關(guān)于壓鑄模延長(zhǎng)壽命問題一直受到應(yīng)用企業(yè)關(guān)注。合理選擇壓鑄模成形零件的材料已得到廣大壓鑄模制造商和訂貨方的重視。因?yàn)閴鸿T模材料的選擇是壓鑄模壽命長(zhǎng)短的基本條件。

　　從20世紀(jì)50年代起，國(guó)內(nèi)普遍采用原蘇聯(lián)的3×2B8φ鋼，即國(guó)內(nèi)牌號(hào)3Cr2W8V鋼，一般壓鑄1～2萬次型腔開始產(chǎn)生發(fā)狀裂紋，壓鑄模壽命為5～6萬次。

　　70年代末，我們?cè)诜g日本壓鑄協(xié)會(huì)制訂的DCSP1鋁合金和DCSP2鋅合金壓鑄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的壓鑄模材料與美國(guó)、西德、英國(guó)、瑞典和蘇聯(lián)等國(guó)模具鋼進(jìn)行了比較和分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)外普遍采用鉻鉬釩鋼，因?yàn)閺挠嘘P(guān)研究報(bào)告結(jié)論看出，鉬鋼與鎢鋼持久性沒有差別，而鎢鋼比鉬鋼容易形成熱交變裂紋。因此我們選用了4Cr5MoSiV1鋼進(jìn)行試驗(yàn)研究，請(qǐng)撫順鋼廠按我們研究制訂的技術(shù)條件（原則上是按美國(guó)H13ASTM681-76的化學(xué)成分，日本DCS中規(guī)定的對(duì)模具原材料要求）進(jìn)行熔煉，其關(guān)鍵點(diǎn)如下：

　　一是化學(xué)成分、雜質(zhì)含量應(yīng)符合要求。

　　二是采用電渣熔煉，避免鋼錠在鑄造時(shí)產(chǎn)生偏析和因收縮引起的缺陷，使鋼錠致密性、純潔度高，有害雜質(zhì)和非金屬夾雜物低，晶界較純凈，成分、組織較均勻。

　　三是要求鋼材鍛造比能達(dá)到4S以上。

　　用該鋼加之嚴(yán)格的模具制造工藝，所生產(chǎn)的壓鑄模使用壽命達(dá)25萬次以上。

　　可以說，H13鋼是從美國(guó)引進(jìn)的優(yōu)良鋼種之一，因此我國(guó)在制訂壓鑄模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，作為重點(diǎn)推廣鋼種。

　　至目前為止，該鋼種和近似鋼號(hào)，如：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的40CrMoV5、日本（JIS）的SKD61、韓國(guó)（KS）的STD61、歐共體（EN）的X40CrMoV5-1-1、意大利（UN1）的X40CrMoV5-1-1KU、德國(guó)（DIN）的X40CrMoV5-1、英國(guó)（BS）的BH13、法國(guó)（NF）的X40CrMoV5、俄羅斯的4X5MφIC及一些商業(yè)牌號(hào)8407、QR90、GS-344M等。

　　H13鋼是一種強(qiáng)韌兼有的空冷硬化型熱作模具用鋼，主要特征如下：

　　（1）具有高的淬透性和韌性。

　?。?）優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)合可予以水冷。

　?。?）具有中等耐磨能力，還可以采用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度，但要略微降低抗熱裂能力。

　?。?）因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差。

　?。?）在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高于540℃（1000℉）時(shí)硬度出現(xiàn)迅速下降（即能耐工作溫度為540℃）。

　?。?）熱處理的變形小。

　?。?）良好的切削加工性。

　?。?）中等抗脫碳能力。

　　H13鋼的含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0.5%以下，另含Cr、W、Mo、V等合金元素，鋼的含Cr量為5%左右，它與其他碳化物形成元素一起提供給鋼具有較高的淬透性和好的抗軟化能力，因此該鋼在空冷條件下能夠淬硬，其最大淬火硬度在55HRC左右。

　　延長(zhǎng)壓鑄模壽命，除要選用優(yōu)質(zhì)鋼材外，還應(yīng)注意以下問題。

　　2．鑄件及壓鑄模設(shè)計(jì)應(yīng)合理

　　由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不合理，導(dǎo)致模具中存在著細(xì)薄的截面，成為斷裂的根源。如斜度值的不合理，會(huì)引起抽芯、開模或取件時(shí)的擦傷；型腔壁面交界處的倒角，稍有疏漏，會(huì)造成應(yīng)力集中裂紋；澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，若流向、截面積、壓射速度等控制不當(dāng)，會(huì)造成對(duì)型壁或型芯的沖蝕。金屬液進(jìn)入型腔后形成的渦流，由于渦芯部分的流速為無窮大，對(duì)模面起到強(qiáng)烈的鏤蝕作用，造成局部拉毛，模具的剛度不足。由于片面地強(qiáng)調(diào)節(jié)約鋼材，導(dǎo)致早期變形或斷裂的情況時(shí)有發(fā)生。各構(gòu)件配合精度等級(jí)如選用不當(dāng)，或由于有余隙的存在，引起熱導(dǎo)率的下降，過早地產(chǎn)生熱疲勞?；蚴怯捎谘b配尺寸過緊，形成預(yù)應(yīng)力，壓鑄過程中模具出現(xiàn)爆裂。在現(xiàn)代的模具結(jié)構(gòu)中已考慮采用快速頂出機(jī)構(gòu)，一方面是為了提高生產(chǎn)效率；另一方面也是為了減少鑄件的留模時(shí)間，卸除模具材料的熱載荷。在壓鑄模設(shè)計(jì)中，盡可能減少鑲拼，以增強(qiáng)型腔的剛度。

　　模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮模具的熱平衡，使模具維持較穩(wěn)定、合理的工作溫度。因?yàn)樵趬鸿T過程中，熔融金屬注入模具型腔內(nèi)，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的熱量，促使模具的溫度提高；同時(shí)，模具通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射，以及模具表面噴涂與冷卻水吸收部分熱量，使模具溫度下降，經(jīng)過一段時(shí)間后模具溫度達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，這時(shí)模具的溫度就不發(fā)生大的變化，這一平衡點(diǎn)的溫度對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)很重要，鑄造質(zhì)量和生產(chǎn)率在很大程度上取決于模具熱控制能力。在考慮模具熱平衡時(shí)，首先要確定平衡點(diǎn)的溫度，由于模具各個(gè)部位存在溫度梯度，且在一個(gè)循環(huán)周期溫度下不斷變化，加之鑄件壁厚的差別，這個(gè)平衡溫度一般控制在合金澆注溫度的40%~50%。

　　因此，一些模具應(yīng)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)。

　　冷卻水管的位置、形狀、管徑、冷卻水的溫度及流速等對(duì)模具的溫度分布有重要影響，從而影響模具的壽命。如冷卻水管靠近模具表面，可提高模具的熱疲勞壽命，但會(huì)增加水道內(nèi)表面的拉伸應(yīng)力。有的工廠經(jīng)驗(yàn)是：

　?。?）一次澆注合金總量（含澆注系統(tǒng)）在150g以下時(shí)，對(duì)澆口和分流錐進(jìn)行冷卻。

　　（2）一次澆注合金總量在150~200g時(shí)，澆口套、分流錐以及動(dòng)定模的澆口附近各設(shè)置一個(gè)？6.35mm（1/4in）的冷卻水道或2個(gè)點(diǎn)冷卻。

　　（3）一次澆注合金總量在250~500g時(shí)，在動(dòng)定?？拷鼉?nèi)澆道附近再增加一個(gè)？6.35mm（1/4in）的冷卻道或2~3個(gè)點(diǎn)冷卻。

　　（4）大于500g時(shí)，再相應(yīng)增加冷卻水道或改變冷卻水道的形狀，把直道變成L形或U形，管徑改為？9.5mm（3/8in），從而增加冷卻面積。

　?。?）模具上較大的滑塊和＞25mm受熱較大的型芯也應(yīng)設(shè)置直冷卻水道或點(diǎn)冷卻。

　?。?）冷卻水管距模具型腔或澆道的距離一般在20~32mm，在分流錐和內(nèi)澆道熱量集中處可近一點(diǎn)，但最小也要大于冷卻管的直徑。

　　（7）為了降低龜裂的傾向，可把冷卻水加熱到50℃左右，但不能低于20℃，同時(shí)，為避免模具過度冷卻，應(yīng)適時(shí)調(diào)節(jié)水的流量。

　　3．保證模具的加工質(zhì)量

　　模具在磨削加工過程中，由于砂輪不夠鋒利而產(chǎn)生摩擦熱，會(huì)引起表面出現(xiàn)磨削裂紋。此外由于磨削應(yīng)力的存在，也會(huì)降低模具的熱疲勞能力。

　　型腔表面，特別是澆道表面粗糙度高或型面有少量擦傷及劃線痕跡處，都是裂紋源。模具鑲塊與套板之間的配合精度選用不當(dāng)，或者由于過松影響熱傳導(dǎo)效率，或者由于過緊產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力而使套板碎裂。模具與機(jī)器之間的安裝精度，包括平行度與垂直度，皆可能影響導(dǎo)向件的過早磨損。對(duì)于用電火花加工模具應(yīng)用日廣的今天，在加工過程中，由于局部高溫形成表層下的回火區(qū)。該區(qū)的組織及化學(xué)成分與基體不同，硬度高，再加上表面存在著殘余應(yīng)力，加工后型面易形成細(xì)微裂紋，必須進(jìn)行拋光處理。

　　壓鑄模具的材料應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性，這樣才有可能獲得高的熱疲勞抗力和耐磨性。

　　壓鑄鋅、鋁、鎂合金時(shí)，壓鑄模與金屬液接觸部分的零件一般是采用4Cr5MoV1、3Cr2W8V或國(guó)外相當(dāng)?shù)牟牧?，熱處理要求硬?4~48HRC，壓鑄銅合金時(shí)硬度為38~42HRC。壓鑄模使用前需經(jīng)過消除應(yīng)力處理。一般新壓鑄模壓鑄5000~10000次以后進(jìn)行第一次去應(yīng)力回火，以后每壓鑄10000~20000次后進(jìn)行去應(yīng)力處理，去應(yīng)力回火溫度比原回火溫度低30~50℃。

　　5．模具高能量密度表面強(qiáng)化處理

　　高能量密度表面強(qiáng)化是對(duì)材料表面施加極高能量，使之發(fā)生物理-化學(xué)變化，以達(dá)到強(qiáng)化的目的。其主要特點(diǎn)是：工序簡(jiǎn)單，過程迅速，零件變形小，生產(chǎn)效率高。其中采用電火花表面強(qiáng)化工藝是一項(xiàng)減少表面沖蝕，防止金屬與模面咬合，提高使用壽命的有效途徑之一。其原理系利用脈沖電路的充分放電，將硬質(zhì)合金制成的電極（Y68）接通電源的正極，金屬工件接通電源的負(fù)極，二者在空氣中作周期性的接觸，引起氣隙放電，形成火花與高溫。在高溫作用下，碳化鎢從電極上升華釋放，在工件的表面產(chǎn)生并完成重熔、沉積、擴(kuò)散、化合及淬硬的過程，使被涂覆的工件表面形成一成分均勻、結(jié)構(gòu)致密且硬度高的碳化鎢沉積層，其表面硬度可達(dá)到1100~1400HV。強(qiáng)化層與基體結(jié)合牢固，耐沖擊，不剝落。強(qiáng)化處理時(shí)，工件處于冷態(tài)，放電點(diǎn)極小，時(shí)間短，無退火及變形。經(jīng)強(qiáng)化后的模具，無論在耐熱性、耐蝕性，還是在耐磨性方面，都有很好的成效。

　　6．壓鑄模使用的操作規(guī)范

　　（1）模具預(yù)熱及保持熱平衡模具中應(yīng)力的大小與模具中的溫度梯度成正比，因此適當(dāng)提高預(yù)熱溫度是能夠理解的。但是過高的預(yù)熱溫度使型腔表面的接觸溫度也高，有損材料的屈服強(qiáng)度，對(duì)模具的抗熱疲勞性能是不利的。此外模具在服役過程中，始終保持處于熱平衡狀態(tài)，已成為提高模具壽命，增加生產(chǎn)效率和保證鑄件致密性的重要手段。對(duì)于冷卻水道的布置，以及熱油加熱、冷卻控制設(shè)備的應(yīng)用，是以測(cè)出模具溫度場(chǎng)的分布作為依據(jù)的。另外，操作過程中的節(jié)奏性和連續(xù)性，再加上模具溫控裝置的配合使用，都可以為保持模具最佳的平衡狀態(tài)創(chuàng)造條件。

　?。?）模具涂料涂料的覆膜性對(duì)保護(hù)模具材料起到重要的作用。凡是涂料未能勻覆之處，皆有受到侵蝕的危險(xiǎn)。美國(guó)對(duì)模具表面噴涂時(shí)液滴的形式與散布面積的大小作了機(jī)理上的探討，德國(guó)也有類似研究工作的報(bào)道。他們認(rèn)為：噴涂到高溫度模具上的涂料液滴，會(huì)產(chǎn)生高的蒸氣壓力，而不易吸附于型面上，易引起脫離和賤落，未能充分潤(rùn)濕型面，使模具壽命受到影響。根據(jù)機(jī)理分析，涂料液滴應(yīng)先成球狀與型面接觸，然后攤平成橢圓形而增加了接觸面積，再進(jìn)一步鋪平成膜，達(dá)到均勻覆蓋的目的。為此，要求模具溫度不宜超過“潤(rùn)濕溫度”范圍。其最佳方案是提高噴涂壓力，使液滴得到較高的動(dòng)能，壓制了液滴的凝聚現(xiàn)象，達(dá)到不致快速氣化的目的。

　　在選用壓鑄模涂料方面，要力盡采用對(duì)模具型腔腐蝕性小的涂料，以減輕對(duì)模具的腐蝕。

　　（3）模具的檢修定期對(duì)模具在服役過程中進(jìn)行觀察與檢修是至關(guān)重要的。在生產(chǎn)中由于支承板、套板成模塊、抽芯機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)等的變形，以及緊固螺栓的松動(dòng)都是導(dǎo)致模具早期破壞的重要原因。

　　（4）壓鑄模安裝與使用操作規(guī)程

　?、賶鸿T模使用前，必須了解模具基本結(jié)構(gòu)。

　?、诖蜷_動(dòng)、定模去除油封，擦凈模具上的污物及銹蝕。

　?、蹤z查模具活動(dòng)部分，如滑塊、推桿、復(fù)位桿等位置是否準(zhǔn)確，有無歪斜現(xiàn)象。固定的零件，不得相對(duì)竄動(dòng)；檢查型面、型芯、導(dǎo)柱和斜拉桿等，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋等缺陷，裝配的位置必須正確。

　　④有水冷系統(tǒng)的模具，冷卻水路應(yīng)暢通，不應(yīng)有滲漏現(xiàn)象，注意進(jìn)水口與出水口不要搞錯(cuò)；有液壓抽芯的模具，要檢查液壓抽拔器安裝是否正確，動(dòng)作是否靈活，并調(diào)整好抽芯距離。

　?、菽＞叩跹b時(shí)，吊環(huán)螺釘強(qiáng)度應(yīng)符合GB825的規(guī)定，吊車及模具在移動(dòng)中注意不要撞壞壓鑄機(jī)和控制柜；模具安裝時(shí)，注意澆口套對(duì)準(zhǔn)壓機(jī)的容杯（壓鑄機(jī)壓射部分的高低，可根據(jù)模具外形尺寸調(diào)節(jié)）。安裝模具的壓板及螺栓，必須將模具緊固，不能松動(dòng)。

　　⑥澆注前模具預(yù)熱按壓鑄工藝進(jìn)行，不能用合金液直接燙模。合理噴涂涂料，模具的冷卻盡可能使用模溫機(jī)。

　?、邍?yán)禁用硬鋼棒、鐵榔頭等敲擊模具，拆卸模具活動(dòng)部分及小型芯時(shí)，只能用軟的銅、鋁、鉛棒或木榔頭。

　　⑧模具粘鋁后用油石打光時(shí)，注意不要將模具型腔、型芯磨成倒斜度或凹陷。

　　⑨模具長(zhǎng)期不使用時(shí)，入庫(kù)前應(yīng)擦洗干凈，所有零件表面應(yīng)涂敷防銹劑，運(yùn)輸時(shí)防止磕碰，保證模具完好無損。