孫鍵 費(fèi)彬 羅海亮

摘 要：鋁合金的使用在我國(guó)經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，隨著鋁合金的普及和推廣，許多建筑材料設(shè)備都在進(jìn)行更新?lián)Q代。由于鋁合金建材對(duì)于一個(gè)工程來說是具有重要地位，如果鋁合金的壓鑄模具出現(xiàn)了問題，那么就會(huì)使鋁合金建材出現(xiàn)很大的缺陷，工人在施工的過程中就會(huì)出現(xiàn)問題，如此一來造成的損失是難以估量的。所以經(jīng)常對(duì)鋁合金壓鑄模具進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，保證建筑用材的正常使用，并且處于一個(gè)最佳的狀態(tài)，保障國(guó)民的經(jīng)濟(jì)安全和財(cái)產(chǎn)安全。因此，筆者試圖分析鋁合金壓鑄模具出現(xiàn)的問題，并且進(jìn)一步闡明改進(jìn)模具的具體措施與技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋁合金；壓鑄模具；壽命；具體措施

近年來，隨著建筑工程的大規(guī)模建設(shè)，鋁合金的使用在以前的水平上又上升了一個(gè)階段，并且在質(zhì)量上提出了新的要求。因此對(duì)鋁合金壓鑄模具的要求也會(huì)更高，而且對(duì)于鋁合金壓鑄模具的壽命是檢驗(yàn)鋁合金質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)鋁合金壓鑄模具的壽命也是考驗(yàn)?zāi)＞哔|(zhì)量的重要指標(biāo)，并且是影響壓鑄企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的典型原因，所以，提高鋁合金壓鑄模具的壽命是當(dāng)前鋁合金行業(yè)以及模具壓鑄行業(yè)共同的心愿。

1.鋁合金壓鑄模具的普遍特征

鋁合金壓鑄模具對(duì)于當(dāng)前的技術(shù)來說是極為復(fù)雜的操作系統(tǒng)，因此在制作模具的時(shí)候，鋁合金壓鑄模具都會(huì)展現(xiàn)出較為獨(dú)到的特征。我們國(guó)家經(jīng)常使用的鋁合金壓鑄模具有鋼材料，例如有H13、3Cr2w8v、Y10 等型號(hào)。鋁合金的壓鑄模具通常是在高壓的作用下經(jīng)過煅煉以及熔鑄而形成的一種金屬工具，在使用時(shí)不會(huì)輕易受到外部氣壓的影響，因此這些模具會(huì)呈現(xiàn)出一些普遍的特征：首先就是受沖擊力較大，其次這些模具的使用時(shí)間相對(duì)的長(zhǎng)，在高溫和高壓的情況下不會(huì)變形，最后是交變應(yīng)力強(qiáng)等?？傊X合金壓鑄模具的總體特征是模具鋼能有好的高溫強(qiáng)度和冷熱疲勞性能。

2.鋁合金壓鑄模具一般出現(xiàn)的缺陷

2.1 受熱脹裂

在所有的缺陷中，受熱脹裂是鋁合金壓鑄模具中最常見的破壞形式。根據(jù)筆者的統(tǒng)計(jì)，大約有75%甚至是高于75%壓鑄模具的破壞是因?yàn)殇X合金壓鑄模具的材料——鋼抵御高溫以及高壓的性能弱，另一方面就是穩(wěn)定性特別的差。壓鑄模具的鋼在高溫的情況下確實(shí)會(huì)出現(xiàn)疲軟的現(xiàn)象，并且是循環(huán)在鋼結(jié)構(gòu)中，再加上鋼的特質(zhì)是疲軟后在高溫的持續(xù)加持下抵抗力承受不住材料的彎曲，即鋼材料的變形抗力在逐步的減小、變化的趨勢(shì)越來越大。因?yàn)殇摬牧显谑軣釙r(shí)所發(fā)生的周期性變化會(huì)改變材料表面的塑形壓應(yīng)變和彈性拉應(yīng)變，并且隨著周期的增加，材料表面的氧化膜就會(huì)破裂，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在這種高溫的持續(xù)加持下，鋁合金壓鑄模具的材料就會(huì)產(chǎn)生裂紋。之后在多次的高溫以及高壓的破壞下，鋁合金壓鑄模具隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋尖端附近出現(xiàn)一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，最后裂紋間相互連接而導(dǎo)致模具失效。

2.2 腐蝕破壞

腐蝕破壞是鋁合金壓鑄模具的鋼材料和鋁合金本身之間相互摩擦、沖蝕、抗拒所產(chǎn)生的破壞。在進(jìn)行壓鑄模具的制作過程中，金屬液在高溫的作用下快速的進(jìn)入到模具中，在此過程中，金屬液本身所帶有的高溫以及鍛造高溫的摩擦下，模具中表層會(huì)被高溫所腐蝕，并且在摩擦的過程中會(huì)消耗氧化膜。經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，模具的表面被材料腐蝕和摩擦，從而產(chǎn)生損耗，因此腐蝕破壞也是鋁合金壓鑄模具在使用時(shí)產(chǎn)生的缺陷。

2.3 模具斷裂

鋁合金壓鑄模具在使用的過程中會(huì)發(fā)生整體脆斷的情況，這種情況是因?yàn)樵谑褂媚＞邥r(shí)，由于偶然的機(jī)械承重或者高溫情況下致使模具發(fā)生斷裂。另一方面，材料中有嚴(yán)重缺陷或操作不當(dāng)，則會(huì)引起整體脆斷。

3、增加壓鑄模具壽命的具體措施

3.1 優(yōu)化壓鑄件與模具設(shè)計(jì)

模具在實(shí)際的操作中經(jīng)常會(huì)遇見很多問題，例如模具的部分開裂、由于長(zhǎng)時(shí)間使用而導(dǎo)致的表面磨損或者模具出現(xiàn)較大裂紋等等情況。這些問題的出現(xiàn)，往往和鑄件有很大關(guān)系，鑄件設(shè)計(jì)不合理和操作失誤都是模具受損的原因之一。因此，為了避免壓鑄模具損耗過快，提高壓鑄模具的壽命，在設(shè)計(jì)鑄件的時(shí)候應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）壓鑄件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)有合適的脫模斜度，以此保證在取出壓鑄件的過程中，鑄件不會(huì)與壓鑄模具之間產(chǎn)生較大摩擦，從而避免鑄件劃傷模具，提高壓鑄模具的使用壽命。

（2）鑄件和壓鑄模具相接觸的地方，應(yīng)該注意鑄件和模具的角度，最好在相應(yīng)的地方鑄造圓角，以減少鑄件對(duì)模具的壓力，避免鑄件的棱角壓迫模具，導(dǎo)致模具產(chǎn)生凹陷和裂紋。

（3）在壓鑄件的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇廣而圓潤(rùn)的結(jié)構(gòu)，過深過窄的鑄件結(jié)構(gòu)會(huì)在壓鑄過程中和模具擠壓，一來容易損傷模具，二來散熱效果不好，可能導(dǎo)致模具變形或者直接斷裂。

（4）壓鑄件在設(shè)計(jì)制造的過程中，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查，避免出現(xiàn)厚薄不均的現(xiàn)象，以減少在加工過程中由于受力不均而導(dǎo)致的模具熱疲勞失效。

3.2優(yōu)化模具加工工藝

模具的材料可以選用高碳或者高合金鋼，但采用的鍛造工藝必須合理，這樣才能成行一塊合格的模塊毛坯。一方面是因?yàn)槟K毛坯的尺寸和規(guī)格都有嚴(yán)格的要求，合理的鍛造工藝能使鋼材更好的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，可以很大程度上改善鋼材的性能和內(nèi)部組織。除此之外，用高碳或者高合金做成的模具導(dǎo)熱性較差，所以在加工的過程中應(yīng)當(dāng)注意對(duì)鋼材的加熱速度要慢，而且要保證受熱均勻，在溫度合適的情況下考慮鍛造比。在模具的加工階段也應(yīng)當(dāng)格外注意，模具的切削過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格保證尺寸過渡處的圓角半徑，圓弧與直線相接處光滑，不能有棱角和尺寸偏差。倘若模具在切割加工的過程中，切割的質(zhì)量太差，可能會(huì)導(dǎo)致模具在圓角內(nèi)側(cè)出現(xiàn)過大的應(yīng)力擠壓，從而使模具不合格。除此之外，切割質(zhì)量太差還可能導(dǎo)致模具的脫碳層不能被完全切掉，從而使模具的壽命減少。要減少出現(xiàn)此類現(xiàn)象，需要在切割工作結(jié)束以后，調(diào)整電火花加工參數(shù)，用電解或者是機(jī)械研磨的方式去除模具表面的不合格部分，例如白亮層或者是需要顯微鏡才能觀察到的細(xì)小裂紋。除此之外，還需要在在電火花加工研磨工序完成以后，再對(duì)模具進(jìn)行一次低溫回火，進(jìn)一步穩(wěn)定異常層，阻止細(xì)小裂紋再度擴(kuò)展。

3.3模具表面強(qiáng)化處理

增加模具的壽命除了在設(shè)計(jì)和鑄造階段下功夫以外，還可以對(duì)模具的表面進(jìn)行特殊處理，提高模具的強(qiáng)度，減少模具在使用過程中的磨損和外物侵蝕，這樣可以減少裂紋的出現(xiàn)，延后裂紋出現(xiàn)的時(shí)間，由此提高模具的使用壽命。常見的表面強(qiáng)化工藝有模具表面滲氮、滲碳等，這些工藝可以有效減少模具在使用過程中的磨損和腐蝕，增加模具的使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來，熱噴涂、物理化學(xué)沉積、PVD、離子輔助噴涂等高科技工藝，開始普遍且高效地應(yīng)用于模具的表面強(qiáng)化工藝。但是新工藝畢竟出現(xiàn)的時(shí)間不夠長(zhǎng)，而壓鑄模具受損的原因多種多樣，在進(jìn)行模具表面強(qiáng)化的過程中，僅僅使用單一的強(qiáng)化涂層或工藝，很難抵抗所有的模具損壞形式，因此，多層次的組合型圖層或者工藝需要不斷地開發(fā)和運(yùn)用。就現(xiàn)有的模具表面強(qiáng)化的工藝來說，足以應(yīng)對(duì)一般的模具損壞，企業(yè)的選擇有很多，大可選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的形式。

3.4模具使用

鋁合金壓鑄模具使用前，應(yīng)該對(duì)壓鑄模具進(jìn)行充分的預(yù)熱，以避免在使用過程中出現(xiàn)龜裂和裂紋。加熱的方式也有很多，例如煤氣天然氣、電加熱或者慢壓射壓鑄等，這些方法都很實(shí)用，可以很大層度上減少模具的應(yīng)力變化，防止模具快速龜裂，延長(zhǎng)模具使用壽命。

4.小結(jié)

提高模具壽命長(zhǎng)期以來都是重點(diǎn)和難點(diǎn)，不論是壓鑄件的設(shè)計(jì)制造，還是模具的強(qiáng)化和保養(yǎng)，都需要充分考慮到各種問題。本文分析了鋁合金壓鑄模具的失效形式和提高壽命的一些方法，希望能對(duì)壓鑄從業(yè)者提供一定的參考。

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（作者單位：湖州安達(dá)汽車配件有限公司）