摘要：压铸模具是在高温高压下液体金属的反复冲击及热腐蚀条件下工作的模具。由于这类模具通常制造费用高．周期长，模具使用寿命 短、过早失效的问题严重影响着压铸产品的质量和生产的正常进行。
基于此，本文对铝合金压铸模具的失效形式进行分析，并提出提高寿命一些方法，希望对压铸从业者有一定的借鉴。
关键词：
引 言
铝合金压铸模具使用状态是冷热交替进行，即热的液态铝合金铸入模具型腔，凝固冷却、出模，喷涂室温下脱模剂溶液于型腔表面。在压铸过程中，模具不断地承受高速高压铝液的喷射、冲刷和腐蚀，对于这些恶劣的工作环境，会导致模具产生各种各样形式的失效，如热疲劳开裂、冲蚀、断裂、变形等。
1 铝合金压铸模具的特点
压铸模具是非常复杂的模具系统，模具材料热疲劳的因素很多，必须重视模具材料的选用。我国常用的铝合金压铸模具钢有H13、3Cr2w8v、Y10等。压铸模具是在高压下使熔融金属成形的工具，其特点是受冲击力较大，工作时间长、工作温度高、交变应力强等，要求模具钢能有好的高温强度和冷热疲劳性能。
2 常见的压铸模具失效形式分析
2.1 热疲劳失效
在反复加热与冷却的工作过程中，模具表面温度与心部温度不一，产生温度梯度，从而使金属组织间产生了交变热应力，最终一导致热疲劳裂纹的萌生与扩展。其宏观特征是模具表面往往产生网状裂纹，即热疲劳裂纹，有时也会产生辐射状裂纹。热疲劳裂纹一旦出现，由于应力集中效应，裂纹初始即以较快的速度扩展，但裂纹附近的拉伸热应力也同时得到弛豫，因此随后裂纹扩展较为缓慢。热疲劳裂纹属于表面裂纹，一般并不深。
热疲劳失效是压铸模最主要的失效形式。热疲劳裂纹大量出现后，工件表面质量下降。又由于铝液渗入热疲劳裂纹中，工件脱模时被迫变形、拉伤甚至撕裂，模具从而失效。
2.2 碎裂失效
在压射力的作用下．模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光．或是成型型的清角处均会最先出现细微裂纹。当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快．这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位．也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
2.3 冲蚀
冲蚀是模具钢与铝合金熔体相互作用产生的侵蚀、腐蚀、冲刷、粘结等现象。由于在压铸过程中，金属液高温高速进入型腔，可能会冲破脱模剂的保护层和模具表面的氧化层，直接与模具相接触，通过一系列的物理化学反应，导致模具表面产生点蚀，在反复的压射循环中，点蚀现象加剧，出现粘铝缺陷。在实际生产过程中，明显发现高侵蚀磨损发生在靠近浇口位置，适当调整进浇位置和角度可以有效减轻冲蚀现象。
2.4 变形失效
模具型腔或其它部位在使用中产生变形，使得工件表面质量下降或影响压铸正常进行的现象称为变形失效。变形失效又可分为损伤性变形失效和非损伤性变形失效。最常见的损伤性变形失效是模具工作时因粘有工件留下的毛刺、微粒等，在模具表面造成压痕、塌陷，或者由于设计不当，型腔局部温度过高而软化等。非损伤性变形多发生在长效模具上，且尤以发生于模架者为多。可见，模架的组织稳定处理、中间去应力回火等均应受到充分重视。
3 提高压铸模具寿命的措施
3.1 合理的模具设计
压铸件产品已知，合理的模具设计是延长模具寿命重要前提，在模具设计时要考虑以下几点:
（1）模具壁厚要合理的壁厚，保证模具镶嵌件和套板有足够的强度和热平衡性。
（2）内浇口位置尽可能避开产品的公差小的尺寸部位热量易集中在内浇口处，且压铸过程液态铝合金充型速度较高，一般为30-100m/s，镶件在内浇口处易开裂、变形和冲蚀。
（3）冷却水道与镶件型腔有足够的距离目前大多数模具采用水冷却，目的是保持模具有良好的热平衡性，避免局部受热不均。
3.2 模具材料与模具制造
模具材料与模具制造是保证模具有较长的寿命关键之一。模具型腔承受巨大的交变应力作用，要求镶件材料在高温下有好的热韧性，才能经受得冷热交替作用。
(1)模具材料
模具套板多采用45钢且调质处理。镶件的材料要求较高，产品产量小于3万套，镶件可选用一般国产H13或是3Cr2W8V即可，比较经济；产量在3万~7万套，可选用日本牌号SKD61，DH31-S，价格中等；对于产量高于7万套，最好选用品质较高的热模钢，如瑞典一胜百8407，DIEVAR和德国葛利兹2344supper等。当然上面谈到压铸模数也不是绝对的，在同等的模具和压铸工艺条件下，如大型、结构复杂的模具寿命自然会低很多，小型结构简单的模具寿命自然会高很多。
(2)模具制造
模具镶件粗加工后应及时去应力回火。因为粗加工切削量大，残余应力也大。镶件的热处理至关重要，直接会影响模具的寿命。热处理应由大型专业热处理产商来完成，严格按照材料的特性来制定特定的热处理流程。模具镶件最后硬度一般在48HRC左右，型腔最后成形精加工大多数都由EDM加工完成。EDM加工后型腔表面有较大的残余应力，也应及时去应力回火。EDM变质层以及表面蜂窝状凸凹不平约为0.01~0.03mm厚，彻底打磨去除，特别注意角落、小R角处，否则在压铸生产过程中，交变应力最易集中此处，大大降低模具的寿命。
3.3 优化模具加工工艺
选用高碳、高合金钢制造模具，必须采用合理的锻造工艺来成形模块毛坯，这样一方面可使钢材达到模块毛坯的尺寸和规格，一方面可改善钢的组织和性能。另外高碳、高合金的模具钢导热性较差，加热速度不能太快，且加热要均匀，在锻造温度范围内，应采用合理的锻造比。
模具的切削加工应严格保证尺寸过渡处的圆角半径，圆弧与直线相接处应光滑。如果模具的切削加工质量较差，可能会导致模具在圆角半径较小的地方产生严重的应力集中，也可能会导致模具没能完全切除锻造产生的脱碳层，因而模具使用中的耐磨性下降。
3.4 模具表面强化处理
采用表面强化工艺提高模具表面的强度、耐磨性及耐蚀性，可以延长热裂纹萌生的孕育期，防止热裂纹的扩展，由此提高模具的使用寿命。表面渗氮、渗碳等表面处理工艺常用于压铸模具，可以有效减少磨损和改善热疲劳抗性。近年来，热喷涂、物理化学沉积、PVD、离子辅助喷涂等应用于模具以提高模具寿命。然而考虑到模具失效的多重原因，在模具强化时使用单一的涂层来实现抵抗所有失效形式是很困难的，很多研究已经开始考虑设计组合涂层系统。现有的模具表面强化处理方式很多，企业在生产过程中，可以选择最经济且有效的方式进行生产。
3.5模具使用
铝合金压铸模具使用前，应先将模具预热，没有预热的压铸模其龟裂发生速度快，可以用煤气天然气加热、电加热或者只使用慢压射压铸等方法来预热模具，可以有效减小热交变应力，延缓模具的表面龟裂。对压铸模具定期进行去应力退火，通常是模具累积运行5000、15000、50000次分别进行三次去应力处理，能有效消除模具早期产生的应力，延长模具使用寿命。
结束语
提高模具寿命长期以来都是一个综合性很强的话题，从压铸件的设计到模具的维护保养，都需要做到全方位的考虑。本文分析了铝合金压铸模具的失效形式和提高寿命的一些方法，对压铸从业者有一定的参考价值。
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