【2017年整理】压铸模损坏原因及预防措施.doc

苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.1压铸模损坏原因及预防措施模具损坏分析 在压铸生产中，模具损坏最常见的形式是裂纹、开裂应力是导致模具损坏的主要原因热、机械、化学、操作冲击都是产生应力之源，包括有机械应力和热应力，应力产生于： 一．在模具加工制造过程中 1、毛坯锻造质量问题 有些模具只生产了几百件就出现裂纹，而且裂纹发展很快有可能是锻造时只保证了外型尺寸，而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉长，形成流线，这种流线对以后的最后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大 2、在车、铣、刨等终加工时产生的切削应力，这种应力可通过中间退火来消除 3、淬火钢磨削时产生磨削应力，磨削时产生摩擦热，产生软化层、脱碳层，降低了热疲劳强度，容易导致热裂、早期裂纹对 H13 钢在精磨后，可采取加热至 510－570℃，以厚度每 25mm 保温一小时进行消除应力退火 4、电火花加工产生应力模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层，又硬又脆，这一层本身会有裂纹，有应力电火花加工时应采用高的频率，使白亮层减到最小，必须进行抛光方法去除，并进行回火处理，回火在三级回火温度进行。

二．模具处理过程中 热处理不当，会导致模具开裂而过早报废，特别是只采用调质，不进行淬火，再进行表面氮化工艺，在压铸几千模次后会出现表面龟裂和开裂 钢淬火时产生应力，是冷却过程中的热应力与相变时的组织应力叠加的结果，淬火应力是造成变形、开裂的原因，固必须进行回火来消除应力 三．在压铸生产过程中 1、模温 模具在生产前应预热到一定的温度，否则当高温金属液充型时产生激冷，导致模具内外层温度梯度增大，形成热应力，使模具表面龟裂，甚至开裂 在生产过程中，模温不断升高，当模温过热时，容易产生粘模，运动部件失灵而导致模具表面损伤 苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.2应设置冷却温控系统，保持模具工作温度在一定的范围内 2、充型 金属液以高压、高速充型，必然会对模具产生激烈的冲击和冲刷，因而产生机械应力和热应力在冲击过程中，金属液、杂质、气体还会与模具表面产生复杂的化学作用，并加速腐蚀和裂纹的产生当金属液裹有气体时，会在型腔中低压区先膨胀，当气体压力升高时，产生内向爆破，扯拉出型腔表面的金属质点而造成损伤，因气蚀而产生裂纹3、开模 在抽芯、开模的过程中，当某些元件有形变时，也会产生机械应力。

4、生产过程 在每一个压铸件生产过程中，由于模具与金属液之间的热交换，使模具表面产生周期性温度变化，引起周期性的热膨胀和收缩，产生周期性热应力如浇注时模具表面因升温受到压应力，而开模顶出铸件后，模具表面因降温受到拉应力当这种交变应力反复循环时，使模具内部积累的应力越来越大，当应力超过材料的疲劳极限时，模具表面产生裂纹 预防模具损伤的措施 1． 良好的铸件结构设计 铸件壁厚尽可能均匀，避免产生热节，以减少模具局部热量集中产生的热疲劳铸件的转角处应有适当的铸造圆角，以避免模具上有尖角位导致应力产生 2．合理的模具结构设计 1）模具中各元件应有足够的刚度、强度，以承受压力而不变形模具壁厚要足够，才能减少变形 2）浇注系统设计尽量减少对型芯冲击、冲蚀 3）正确选择各元件的公差配合和表面粗糙度 4）保持模具热平衡 3．规范热处理工艺 通过热处理可改变材料的金相组织，保证必要的强度、硬度、高温下尺寸稳定性、抗热疲劳性能和材料切削性能 正确的热处理工艺，才会得到最佳的模具性能，而钢材的性能是受到淬火温度和时间、冷却速度和回火温度控制 4．压铸生产过程控制 苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.31）温度控制：模具的预热温度和工作温度；合金浇注温度，在保证成型良好前提下，用较低的浇注温度。

2）合理的压铸工艺：比压、充填速度 3）调整机器的锁模力，使模具受力均匀注意清扫模具表面的残削碎片，以免合模时这些多余物使模具表面受力不均匀，引起变形 4）对合金熔炼严格控制，减少金属液中气体 5．模具的维护与保养 1）定期消除应力 2）模具修补 压铸件结构设计的注意事项如何提高压铸模寿命苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.4压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较高的使用寿命但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响，导致模具过早失效而报废，造成极大的浪费 压铸模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等造成压铸模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修及热处理的问题 1 材料自身存在的缺陷 众所周知，压铸模的使用条件极为恶劣以铝压铸模为例，铝的熔点为 580-740℃，使用时，铝液温度控制在 650-720℃在不对模具预热的情况下压铸，型腔表面温度由室温直升至液温，型腔表面承受极大的拉应力开模顶件时，型腔表面承受极大的压应力数千次的压铸后，模具表面便产生龟裂等缺陷。

由此可知，压铸使用条件属急热急冷模具材料应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢H13(4Cr5MoV1Si) 是目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用 H13，现在国内仍大量使用 3Cr2W8V，但 3Cr2W8V 工艺性能不好，导热性很差，线膨胀系数高，工作中产生很大热应力，导致模具产生龟裂甚至破裂，并且加热时易脱碳，降低模具抗磨损性能，因此属于淘汰钢种马氏体时效钢适用于耐热裂而对耐磨性和耐蚀性要求不高的模具钨钼等耐热合金仅限于热裂和腐蚀较严重的小型镶块，虽然这些合金即脆又有缺口敏感性，但其优点是有良好的导热性，对需要冷却而又不能设置水道的厚压铸件压铸模有良好的适应性因此，在合理的热处理与生产管理下，H13 仍具有满意的使用性能 制造压铸模的材料，无论从哪一方面都应符合设计要求，保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命因此，在投入生产之前，应对材料进行一系列检查，以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费常用检查手段有宏观腐蚀检查、金相检查、超声波检查 (1)宏观腐蚀检查主要检查材料的多孔性、偏柝、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝 (2)金相检查。

主要检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等3)超声波检查主要检查材料内部的缺陷和大小 2 压铸模的加工、使用、维修和保养 模具设计手册中已详细介绍了压铸模设计中应注意的问题，但在确定压射速度时，最大速度应不超过 100m/S速度太高，促使模具腐蚀及型腔和型芯上沉积物增多；但过低易使铸件产生缺陷因此对于镁、铝、锌相应的最低压射速度为 27、18 、12m/s ，铸铝的最大压射速度不应超过 53m/s，平均压射速度为 43m/s 在加工过程中，较厚的模板不能用叠加的方法保证其厚度因为钢板厚 1 倍，弯曲变形量减少 85％，叠层只能起叠加作用厚度与单板相同的 2 块板弯曲变形量是单板的 4 倍另外在加工冷却水道时，两面加工中应特别注意保证同心度如果头部拐角，又不相互同心，那么在使苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.5用过程中，连接的拐角处就会开裂冷却系统的表面应当光滑，最好不留机加工痕迹 电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛，但加工后的型腔表面留有淬硬层这是由于加工中，模具表面自行渗碳淬火造成的。

淬硬层厚度由加工时电流强度和频率决定，粗加工时较深，精加工时较浅无论深浅，模具表面均有极大应力若不清除淬硬层或消除应力，在使用过程中，模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂消除淬硬层或去应力可用：①用油石或研磨去除淬硬层；②在不降低硬度的情况下，低于回火温度下去应力，这样可大幅度降低模腔表面应力 模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度，压射速度，提高模具预热温度铝压铸模的预热温度由 100～130℃提高至180～200℃，模具寿命可大幅度提高 焊接修复是模具修复中一种常用手段在焊接前，应先掌握所焊模具钢型号，用机械加工或磨削消除表面缺陷，焊接表面必须是干净和经烘干的所用焊条应同模具钢成分一致，也必须是干净和经烘干的模具与焊条一起预热(H13 为 450℃)，待表面与心部温度一致后，在保护气下焊接修复在焊接过程中，当温度低于 260℃时，要重新加热焊接后，当模具冷却至手可触摸，再加热至 475℃，按 25mm/h 保温最后于静止的空气中完全冷却，再进行型腔的修整和精加工模具焊后进行加热回火，是焊接修复中重要的一环，即消除焊接应力以及对焊接时被加热淬火的焊层下面的薄层进行回火。

模具使用一段时间后，由于压射速度过高和长时间使用，型腔和型芯上会有沉积物这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成这些沉积物相当硬，并与型芯和型腔表面粘附牢固，很难清除在清除沉积物时，不能用喷灯加热清除，这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生，从而成为热裂的发源地应采用研磨或机械去除，但不得伤及其它型面，造成尺寸变化 经常保养可以使模具保持良好的使用状态新模具在试模后，无论试模合格与否，均应在模具未冷却至室温的情况下，进行去应力回火当新模具使用到设计寿命的1/6～1/8 时，即铝压铸模 10000 模次，镁、锌压铸模 5000 模次，铜压铸模 800 模次，应对模具型腔及模架进行 450—480℃回火，并对型腔抛光和氮化，以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹以后每 12000～15000 模次进行同样保养当模具使用 50000 模次后，可每 25000～30000 模次进行一次保养采用上述方法，可明显减缓由于热应力导致龟裂的产生速度和时间 在冲蚀和龟裂较严重的情况下，可对模具表面进行渗氮处理，以提高模具表面的硬度和耐磨性但渗氮基体的硬度应在 35-43HRC，低于 35HRC 时氮化层不能牢固与基体结合，使用一段时间后会大片脱落：高于 43HRC，则易引起型腔表面凸起部位的断裂。

渗氮时，渗氮层厚度不应超过 0.15mm，过厚会于分型面和尖锐边角处发生脱落 3 热处理 热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命由于热处理过程及工艺规程不正确，引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右 苏州永创金属科技有限公司SUZHOU YONGCHUANG METAL TECHNOLOGY CO.,LTD.6压铸模型腔均由优质合金钢制成，这些材料价格较高，再加上加工费用，成本是较高的如果由于热处理不当或热处理质量不高，导致报废或寿命达不到设计要求，经济损失世大因此，在热处理时应注意以下几点： (1)锻件在未冷至室温时，进行球化退火 (2)粗加工后、精加工前，增设调质处理为防止硬度过高，造成加工困难，硬度限制在25-32HRC，并于精加工前，安排去应力回火 (3)淬火时注意钢的临界点 Ac1 和 AC3 及保温时间，防止奥氏体粗化回火时按20mm/h 保温，回火次数一般为 3 次，在有渗氮时，可省略第 3 次回火 (4)热处理时应注意型腔表面的脱碳与增碳脱碳会记过迅速引起损伤、高密度裂纹；增碳会降低冷热疲劳抗力 (5)氮化时，应注意氮化表面不应有油污。

经清洗的表面，不允许用手直接触摸，应戴手套，以防止氮化表面沾有油污导致氮化层不匀 (6)两道热处理工序之间，当上一道温度降至手可触摸，即进行下道，不可冷至室温 4　压铸模常见故。