壓鑄模具的模具鋼材選材及應(yīng)用技巧
金屬壓鑄是機械化程度和生產(chǎn)效率都很高的生產(chǎn)方法，是先進的少無切削工藝。壓鑄生產(chǎn)可以將熔化的金屬液直接壓鑄成各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精確、表面光潔、組織致密以及用其他方法難以加工的零件，如薄壁、小孔、凸緣、花紋、齒輪、螺紋、字體以及鑲襯組合等零件。近年，壓鑄成形巳廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、儀器儀表、航海航空、電機制造、日用五金等行業(yè)。
壓鑄模具是在高的壓應(yīng)力(30~150MPa)下將400~1600ºC的熔融金屬壓鑄成形。在成形過程中，模具周期性地與熾熱的金屬接觸，反復(fù)經(jīng)受加熱和冷卻作用，且受到高速噴入的金屬液的沖刷和腐蝕。因此，壓鑄模具用鋼要求有較高的熱疲勞抗力、熱導(dǎo)性及良好的耐磨性、耐蝕性、高溫力學(xué)性能等。
壓鑄模材料的選用：目前常用的壓鑄模金屬材料主要有：鋅合金、鋁或鎂合金、銅合金和鋼鐵等四大類，它們的熔點、壓鑄溫度、模具工作溫度和硬度要求都各不相同。由于壓鑄金屬的壓鑄溫度越高，壓鑄模的磨損和損壞越快因此在選用壓鑄模材料時首先要根據(jù)被壓金屬的種類及壓鑄溫度的高低來確定；其次還要考慮生產(chǎn)批量大小和壓鑄件的形狀、重量及精度要求等。
⒈鋅合金壓鑄模：鋅合金的熔點為400~430ºC，鋅合金壓鑄模型腔的表層溫度不會超過400ºC。由于工作溫度低，也可以采用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr、30CrMnSi、40CrMo淬火后中溫(400~430ºC)回火處理，模具壽命可達20~30萬次；甚至可以采用低碳鋼經(jīng)中溫氮碳共滲、淬火、低溫回火處理，使用效果也很好。其它常用模具鋼有5CrMnMo、 5CrNiMo、4Cr5MoSiV、 3Cr2W8V、CrWMn等。
⒉鋁合金壓鑄模：鋁合金壓鑄模的服役條件較為苛刻，鋁合金溶液的溫度通常在650~700ºC左右，以40~180m/s的速度壓入模具型腔，在20~120MPa壓力下保壓5~20s，每次壓射間隔大約為20~75s。模具型腔表面受到高溫高速鋁液的反復(fù)沖刷，因此會產(chǎn)生較大的應(yīng)力。鋁合金壓鑄模的壽命取決于兩個因素，即是否發(fā)生粘模和型腔表面是否因熱疲勞而出現(xiàn)龜裂。
鋁合金壓鑄模常用鋼為：4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5MoSiV(H11)、3Cr2W8V及新鋼種4Cr5Mo2MnVSi (Y10)和3Cr3Mo3VNb(HM-3)等。
實例：起重電動機鋁合金殼體的擠壓鑄造。PK系列3P/13型電動機殼體，殼體內(nèi)部鑲有硅鋼片，它是經(jīng)預(yù)疊壓后放人模具再擠壓鑄造成形的。由于合金收縮包緊硅鋼片使之成為一整體，所以電動機工作溫度小，散熱條件好，起重扭矩大，是一種節(jié)能型電動機。根據(jù)零件的形狀持點，模具設(shè)計采用斜銷抽芯四開模。模具工作前，用紅外線板將模具的成形零件表面預(yù)熱到100~120ºC，將熔煉好的鋁合金液澆注到由定模塊和壓頭組成的壓鑄室中。模塊材料采用4Cr5MoSiV1(H13)、模體材料采用45鋼。
⒊銅合金壓鑄模：高熔點金屬的壓鑄模工作條件極為苛刻。銅液溫度通常高達870~940ºC，以0.3~4.5m/s的速度壓入銅合金壓鑄模型腔，壓力約為20~120MPa,保壓時間僅為4~6s，每次壓射的間隔大約為15~35s。
由于銅液溫度較高，且熱導(dǎo)性極好，工件傳遞給模具的熱量多且快，常使模具型腔在極短時間即可升到較高溫度，然后又很快降溫，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力的反復(fù)作用，促使模具型腔表而產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋，并會造成模具型腔的早期開裂。因此，銅合金壓鑄模的壽命遠比鋁合金及鋅合金壓鑄模的壽命低。因而要求銅合金壓鑄模具材料具有高的熱強性、熱導(dǎo)性、韌性、塑性，高的抗氧化性、耐金屬侵蝕性及良好的加工工藝性能。
國內(nèi)仍大量采用3Cr2W8V鋼制造銅合金的壓鑄模具，也有的用鉻鉬系熱作模具鋼。近年來，我國研制成功的新型熱作模具鋼Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)。其抗熱疲勞性能明顯優(yōu)于3Cr2W8V鋼；3Cr3Mo3V鋼模具的使用壽命也比3Cr2W8V鋼模具高。銅合金壓鑄模可進行離子氮化表面處理，Y4鋼氮化后，表面硬度可達990HV，能避免銅合金的粘模現(xiàn)象。
⒋黑色金屬壓鑄模：鋼的熔點為1450~1540ºC，使鋼鐵材料壓鑄模的工作溫度高達l000ºC，致使模具型腔表面受到嚴重的氧化、腐蝕及沖刷，模具壽命很低。模具一般只壓鑄幾十件或幾百件即產(chǎn)生嚴重的塑性變形和網(wǎng)狀裂紋而失效。鋼鐵材料的壓鑄模常用的材料仍為3Cr2W8V鋼，但因該鋼的熱疲勞抗力差，因此使用壽命很低。目前國內(nèi)外均趨向于使用高熔點的鉬基合金及鎢基合金制造銅合金及黑色金屬壓鑄模，其中TZM及Anviloy1150兩種合金受到普遍重視。采用熱導(dǎo)性好的合金，如銅合金制造黑色金屬壓鑄模，也收到了滿意的效果。
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