压铸模具的模具钢材选材及应用技巧

压铸模具的模具钢材选材及应用技巧
金属压铸是机械化程度和生产效率都很高的生产方法，是先进的少无切削工艺。压铸生产可以将熔化的金属液直接压铸成各种结构复杂、尺寸精确、表面光洁、组织致密以及用其他方法难以加工的零件，如薄壁、小孔、凸缘、花纹、齿轮、螺纹、字体以及镶衬组合等零件。近年，压铸成形巳广泛应用于汽车、拖拉机、仪器仪表、航海航空、电机制造、日用五金等行业。
压铸模具是在高的压应力(30~150MPa)下将400~1600ºC的熔融金属压铸成形。在成形过程中，模具周期性地与炽热的金属接触，反复经受加热和冷却作用，且受到高速喷入的金属液的冲刷和腐蚀。因此，压铸模具用钢要求有较高的热疲劳抗力、热导性及良好的耐磨性、耐蚀性、高温力学性能等。
压铸模材料的选用：目前常用的压铸模金属材料主要有：锌合金、铝或镁合金、铜合金和钢铁等四大类，它们的熔点、压铸温度、模具工作温度和硬度要求都各不相同。由于压铸金属的压铸温度越高，压铸模的磨损和损坏越快因此在选用压铸模材料时首先要根据被压金属的种类及压铸温度的高低来确定；其次还要考虑生产批量大小和压铸件的形状、重量及精度要求等。
⒈锌合金压铸模：锌合金的熔点为400~430ºC，锌合金压铸模型腔的表层温度不会超过400ºC。由于工作温度低，也可以采用合金结构钢40Cr、30CrMnSi、40CrMo淬火后中温(400~430ºC)回火处理，模具寿命可达20~30万次；甚至可以采用低碳钢经中温氮碳共渗、淬火、低温回火处理，使用效果也很好。其它常用模具钢有5CrMnMo、 5CrNiMo、4Cr5MoSiV、 3Cr2W8V、CrWMn等。
⒉铝合金压铸模：铝合金压铸模的服役条件较为苛刻，铝合金溶液的温度通常在650~700ºC左右，以40~180m/s的速度压入模具型腔，在20~120MPa压力下保压5~20s，每次压射间隔大约为20~75s。模具型腔表面受到高温高速铝液的反复冲刷，因此会产生较大的应力。铝合金压铸模的寿命取决于两个因素，即是否发生粘模和型腔表面是否因热疲劳而出现龟裂。
铝合金压铸模常用钢为：4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5MoSiV(H11)、3Cr2W8V及新钢种4Cr5Mo2MnVSi (Y10)和3Cr3Mo3VNb(HM-3)等。
实例：起重电动机铝合金壳体的挤压铸造。PK系列3P/13型电动机壳体，壳体内部镶有硅钢片，它是经预叠压后放人模具再挤压铸造成形的。由于合金收缩包紧硅钢片使之成为一整体，所以电动机工作温度小，散热条件好，起重扭矩大，是一种节能型电动机。根据零件的形状持点，模具设计采用斜销抽芯四开模。模具工作前，用红外线板将模具的成形零件表面预热到100~120ºC，将熔炼好的铝合金液浇注到由定模块和压头组成的压铸室中。模块材料采用4Cr5MoSiV1(H13)、模体材料采用45钢。
⒊铜合金压铸模：高熔点金属的压铸模工作条件极为苛刻。铜液温度通常高达870~940ºC，以0.3~4.5m/s的速度压入铜合金压铸模型腔，压力约为20~120MPa,保压时间仅为4~6s，每次压射的间隔大约为15~35s。
由于铜液温度较高，且热导性极好，工件传递给模具的热量多且快，常使模具型腔在极短时间即可升到较高温度，然后又很快降温，产生很大的热应力。这种热应力的反复作用，促使模具型腔表而产生冷热疲劳裂纹，并会造成模具型腔的早期开裂。因此，铜合金压铸模的寿命远比铝合金及锌合金压铸模的寿命低。因而要求铜合金压铸模具材料具有高的热强性、热导性、韧性、塑性，高的抗氧化性、耐金属侵蚀性及良好的加工工艺性能。
国内仍大量采用3Cr2W8V钢制造铜合金的压铸模具，也有的用铬钼系热作模具钢。近年来，我国研制成功的新型热作模具钢Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)。其抗热疲劳性能明显优于3Cr2W8V钢；3Cr3Mo3V钢模具的使用寿命也比3Cr2W8V钢模具高。铜合金压铸模可进行离子氮化表面处理，Y4钢氮化后，表面硬度可达990HV，能避免铜合金的粘模现象。
⒋黑色金属压铸模：钢的熔点为1450~1540ºC，使钢铁材料压铸模的工作温度高达l000ºC，致使模具型腔表面受到严重的氧化、腐蚀及冲刷，模具寿命很低。模具一般只压铸几十件或几百件即产生严重的塑性变形和网状裂纹而失效。钢铁材料的压铸模常用的材料仍为3Cr2W8V钢，但因该钢的热疲劳抗力差，因此使用寿命很低。目前国内外均趋向于使用高熔点的钼基合金及钨基合金制造铜合金及黑色金属压铸模，其中TZM及Anviloy1150两种合金受到普遍重视。采用热导性好的合金，如铜合金制造黑色金属压铸模，也收到了满意的效果。
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