壓鑄模具生產(chǎn)對于大量復雜，高韌性的鋁、鋅、鎂、銅合金零件的生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟的生產(chǎn)方式。壓鑄生產(chǎn)的不斷發(fā)展，很大程度上取決于汽車工業(yè)中壓鑄件的大量使用，在汽車工業(yè)中，減輕汽車的重量顯得越來越重要。在長期的生產(chǎn)中，人們都把焦點放在怎樣延長模具壽命方面。
在過去的十年中，ASSAB公司在發(fā)展壓鑄模具鋼來滿足這種要求方面起了主導作用，開發(fā)了VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。壓鑄模使用商通過使用這些優(yōu)質(zhì)的模具鋼材及與之緊密相聯(lián)的熱處理工藝，在生產(chǎn)和模具使用成本方面中受益。人們已經(jīng)認識到良好的產(chǎn)品設計，模具設計及壓鑄生產(chǎn)條件的日益改善，能進一步提高生產(chǎn)效率。
下面就一些常見問題作一些探討：
一、設計方面：
a、冷卻水道：冷卻水道應處于使整個模腔表面溫度盡可能均勻的位置，從冷卻和力學角度看，管道表面需光滑。
b、流道、澆口及溢流：要得到最佳的壓鑄效果，冷卻系統(tǒng)必須和“熱區(qū)”（流道、澆口、溢流和型腔）有一定的熱平衡。因此，流道、澆口和溢流設計相當重要。在型腔內(nèi)很難填滿的部位，應設溢流，以使壓鑄金屬流到這些部位。在具有相同尺寸的一模多型腔模具中，所有的流道必須具有相同的流道長度和橫截面積，澆口和溢流也必須完全相同。澆口的位置和流道的厚度及寬度對金屬注入速度相當關(guān)鍵，流道的設計應使金屬流暢地進入型腔各個部分，而不是噴射狀的注入，澆注金屬過快流動會引起模具侵蝕。
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二、模具制造
壓鑄模具的制造，以下因素至關(guān)重要：
機械加工性；電火花加工；熱處理；尺寸穩(wěn)定性；表面處理；可焊補性。
a、機械加工性：馬氏體系的熱作工具港的機械加工性主要受像硫化錳等非金屬夾雜物及鋼材硬度的影響。因為壓模的性能可以通過降低鋼材中雜質(zhì)含量而得到改善，如硫和氧，因此發(fā)展了具有極低硫和氧含量的VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。切削加工的最佳組織是球化退火的鐵素體基體上均勻分布著球化狀的良好碳化物，這樣使鋼材有極低的硬度。均質(zhì)化處理使VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME有硬度約180HB的均勻組織。這些鋼種每一批都具有非常均勻的機械加工性。對于VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的車削，銑削和鉆孔等。常用的機械加工參數(shù)可以在產(chǎn)品資料中查閱，每一批都具有非常均勻的機械加工性，對于VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的車削、銑削和鉆孔等。常用的機械加工參數(shù)量可以在產(chǎn)品資料中查閱。
b、電火花加工：近年來，制造壓鑄模具已普遍采用電火花加工（EDM）。電火花加工的發(fā)展一方面擴展了這種
方法的通用性，同時也顯著的提高了操作技術(shù)，生產(chǎn)力和加工精度，電火花加工繼續(xù)發(fā)展成為大多數(shù)制模公司的一個主要的加工方法，可同樣容易的加工經(jīng)濟淬硬或退火的鋼材。電火花加工的基本原理是在石磨或銅電極（陽極）和鋼材（陰極）之間的不導電介質(zhì)中放電，模具的侵蝕通過放電來控制，操作過程中，負電極進入鋼材中獲得所需形狀，電火花加工中鋼材的表面溫度非常高，從而使其熔化和蒸發(fā)，在表面產(chǎn)生了一層熔化后再凝固的較脆層，緊接著這層的是再淬硬層和回火層。電火花加工對模具表面性能產(chǎn)生了不利的影響，破壞了鋼材的加工性能，由于這個原因，作為一種預防措施，推薦一下幾步加工方式：
c、淬火和回火后鋼材的電火花加工：A、傳統(tǒng)的機械加工；B、淬火和回火；C、粗放電加工避免“電弧”和太快的除去率，“幼電火花加工”即低電流高頻率；D、研磨和拋光電火花層；E、比原來回火溫度低15℃回火。
d、鋼材退火后的電火花加工：A、傳統(tǒng)的機械加工；B、粗放電加工，同上C；C、研磨和拋光電火花層，這減少了加熱和淬火時間開裂的危險，多次分級預熱到淬火溫度。
e、熱處理：熱作工具鋼通常是以軟性退火狀態(tài)供貨。在機械加工后，為了得到最佳的高溫屈服強度，抗回火性，韌性和延展性，必須進行熱處理。鋼材的性能受淬火溫度和時間，冷卻速度和回火溫度控制。高奧氏體化溫度對模具的熱屈服強度和抗軟化有利的影響，可以降低熱龜裂的產(chǎn)生。8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的性能可用1050℃的奧氏體化溫度取代正常的1020℃來提高，而VIDAR SUPREME用1010℃取代990℃。另一方面，由于晶粒變粗和淬火時晶界碳化物析出的增加而降低了韌性和延展性，這能導致嚴重的破裂，所以這種方法應限于小型模具和型芯的熱處理。高硬度對抗熱龜裂性具有有利的影響，但是對鋁壓鑄模推薦硬度不宜超過HRC48，銅不超過HRC44，硬度越高，破裂和完全失效的危險越大，然而，通過發(fā)展高韌性的VIDAR SUPREME和8407 SUPREME，失效的危險性已大大下降。淬火冷卻速度對VIDAR SUPREME、8407 SUPREME、QRO 90 SUPREME和所有其他同樣類型鋼種有很大影響。緩慢的冷卻速度得到好的尺寸穩(wěn)定性，但使鋼材有得到不良顯微組織轉(zhuǎn)變的風險。淬火時太慢的冷卻速度能降低鋼材的破壞韌性。快的冷卻速度如鹽羽淬火能產(chǎn)生最好組織，因而得到最高的模具壽命。權(quán)衡模具淬火變形和壽命，在大多數(shù)情況下，優(yōu)先考慮模具的使用壽命而采取較快的淬火冷卻速度。脫碳和滲碳可以引起早期熱龜裂，模具應冷卻至50~70℃后回火，要得到滿意的組織，第二次回火是必不可少的，第二次回火溫度應根據(jù)模具所需的最終使用硬度而決定。
f、尺寸穩(wěn)定性：壓鑄模在淬火和回火時的情形，壓鑄模淬火和回火時，通常會出現(xiàn)變形或扭曲，溫度越高變形越大。
在淬火前，通常要預留一定加工量以便淬火及回火后通過研磨等工序來調(diào)整模具到最后要求的尺寸。變形是由于鋼材中的應力引起，這些應力可分成：機械加工應力；熱應力；組織轉(zhuǎn)變應力。
機械加工應力：此類應力產(chǎn)生于機械加工，如車削加工、銑削加工、研磨加工，如果存在內(nèi)部應力，它會在加熱時釋放。加熱使材料強度下降，從而通過局部變形來釋放應力，這能導致模具整體變形，為了減少熱處理時加熱產(chǎn)生的變形，需要一個消除應力的過程，一般推薦在粗加工后進行應力消除，在淬火前任何變形都能在精加工時加以調(diào)整。
熱應力：模具加熱時產(chǎn)生了應力，加熱越快越不均勻，應力就越大。模具尺寸加熱時會增加，不均勻的加熱會引起不同部位尺寸的不一致增加，從而產(chǎn)生應力和變形，為了使整塊模具溫度均勻通常推薦多段預熱。應盡量緩慢加熱以使整個模具溫度保持一致。以上情況對淬火冷卻也適用。淬火時會產(chǎn)生非常大的應力，一般而言，在可接受的變形范圍內(nèi)，冷卻應越快越好。淬火介質(zhì)的均勻性非常重要，尤其在使用壓縮空氣或保護氣氛時（如在真空爐內(nèi)）。否則，模具溫度的不一致會產(chǎn)生明顯的變形，通常也推薦分級淬火。
組織轉(zhuǎn)變應力：當鋼材組織轉(zhuǎn)變時這類應力會產(chǎn)生，這是因為三種顯微組織鐵素體、奧氏體和馬氏體有不同的密度，即是“體積”。從奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的變化最大，這引起了尺寸的增加。過度快速和不均勻的淬火也會導致局部馬氏體形成，從而引起模具中局部體積增大，而在某些截面上產(chǎn)生應力，這些應力會導致變形，甚至破裂。
g、表面處理：經(jīng)氣體氮化、軟氮化和離子氮化等表面處理能使壓鑄模某些零件產(chǎn)生有利作用，如射筒、噴嘴、流道、澆道、推桿和芯棒。不同化學成分的鋼材有不同的氮化特性。其他表面處理包括Solvenite，Metallife和Melonite的滲金屬碲鎳處理也可用于壓鑄模。
h、焊補性：許多情況下，通過焊補來修理壓鑄模非常重要。工具鋼的焊補總帶有破裂的危險，但是如果小心而適當加熱的話，也可得到好的效果。
焊補前準備：被焊的部位必須適當?shù)拈_U型槽溝，并避免臟物和油脂以確保金屬的順利滲透和融合。
退火后焊接：1、預熱到至少350℃；2、在此溫度開始焊接，使工件溫度保持在350～475℃，焊接時保持工件溫度恒溫的最好方法是用一個熱控元件置于絕熱箱的箱壁內(nèi)；3、焊接后馬上退火。
淬火和回火后的焊接：1、預熱到至少320℃；2、在此溫度開始焊接，使工件溫度保持在350～475℃，焊接時保持工件溫度恒溫的最好方法是用一個熱控元件置于絕熱箱的箱壁內(nèi)；3、焊補后以20～30℃每小時至50～70℃每小時的速度緩慢冷卻；4、在低于前回火溫度10～20℃的溫度做應力回火。
三、模具壽命
壓鑄模具壽命會隨著壓鑄模的設計和尺寸、壓鑄合金類型，模具的維修和保養(yǎng)而發(fā)生很大變化。模具可以通過壓鑄前后適當?shù)奶幚韥硌娱L壽命：適當?shù)念A熱；正確的冷卻；表面處理；應力消除。
適當?shù)念A熱：冷模具和熱的壓鑄金屬間最初的接觸會引起模具嚴重的熱沖擊應力，熱龜裂可能就在第一次壓鑄時出現(xiàn)并迅速擴展導致整體破裂。所以，最重要的模具表面和熔融金屬間的溫度不能太大，由于這一原因，通常推薦預熱，預熱溫度隨壓鑄合金類型而定，通常在150～350℃。
模具壓鑄時，推薦以下預熱溫度：
材料               預熱溫度，℃
錫合金、鉛合金     100～150
鋅合金             150～200
鎂合金             250～300
銅合金             300～350
逐步而均勻的預熱很重要，最好是恒溫的加熱控制系統(tǒng)。預熱時，為了達到平衡，應逐步打開冷卻水，要避免所有的驟然冷卻。有鑲塊的模具必須緩慢加熱以便使鑲塊和模托保持一致溫度及逐步膨脹。
正確的冷卻：模具溫度受冷水道和模具表面脫模劑的控制。為了減少熱龜裂的危險性，冷卻水可預熱到大約50℃，也推薦用恒溫控制的冷卻系統(tǒng)，并不推薦使用低于20℃的冷卻水。停機時間超過幾分鐘時，應調(diào)節(jié)冷水流量，以便模具不至于冷卻得太快。有一點非常重要，即潤滑劑（脫模劑）要非常好得附于模具表面以避免壓鑄金屬與模具得接觸，例如一個新得或剛修補得模具不應有粗糙得金屬表面，因此在試模期有一層氧化薄膜會提供給脫模劑一個良好得附著面亦不失為一個好方法。
表面處理：模具表面加熱到500℃左右一小時然后空冷就可氧化。在蒸汽氣氛中加熱到500℃約30分鐘也可以，形成具有恰當厚度得一層良好氧化膜，在使用一段時間后，要去除模具上堆積得脫模劑，可在模腔表面進行噴丸處理，這種處理也可密閉一些熱龜裂得裂紋。噴丸處理會在模腔表層產(chǎn)生壓應力，這一定程度上抵消了引起熱龜裂得拉應力。受摩擦得一些零件如推桿和射筒，可以通過氮化、碳氮滲來提高壽命。了解更多相關(guān)資訊，敬請關(guān)注東莞弘超模具鋼材專業(yè)網(wǎng)站www.syfukang.com。
消除應力：壓鑄時，模具表面由于溫差而產(chǎn)生熱應變，這種反復得應變會導致模具局部表面得殘留應力產(chǎn)生，在大多數(shù)情況下，這種殘留應力是拉應力，因此促使熱龜裂的發(fā)生，消除應力處理會使模具殘留拉應力下降，因此能提高模具壽命，所以我們建議在試模一段時間后進行消除應力處理，然后在壓鑄1000～2000模次，5000～10000模次后分別進行消除應力處理。這種處理可以在以后每隔10000～20000模次重復一次，以致模具出現(xiàn)少量龜裂，因為表面龜裂的形成會降低殘留應力，因此在較嚴重龜裂產(chǎn)生后再去除應力就沒有太大的意義。除應力處理的溫度最好定模具熱處理最高回火溫度以下25℃左右，正常情況下，在此溫度保溫2小時。
四、壓鑄對模具鋼材的要求
壓鑄模受嚴重熱高溫和機械循環(huán)負荷，這種負荷直接提高對壓鑄模模具鋼材的要求。因此有許多因素限制了模具壽命。最重要的是：熱疲勞（熱龜裂）；侵蝕/腐蝕；破裂（整體破裂）；凹陷。
壓鑄合金工作溫度對壓鑄模具壽命影響非常大。對某種特定合金的壓鑄模，由于壓鑄件的設計，表面光潔度，生產(chǎn)速度，壓鑄時過程控制，模具設計，模具材料及其熱處理，加工公差范圍等也會很大程度上改變模具壽命。
熱疲勞：熱疲勞由于許多次溫度循環(huán)，產(chǎn)生的熱應力造成的逐漸破裂，它是發(fā)生于模具表面薄層的一種微表面層現(xiàn)象。壓鑄時模具受冷熱變化，從而在模具表層產(chǎn)生嚴重應變，逐漸導致熱疲勞裂紋。典型的熱疲勞損壞是被稱為“熱龜裂”的一種表面破裂。在近十五年，人們花了很大精力來了解熱疲勞過程以及材料性能和熱疲勞的關(guān)系，正由于此，Uddeholm公司建立了一套模仿熱疲勞破壞的裝置，目的是為了改善和發(fā)展模具材料，目前已發(fā)展了優(yōu)質(zhì)工具鋼VIDAR SUPREME，ORVAR SUPREME和QRO 90 SUPREME、DIEVAR、HOTVAR。
影響熱疲勞的因素：熱疲勞裂紋是由熱循環(huán)應力，拉應力和塑性應變等多種因素組合在一起形成的，如果以上因素中任何一個不存在的話，熱疲勞既不會產(chǎn)生也不會擴展。塑性應變使裂紋出現(xiàn)，而拉應力使裂紋擴展。下列因素影響熱疲勞：模具溫度因素；預熱溫度；模具表面溫度；模具高溫保持時間；冷卻速度；基本的模具材料性能；熱膨脹系數(shù)；熱傳導系數(shù)；高溫屈服強度；抗回火性；蠕變強度；延展性。
應力集中部位：圓角、孔和尖角；粗糙表面；模具溫度循環(huán)；預熱溫度。
最重要的是表面和金屬溶液的溫差不能太大。因此，模具需要預熱，預熱溫度不低于150℃，因為鋼材在此溫度的斷裂韌性是室溫時的兩倍。
模具表面溫度：模具表層溫度和熱疲勞的出現(xiàn)密切相關(guān)，溫度達600℃時，熱膨脹和應力正好是熱作鋼所能承受的，但是溫度再高會明顯的產(chǎn)生熱龜裂危險，模具表面溫度主要取決于預熱溫度、金屬壓鑄溫度、壓鑄產(chǎn)品設計、模具形狀和尺寸，模具材料的高溫性能。
高溫保持時間：較長的高溫保持時間增加，模具有過度回火和蠕變的危險，這就意味著模具鋼材的機械強度下降和相應的抗熱負荷和機械負荷能力下降。
冷卻速度：表面冷卻速度相當重要，較快的冷卻會產(chǎn)生較大應力，從而導致早期裂紋，冷卻劑的選擇通常從模具壽命和生產(chǎn)率兩方面綜合考慮，但大多數(shù)生產(chǎn)商由于環(huán)保問題把冷卻劑從油性冷卻劑改成水性冷卻劑。
基本的模具鋼材性能：
熱膨脹系數(shù)：低的熱膨脹系數(shù)意味著較小的膨脹體積，亦即較低的熱應力累積。
熱傳導性：高的熱傳導性降低了熱溫差，從而降低了熱應力，在實驗中很難預測和研究什么樣一個程度的熱傳導性會影響到熱應力。
高溫屈服強度：高的高溫屈服強度有利于對抗熱龜裂。
抗回火能力：如果模具鋼材最初具有的高溫屈服強度，會在高溫狀態(tài)長時間使用而降低，這就意味著熱龜裂破壞會加速，因此模具鋼材有良好的長時間高溫抗軟化性能顯得非常重要。
蠕變強度：和抗回火性相關(guān)的軟化會因機械負荷的作用而明顯加速。模具鋼材同時處于高溫和機械負荷狀態(tài)，因此一種好的模具鋼材應具備高溫下抗機械負荷作用的能力，此能力可以數(shù)字化以高溫蠕變強度表示。事實上，通過實驗已證明恒溫和循環(huán)機械負荷也會產(chǎn)生熱龜裂。
延展性：延展性是模具鋼材抵抗塑性變形而不產(chǎn)生裂紋的能力以數(shù)字化表示。鋼材在特定的高溫屈服強度及溫度循環(huán)下，延展性的好壞是主宰鋼材在最初的熱疲勞破壞中產(chǎn)生可見裂紋的因素。延展性對裂紋擴展的影響逐漸減少。
材料的延展性主要取決于夾雜物和偏析即鋼的純度和均勻性。因此Uddeholm公司的壓鑄模具鋼就是一種特殊的方法來處理。通過特殊的熔煉和精煉技術(shù)，控制鍛造的方法，特殊的細微化熱處理，已使鋼材的延展性大大改善，特別是大塊材料的中心部位也大大改善。
應力集中：內(nèi)圓、孔和尖角的幾何形狀造成的應力集中和溫差的增大使應力和應變也增大。這就意味著在這些區(qū)域的熱龜裂出現(xiàn)的比平面部位早。熱龜裂的粗線及肋的設計師模具產(chǎn)生整體破裂的危險增加。
表面粗糙：表面缺陷蠕研磨刮痕同樣會像內(nèi)圓角、孔和尖角一樣影響裂紋的出現(xiàn)。推薦以220-600的粒度研磨，這樣的粗糙度不會導致熱色裂的出現(xiàn)。不太光滑的表面如噴砂，氧化的表面有助于潤滑劑的輔助性和在模具表面上更均勻地分布。甚至很少有粘結(jié)產(chǎn)生，產(chǎn)品容易脫模。這對模具的試模期尤其重要。

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