浅谈金属铸球模具使用寿命变短的原因

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摘要：本文介绍了一种金属铸球模具在使用过程损坏的原因，从崩裂、内腔龟裂，翘曲变形、热熔烧伤等四个方面，对其损坏成因分析探讨，并提出了相应的整改措施，从而达到延长模具使用寿命的目的。

关键词：模具寿命；磨球；热熔

Abstract: This paper introduces a kind of metal casting mold in the use process of damage from the periphery crack, crack, cavity, four aspects of warpage, thermal burn, analysis and Discussion on the cause of the damage, and put forward some corresponding improving measures, so as to prolong the service life of the die to.

Keywords: die life; grinding ball; hot melt

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

铸造生产矿山水泥等行业使用的磨球，主要有木模砂型和金属型两种工艺方法。前者铸球工艺较为传统，有较长的发展史，多为手工操作。由于模具的限制，这种工艺生产的磨球，披缝、错箱等质量缺陷多，产品合格率低，因此该工艺已被淘汰。而金属型铸球法铸出的磨球，内部组织致密均匀，表面硬度高，磨球表面光滑，外形美观，质量稳定，出球成品率高，生产效率高。因此，该工艺已成为铸球的主流。金属型铸球无论是用机械自动的，还是手动的方式，金属模具的使用率都很高，因此损坏率加大，寿命降低。为此， 有必要对模具损坏的原因加以探讨，并提出改进措施，延长模具的寿命。

模具的寿命是指其在报废前所生产的铸件数量，数量越大，寿命越长；数量越小，寿命越短。这是因为模具在铁液的长期反复作用下，磨损或者材料组织结构变化而引起的变形，致使模具报废。为了延长模具寿命，从根本上研究其损害的类型及原因，十分必要。

一、金属铸球模具损害的类型及原因

本人生产铸球多年，经历了从木模砂型到金属型工艺改造的全过程，仔细观察了铸球模具损害的情况，总结出以下几种情形，均影响模具的寿命。

1、模具崩裂的原因：

（1）在每个生产周期初次浇注时，由于模具温度为室温，铁液温度却已达到1000多度，温差很大，这时，模具表面受铁液冲击，几秒钟内，温度迅速升高，而外表四周仍处于低温。这样，模具内外不能同时膨胀，形成了热应力。当热应力大于模具本身材料的抗拉强度时，就会在铸型模具的最薄处，产生裂纹。一般位置在铸球型腔处。当模具再次受到热冲击时，裂纹会慢慢扩大，直到裂穿。

（2）金属型铸球模具设计的结构不合理。型腔壁太薄，金属型的整体强度，刚性不足。

（3）金属铸球模具坯体的铸造缺陷。如：夹渣、气孔、砂眼等。这些缺陷在机械加工时，可能不在加工面，但确实影响了坯体的强度。

（4）模具材料的不合理，金相组织不符合要求。

（5）坯体材料的热处理不规范，铸体本身的内部应力未消除。

在以上一种或几种因素的综合作用下引起的外裂和崩缝，到一定程度时，上下箱已不能定位，模具直接报废。

2、模具内表面龟裂产生的原因：模具在使用一段时间后，球腔表面会出现不止一道的裂纹。这是因为浇入球腔中铁液的热量，要通过型壁释放到大气中。在一个浇注周期内，型壁会受到加热或冷却的交替作用。虽然此时温差已变小，但是仍有300到400度的变化。当金属液浇入球腔时，球腔表面温度急剧升高，必定大于球腔外层温度。球腔表面的膨胀和外层的膨胀，肯定不同步，这时会产生热应力。又由于模具是一个刚性整体，表面的膨胀受到外层的限制，使表面受到压应力的作用，而外层受到拉应力的作用。在铸球凝固的过程中，由于热量不断的传入，型壁外层的温度也逐渐升高热应力及表面的压应力和外层的拉应力，都得到了减少。当铸球出型后，球腔表面向大气散热更快，表面温度会低于外层温度。这时，表面的收缩量，会大于外层的收缩量，表层又会受到拉应力的作用。这样，球腔表面在高温和压应力的作用下，会产生塑性变形。在此情况下，长期承受交变热应力的作用，会引起球腔表面的疲劳破坏，而产生龟裂。随着使用时间越长，裂缝逐渐变大，直到报废。这种疲劳性损害不可避免，只能认真加以应对。

3、铸球模具的翘曲变形和磨损的原因：首先，铸球模具的翘曲变形和磨损与坯体的使用材料有很大关系。如使用铸钢材料，由于其热塑性大。而且又不耐磨损，因此这种材质的模具，使用不了几次就因铸球失圆、披缝大而报废。其次，铸球模具结构不合理，壁厚变化太大，引起模具的强度不足而变形。再次，模具在使用时的野蛮操作，或者没有放在平整的地面上，或者上下球模合箱不严，都会引起变形。

4、模具的热熔性烧伤：烧伤是指铸件在浇注时，由于铁液的长时间接触冲刷，热量过多集中在局部位置，使这部分熔化，造成铸件和铸球模具熔合在一起，而引起的模具损害现象。由此可见，一是烧伤与模具材料的材质有关，二是与铁液的浇注温度有关。高温浇注时，对模具的损伤特别大，而且高温浇注的产品，结晶粗大，质量也差。三是与涂料的喷涂质量有关。利用涂料的高耐火度，良好的化学稳定性和适度的烧结性，可以有效地避免铁液与型腔的高温接触，防止热熔烧伤。

二、延长铸球模具寿命的措施

根据以上金属铸球模具类型及产生原因的分析，提出延长使用寿命的措施如下：

1、以上无论哪种损害类型都与模具材料的材质有关。本着耐热、有一定强度和硬度、同时满足韧性的原则，我们淘汰了铸钢、灰铸铁，最终选定了球墨铸铁，作为铸球模具的坯体材料。

2、正确设计模具的金属结构，保证必要的结构强度和刚度。不能为了降低模具成本减轻重量，影响模具厚度。

3、减少铸球模具的内外温差。为此，第一炉浇注前几分钟，用乙炔熏烤球腔，这样既减小了温差，又有了涂料（碳黑）。在第二炉或者三炉以后，在球腔表面喷涂水溶性雾状耐火涂料，这样既给模具降温，也达到刷涂料的目的。同时用风冷方式给模具降温，使出型后的模具，降温快而均匀，防止模具烧伤，降低热塑变形。

4、要求低温浇注。根据铸球的型号和模具的型腔数量，确定浇注的速度与温度，满足铁液的流动性即可。

通过以上分析，得到整改措施，使我厂的金属铸球模具的使用寿命大大提高，保证了产品的质量，提高了成品率，节约了成本，为企业带来了更好的效益。