摘 要：
叙述了某压铸模具定模芯的烧蚀、裂纹、粘铝等失效情况，并分析了形成原因。修模处理分为标记、焊接、数控铣和电火花加工等工艺过程，所修复模具的质量满足技术要求。同时，探讨了提高压铸模具使用寿命的措施，包括模具结构设计合理、模具材料选择正确、热处理工艺优化、使用环境恰当以及维修保养规范。
1.失效形式及原因
图1为某铝合金缸体的压铸模具定模芯，其材质是H13钢，在生产中出现失效情况，其失效形式及原因分析如下。
1.1 烧蚀
在横浇道与浇口套相邻处产生2处约1 mm深的烧蚀，在模芯的外凸边缘、内凹根部产生12处烧蚀，烧蚀使得模具体积减小，必须把烧掉的部分补上，才能得到尺寸合格的压铸件。发生烧蚀现象的主要原因是大约670 ℃的铝液在高压下反复高速冲刷模具，在模具的边角处由于热集中，温度较高，长时间后钢料被烧掉。
1.2 裂纹
内浇道正对的模具成型面上产生了细小的网状裂纹，这是因为金属液强力冲击产生较大的压应力，同时高温的模具开模后喷刷涂料受到激冷，冷热交替作用下产生热应力，在复合内应力的作用下逐渐产生小裂纹。随着时间延长越来越大，当裂纹大到一定程度时，模具可能发生断裂。
1.3 粘铝
内浇道根部有1处粘铝，高温高压的铝液沿着裂纹进入钢材基体中，由于铁、铝之间在高温下亲和力较大，从而粘接在一起。
1.4 设计变更
生产中横浇道末端处制品有时出现浇不足的现象，原因是靠近直浇道的2处内浇道尺寸偏大，导致此处金属液流量大而末端内浇道流量小，金属液在末端处流动充满型腔之前凝固，因此需要减小首段内浇道尺寸。
2.修模处理过程
2.1 标记
用白色记号笔圈出烧蚀尺寸较大的部位，并在旁边书写“B”，表示需要修补。尺寸较小的烧蚀旁边书写“H”，表示此处是孔，暂时不需要修补。设计变更处用箭头指出，书写“设变”，需要修补。粘铝的地方书写“去肉”，表示需要加工去除材料。
2.2 焊接
氩弧焊是以氩气作为保护气体的焊接方法，热输入较小，对母材的热影响小，不易出现裂纹、咬边、气孔等缺陷，焊接质量容易得到保证。生产中采用9188GS型焊机，焊条选用AST0506，其成分与模具钢H13相近，具有很好的抗回火特性和耐热疲劳性能，见图2。在焊接之前，需要彻底清除焊接表面的裂纹、氧化物和油污，并予以烘干。焊接预热的目的是减少模具因焊接高温而产生开裂的倾向，预热温度为300~400 ℃。焊接采用低热输入原则、高频脉冲电流以及多次少量的熔滴，堆焊层厚度为4~5 mm。焊接后需要经过回火才能达到所需硬度，回火温度为680~730 ℃，应比原回火温度低5~10 ℃，以免降低母材硬度，同时保持适当的韧性。
2.3 数控铣
补焊的区域需要经过机械加工去除多余材料，将定模芯模型文件在UG NX软件中打开，分别进行粗加工、精加工数控编程，后处理产生程序文件，传输程序到机床中。把定模芯吊装到机床工作台上，打表找正，压紧固定。按照程序单要求精确对刀，设定加工坐标系G54，调出粗加工程序，设置加工参数，启动加工。调出精加工程序，设置加工参数，启动加工，见图3。
2.4 电火花加工
需要加工的区域如果存在狭窄凹槽，则应采用电火花成形加工，设计、加工石墨电极，将电极安装固定在电火花成形机床上，定模芯固定在机床上，设置合理的放电参数，进行电火花加工，见图4。
3.提高压铸模具使用寿命的措施
3.1 模具结构设计
压铸件壁厚应满足合金的正常壁厚和最小壁厚要求，在保证强度和刚度的前提下，尽量设计成薄壁件且壁厚均匀，防止缩孔、缩松的产生。根据铸件两壁连接方式，合理选择铸造圆角大小，有利于金属液充填、排气以及模具强度。脱模斜度应按合金种类、曲面特性恰当选取，以便铸件顺利脱模。
采用ANSYS等软件分析模具的强度、刚度，确保模具不损坏、不变形。浇注系统尽量减少对型芯的冲击。浇口增厚可减少模具烧结，降低金属液的冲击速度。正确选择各零件的公差配合和表面粗糙度。保持模具热平衡。冷却水道与型面及转角的间距必须足够大。尽量采用镶件结构，便于维修和更换。在可能条件下选用大的转角R，避免应力集中。
3.2 模具材料选择
压铸模的使用寿命与材料密切相关。应对模具材料的化学成分、金相组织、力学性能予以确认，必要时复核检验，确保材料质量符合要求。
选择耐热疲劳、热稳定性好的热作模具钢。推荐使用8407或精炼H13，铝压铸模使用寿命达到7~10万次。E38K适合700 ℃以下温度范围，铝压铸模使用寿命达到20~40万次。2367适合700 ℃以下温度范围，铝压铸模使用寿命达到40~60万次。生产中应根据加工材料种类、产品特点以及生产批量等正确选择模具材料，提高经济效益。
3.3 模具的热处理
热处理通过改变工件显微组织，从而改变工件强度、硬度、韧性、耐磨等使用性能。热处理的正确与否直接关系到模具的使用寿命。因此，必须合理地控制淬火温度和时间、冷却速度以及回火温度，将模仁设计硬度定为HRC44~46，热处理工艺为480、700、850℃分级加热 + 1050℃真空油淬 + 600℃二次回火。模仁在转量产时再进行一次回火，由于线割、补焊、放电对模仁结构造成破坏，需要把介质调回来。同时，可以采用表面强化技术提高使用寿命，常用的有铁素体氮碳共渗技术和PVD涂层技术等。
3.4 模具使用环境
根据合金种类、铸件壁厚以及结构复杂程度，合理选择压铸模具的预热温度和工作温度。铝合金压铸模的预热温度为150～180 ℃，工作温度为180～240 ℃，适当选择较高的温度可使模具寿命明显提高。确保模具得到适当冷却，冷却水的温度应保持在40~50 ℃，临时停机，应尽量合模并减小冷却水量，避免再开机时模具承受热冲击。在保证成型良好前提下，用较低的浇注温度。
3.5 模具维修保养
规范的保养可使模具处于良好状态。新模具试模后，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10 000模次，镁、锌压铸模5 000模次，铜压铸模800模次，应对模具型腔进行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12 000～15 000模次进行同样保养。当模具使用50 000模次后，可每25 000～30 000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。
当模具出现影响生产使用的失效缺陷时，可以采用电弧堆焊进行修复，并且能够多次修复。经修复的模具使用寿命有了明显提高，既保证生产的正常进行，又降低了生产成本。
4.结论
此压铸模具定模芯出现了烧蚀、裂纹、粘铝等失效缺陷，并且有1处设计变更，因此，需要进行修模处理。经过标记、焊接、数控铣和电火花加工，修复模具的质量达到技术要求。提高压铸模具使用寿命的措施有模具结构设计合理、模具材料选择正确、热处理工艺优化、使用环境恰当以及维修保养规范等。
作者：
王桂林
常州信息职业技术学院
本文来自:《特种铸造及有色合金》杂志2022年第42卷第3期
