此，在壓鑄生產(chǎn)時，我們除了關(guān)注壓射速度外，更應(yīng)關(guān)注壓射比壓，由于壓射比壓不像壓射速度容易觀察，往往被忽略。實際上壓射比壓是壓鑄工藝中重要的一個參數(shù)，不僅僅影響鑄件質(zhì)量，對模具壽命同樣影響巨大。這一點尤其應(yīng)該引起壓鑄企業(yè)的關(guān)注。 4.盡量降低鋁液澆注溫度，提