模具的壽命自然與鋼材的質量有關。但如果使用不當,就是再好的鋼材也不能保證有好的壽命。從熱處理到壓鑄生產,溫度(熱量)都是壓鑄模具壽命長短的決定因素之一。
從以上的圖線可知,材料要求硬度越高,則淬火的溫度就越高,韌性越低,回火的溫度也越低。
回火的重要作用之一,就是消除淬火鋼中的殘余應力。回火溫度愈高,則淬火應力的消除愈徹底,鋼的塑性也增大。當然,淬火鋼的硬度也會隨之降低。所以,在決定模具材料硬度的時候,不要只是考慮為了防止沖蝕而把硬度要求到最高。而是應該充分考慮模具結構的應力問題,并根據實際情況適當的硬度值降低一點。因為沖蝕還可以通過表面氮化、被覆,改善澆注系統,調整壓鑄工藝等一系列方法來解決。反之,如果因為應力集中,過早出現模具開裂而造成的損失會更大。
鋼材在熱處理或壓鑄生產的時候,具有截面急劇變化的工件或者有尖銳槽口的工件、都易于產生淬火裂紋。
熱處理的工藝過程都要經過加溫和冷卻來實現。工件的尺寸和形狀不同,必然影響受熱加溫和冷卻散熱的狀況。在工件的槽口處易于造成應力集中現象,槽口處的應力值往往幾倍于其他截面處的平均應力值。槽口處的圓角半徑愈小,則顯現應力集中的現象愈嚴重 (如A、B圖)。在尖銳棱角處也是最易于形成應力集中的地方(如C圖)。
應力集中區域能顯著地降低鋼的塑性。更容易造成開裂和引起早期疲勞破斷。
模具結構出現這種情況,一般都是因為產品結構造成的。所以,在產品設計的初期,就要認真考慮如何避免或減少應力的產生。
壓鑄生產的過程,也是讓材料經過不斷反復的受熱加溫和冷卻散熱的過程。如果受熱升溫與冷卻散熱后的溫差越大,則應力集中的地方就越早出現開裂和疲勞破斷。
上圖所示,材料的熱強度隨溫度的升高而降低,到了臨界值,更是急劇下降。
生產中,溫度升高主要來源于壓鑄液體的熱量及填充動能轉變成的熱能。所以,料液溫度過高和填充速度過快,都會引起型腔表面的熱強度降低。從而加快了材料的沖蝕、粘模、龜裂等讓模具失效的狀況出現。因此,在保證壓鑄產品質量的前提下,盡量采用相對低溫的料液和慢速填充,是延長模具壽命的有效方法。
優質鋼材是保證模具壽命的先決條件。合理的零件結構和澆注系統的設計,是保證模具壽命的必要條件。
結構設計應該考慮盡量避免或減少應力的產生。然后,通過熱處理的回火將其完全或最大限度的消除。澆注系統的設計應該通過對填充和排溢的控制,來降低生產時的阻力。用相對低溫的料液和慢速填充(詳細請關注《溫度與壓鑄工藝》)。
壓鑄生產時沖擊動能的降低,會減少熱量的產生,縮小模具表面升溫的幅度,改善了材料的工作環境,對保持材料的熱強度至關重要。所以,進料與排溢系統的設計(即澆注系統的設計)也是一項溫度控制的技術。而熱處理技術就更不用說了。由此說明,溫度控制對材料的應用(模具壽命)是多么的重要!