压铸模具性能与寿命的影响因素

黄宇剑（苏州兴业材料科技股份有限公司，江苏苏州 215151）

压铸模具性能与寿命的影响因素

黄宇剑
（苏州兴业材料科技股份有限公司，江苏苏州 215151）

模具材料、模具设计与制造、模具表面处理技术和模具使用等因素影响压铸模具性能和使用寿命。模具、压铸机和压铸材料是压铸生产的三大要素。只有优质的模具才能稳定、高效生产出质量好的铸件。通过对压铸模具可表面进行严谨和合理的技术处理，其性能和寿命能得到大幅度提高。综合考虑这些因素可以有效提升压铸模具的性能，延长压铸模寿命。

压铸模具 性能 寿命

压力铸造（简称压铸）具有生产效率高、 生产流程短、铸件光洁度和强度较高、加工余量少、节约金属材料等工艺特点［1］。我国近年来压铸行业发展迅速，总产量增长明显，已经是名符其实的压铸大国。模具、压铸机和压铸材料是压铸生产的三大要素。只有优质的模具才能稳定、高效生产出质量好的铸件。压铸模具的工作环境十分恶劣：型腔在压铸生产过程中，直接与高温、高压、高速的金属液相接触，受到金属液的直接冲刷，容易磨损、高温氧化和各种腐蚀；高效率的生产使模具温度周期性的剧烈升高和降低，工作表面易产生热疲劳裂纹；金属被强制变形时，与型腔表面摩擦，易磨损模具并降低其硬度［2］。模具造价成本高、制作周期长、修复难，在使用寿命上也显得尤为重要。因此，对影响模具性能和使用寿命的因素研究有利于提高铸件质量和降低由于模具提前报废导致的经济损失。一般来说，影响压铸模性能和使用寿命的因素包括模具材料、模具设计与制造、表面处理技术和模具具体使用情况。

1　模具材料

压铸模具的性能和使用寿命与模具的材质紧密相关。好的压铸模具制造材料一般有以下特点：良好的切削性和锻造性；高的耐磨、耐蚀性能；在高温下高强度、高红硬性、抗高温氧化性、抗冲击韧度和回火稳定性；良好的导热性和抗疲劳性；热膨胀系数小；较小热处理变形率和好的淬透性。

我国过去普遍使用3Cr2W8V热作模具钢，压铸模寿命为5万模次左右［3］。90年代引进H13热作模具钢，所生产的压铸模使用寿命可达15～20万模次，是目前广泛应用的压铸模材料。3Cr2W8V热作模具钢有较高的强度和硬度、耐冷热疲劳性良好，且有较好的淬透性，但是韧性和塑性较差，使用寿命不长，且合金度高，成本高。H13在中温（～600℃）下的综合性能好，淬透性高（在空气中即能淬硬），热处理变形率较低，其性能及使用寿命高于3Cr2W8V。

压铸模具的选材，除了依据浇铸金属的温度和浇铸金属的种类，还应考虑压铸模的各部件受到浇铸金属的冲击和磨损。温度越高，材料应具有越高的热疲劳性能和高温性能。磨损较严重的部件应具有更高的硬度。压铸模具工作条件的日益苛刻，对模具材料的冶金质量、性能、寿命等要求不断提高，特别是材料纯净度、等向性要求更高，一些高合金、高质、优化的模具材料不断出现，反过来也促进压铸行业的发展。

2　模具设计与制造

合理的模具设计是延长压铸模具使用寿命的重要前提。合理的壁厚和冷却水道设计能保证模具的强度和热平衡。模具设计中要特别注意工作中产生应力集中、有较大磨蚀的部位。选配各零件精度需合理：间隙过大则导热不佳，导致热疲劳损伤；间隙过小则产生挤压力和拉应力。在模具制造过程中容易产生内应力，而内应力对模具使用寿命有很大影响。因此，在制造加工模具过程中应尽量避免产生和及时消除内应力。如粗加工后及时去应力回火，用电脉冲替代电火花降低模具表面引张力。

3　模具表面处理技术

通过对压铸模具可表面进行严谨和合理的技术处理，其性能和寿命能得到大幅度提高。压铸模具表面处理技术大体可以分为三个大类：传统热处理工艺改进技术；表面改性技术，如表面激光处理技术；涂镀技术。

（1）传统热处理工艺改进技术。传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火，所谓的传统热处理工艺的改进技术是将淬火-回火与先进的表面处理工艺相结合。如NQN（即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗复合强化），模具表面硬度更高，内部强度增加、渗层硬度梯度合理、回火稳定性和耐蚀性提高，综合性能和使用寿命大幅提高。

（2）表面改性技术。表面改性技术指的是利用物理或者化学方法将模具表层性能改变，一般来说有两种：表面热、扩、渗技术和表面激光处理技术。

表面热、扩、渗技术包括渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。渗碳有助于强化模具表面硬度。渗碳工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳。真空渗碳和离子渗碳渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小。渗氮工艺简便，模具氮化层硬度高、耐磨磨性好，有较好的抗粘模性能。渗硼提升表面性能最明显，模具硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗粘连性明显提高，但是工艺条件苛刻。

激光处理模具表面是近三十年兴起的技术，以两种方式来提升模具表面性能。一种是激光融化模具表面成型，之后再与渗碳、渗氮、镀层等工艺相结合。另一种方法是将激光处理表面技术与一些物理性质较好的金属辅料相结合，使其融入压铸模具表面。

（3）涂镀技术。涂镀技术就是在表面涂上镀层的方式为模具穿上一层防护衣，比如聚四氟乙烯复合镀，主要目的是增强模具的耐磨性、耐腐性和抗冷热的能力。

4　模具使用

选择合理的压铸工艺和维护保养对模具的使用寿命至关重要。很大部分模具的损伤都是没有正确使用和缺少科学保养造成的。首先，要对模具的温度控制特别注意，在生产前对模具进行预热，生产中保持适当的温度范围，防止型腔内外层温度梯度过大引起的表面裂纹甚至开裂。其次，选用优质压铸脱模剂，其厚度适中，薄厚均匀涂覆模具型面，对保护模具材料起到重要作用。最后，为了减少热应力积累，避免压铸模具开裂，需定期采用回火等技术消除热应力。

5　结语

压铸模具材料、模具设计和制造、模具表面处理技术和模具使用综合影响模具的性能和使用寿命。综合这些因素并采取有效措施，可以有效提升压铸模具的性能，延长压铸模具使用寿命。

［1］余龙飞，李莉，李欢玲.耐高温铝锌金属压铸脱模剂的研制［J］.广东化工，2009，36（9）：21 -50.

［2］于波，谢建庆，王霆.新型热作模具用钢的发展现状及应用［J］.热处理技术与装备，2008，29（6）：6-8.

［3］ 骆 枏生，许琳.金属压铸工艺与模具设计［M］.北京，清华大学出版社，2006.

黄宇剑（1981—），男，江西赣州人，博士，主要研究方向为脱模剂开发。