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壓鑄模具的失效形式與模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

文章出處：責(zé)任編輯：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2017-03-24 09:32:00【大中小】

北京吉和色母料核心提示：壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)三大要素之一，結(jié)構(gòu)正確合理的壓鑄模具是壓鑄零件生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的先決條件，并在保證鑄件質(zhì)量方面(下機(jī)合格率)起著重要的作用。由于壓鑄工藝的特點(diǎn)，正確選用各工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的決定因素，而模具又是能夠正確選擇和調(diào)整各工藝參數(shù)的前提，模具設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是對(duì)壓鑄生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種因素預(yù)計(jì)的綜合反映。

一、壓鑄零件生產(chǎn)與壓鑄模具關(guān)系

壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)三大要素之一，結(jié)構(gòu)正確合理的壓鑄模具是壓鑄零件生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的先決條件，并在保證鑄件質(zhì)量方面(下機(jī)合格率)起著重要的作用。由于壓鑄工藝的特點(diǎn)，正確選用各工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的決定因素，而模具又是能夠正確選擇和調(diào)整各工藝參數(shù)的前提，模具設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是對(duì)壓鑄生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種因素預(yù)計(jì)的綜合反映。如若模具設(shè)計(jì)合理，則在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題少，鑄件下機(jī)合格率高。反之，壓鑄模具設(shè)計(jì)不合理，諸如：壓鑄零件設(shè)計(jì)時(shí)動(dòng)定模的包裹力基本相同，而澆注系統(tǒng)大多在定模，且放在壓射后沖頭不能送料的壓鑄機(jī)上生產(chǎn)，無(wú)法正常生產(chǎn)，壓鑄零件一直粘在定模上。盡管定模型腔的光潔度打得很光，因型腔較深，仍出現(xiàn)粘在定模上的現(xiàn)象。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須全面分析鑄件的結(jié)構(gòu)，熟悉壓鑄機(jī)的操作過(guò)程，要了解壓鑄機(jī)及工藝參數(shù)得以調(diào)整的可能性，掌握在不同情況下的充填特性，并考慮壓鑄模具加工的方法、鉆眼和固定的形式后，才能設(shè)計(jì)出切合實(shí)際、滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的模具。剛開(kāi)始時(shí)已講過(guò)，金屬液的充型時(shí)間極短，金屬液的比壓和流速很高，這對(duì)壓鑄模具來(lái)說(shuō)工作條件極其惡劣，再加上激冷激熱的交變應(yīng)力的沖擊作用，都對(duì)壓鑄模具的使用壽命有很大影響。壓鑄模具的使用壽命通常是指通過(guò)精心的設(shè)計(jì)和制造，在正常使用的條件下，結(jié)合良好的維護(hù)保養(yǎng)下出現(xiàn)的自然損壞，在不能再修復(fù)而報(bào)廢前，所壓鑄的模數(shù)(包括壓鑄生產(chǎn)中的廢品數(shù))。

二、壓鑄模具的主要失效形式分析與技術(shù)設(shè)計(jì)

實(shí)際生產(chǎn)中，壓鑄模具的失效主要有三種形式：

1)熱疲勞龜裂損壞失效;

2)碎裂失效;

3)溶蝕失效。

致使壓鑄模具失效的因素很多，既有外因(例澆鑄溫度高低、模具是否經(jīng)預(yù)熱、水劑涂料噴涂量的多少、壓鑄機(jī)噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過(guò)高、內(nèi)澆口速度過(guò)快、冷卻水開(kāi)啟未與壓鑄生產(chǎn)同步、壓鑄件材料的種類(lèi)及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、涂料類(lèi)型等等)。也有內(nèi)因(例壓鑄模具本身材質(zhì)的冶金質(zhì)量、坯料的鍛制工藝、壓鑄模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、模具機(jī)(電加工)加工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、壓鑄模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等)。壓鑄模具若出現(xiàn)早期失效，則需找出是哪些內(nèi)因或外因，以便今后改進(jìn)。

1)壓鑄模具熱疲勞龜裂失效在壓鑄生產(chǎn)時(shí)，壓鑄模具反復(fù)受激冷激熱的作用，成型表面與其內(nèi)部產(chǎn)生變形，相互牽扯而出現(xiàn)反復(fù)循環(huán)的熱應(yīng)力，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)二損傷和喪失韌性，引發(fā)微裂紋的出現(xiàn)，并繼續(xù)擴(kuò)展，一旦裂紋擴(kuò)大，還有熔融的金屬液擠入，加上反復(fù)的機(jī)械應(yīng)力都使裂紋加速擴(kuò)展。為此，一方面壓鑄起始時(shí)模具必須充分預(yù)熱。另外，在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中壓鑄模具必須保持在一定的工作溫度范圍中，以免出現(xiàn)早期龜裂失效。同時(shí)，要確保壓鑄模具投產(chǎn)前和制造中的內(nèi)因不發(fā)生問(wèn)題。因?qū)嶋H生產(chǎn)中，多數(shù)的壓鑄模具失效是熱疲勞龜裂失效。

2)碎裂失效在壓射力的作用下，壓鑄模具會(huì)在薄弱處萌生裂紋，尤其是壓鑄模具成型面上的劃線(xiàn)痕跡或電加工痕跡未被打磨光，或是成型的清角處均會(huì)先出現(xiàn)細(xì)微裂紋，當(dāng)晶界存在脆性相或晶粒粗大時(shí)，即容易斷裂。而脆性斷裂時(shí)裂紋的擴(kuò)展很快，這對(duì)壓鑄模具的碎裂失效是很危險(xiǎn)的因素。為此，一方面凡模具面上的劃痕、電加工痕跡等必須打磨光，即使它在澆注系統(tǒng)部位，也必須打光。另外要求所使用的壓鑄模具材料的強(qiáng)度高、塑性好、沖擊韌性和斷裂韌性均好。

3)熔融失效前面已講過(guò)，常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金，也有純鋁壓鑄的，Zn、Al、Mg是較活潑的金屬元素，它們與壓鑄模具材料有較好的親和力，特別是Al易咬模。當(dāng)壓鑄模具硬度較高時(shí)，則抗蝕性較好，而成型表面若有軟點(diǎn)，則對(duì)抗蝕性不利。但在實(shí)際生產(chǎn)中，溶蝕僅是壓鑄模具的局部地方，例內(nèi)澆口直接沖刷的部位(型芯、型腔)易出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，以及硬度偏軟處易出現(xiàn)鋁合金的粘模。

壓鑄生產(chǎn)中壓鑄模具經(jīng)常存在的問(wèn)題注意點(diǎn)：

1、澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)

(1)對(duì)于冷室臥式壓鑄機(jī)上模具直澆道的要求：

①壓室內(nèi)徑尺寸應(yīng)根據(jù)所需的比壓與壓室充滿(mǎn)度來(lái)選定，同時(shí)，澆口套的內(nèi)徑偏差應(yīng)比壓室內(nèi)徑的偏差適當(dāng)放大幾絲，從而可避免因澆口套與壓室內(nèi)徑不同軸而造成沖頭卡死或磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，且澆口套的壁厚不能太薄。澆口套的長(zhǎng)度一般應(yīng)小于壓射沖頭的送出引程，以便涂料從壓室中脫出。

②壓室與澆口套的內(nèi)孔，在熱處理后應(yīng)精磨，再沿軸線(xiàn)方向進(jìn)行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。

③分流器與形成涂料的凹腔，其凹入深度等于橫澆道深度，其直徑配澆口套內(nèi)徑，沿脫模方向有5°斜度。當(dāng)采用涂導(dǎo)入式直澆道時(shí)，因縮短了壓室有效長(zhǎng)度的容積，可提高壓室的充滿(mǎn)度。

(2)對(duì)于壓鑄模具橫澆道的要求

①冷臥式模具橫澆道的入口處一般應(yīng)位于壓室上部?jī)?nèi)徑2/3以上部位，以免壓室中金屬液在重力作用下過(guò)早進(jìn)入橫澆道，提前開(kāi)始凝固。

②橫澆道的截面積從直澆道起至內(nèi)澆口應(yīng)逐漸減小，為出現(xiàn)截面擴(kuò)大，則金屬液流經(jīng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，易吸入分型面上的氣體，增加金屬液流動(dòng)中的渦流裹氣。一般出口處截面比進(jìn)口處小10-30%。

③橫澆道應(yīng)有一定的長(zhǎng)度和深度。保持一定長(zhǎng)度的目的是起穩(wěn)流和導(dǎo)向的作用。若深度不夠，則金屬液降溫快，深度過(guò)深，則因冷凝過(guò)慢，既影響生產(chǎn)率又增加回爐料用量。

④橫澆道的截面積應(yīng)大于內(nèi)澆口的截面積，以保證金屬液入型的速度。主橫澆道的截面積應(yīng)大于各分支橫澆道的截面積。

⑤橫澆道的底部?jī)蓚?cè)應(yīng)做成圓角，以免出現(xiàn)早期裂紋，二側(cè)面可做出5°左右的斜度。橫澆道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm

(3)內(nèi)澆口

①金屬液入型后不應(yīng)立即封閉分型面，溢流槽和排氣槽不宜正面沖擊型芯。金屬液入型后的流向盡可能沿鑄入的肋筋和散熱片，由厚壁處想薄壁處填充等。

②選擇內(nèi)澆口位置時(shí)，盡可能使金屬液流程短。采用多股內(nèi)澆口時(shí)，要防止入型后幾股金屬液匯合、相互沖擊，從而產(chǎn)生渦流包氣和氧化夾雜等缺陷。

③薄壁件的內(nèi)澆口厚件要適當(dāng)小些，以保證必要的填充速度，內(nèi)澆口的設(shè)置應(yīng)便于切除，且不使鑄件本體有缺損(吃肉)。

(4)溢流槽

①溢流槽要便于從鑄件上去除，并盡量不損傷鑄件本體。

②溢流槽上開(kāi)設(shè)排氣槽時(shí)，需注意溢流口的位置，避免過(guò)早阻塞排氣槽，使排氣槽不起作用。

③不應(yīng)在同一個(gè)溢流槽上開(kāi)設(shè)幾個(gè)溢流口或開(kāi)設(shè)一個(gè)很寬很厚的溢流口，以免金屬液中的冷液、渣、氣、涂料等從溢流槽中返回型腔，造成鑄件缺陷。

2、鑄造圓角(包括轉(zhuǎn)角)壓鑄件圖上往往注明未注圓角R2等要求，我們?cè)陂_(kāi)制壓鑄模具時(shí)切忌忽視這些未注明圓角的作用，決不可做成清角或過(guò)小的圓角。鑄造圓角可使金屬液填充順暢，使腔內(nèi)氣體順序排出，并可減少應(yīng)力集中，延長(zhǎng)壓鑄模具使用壽命。(壓鑄件也不易在該處出現(xiàn)裂紋或因填充不順而出現(xiàn)各種缺陷)。例標(biāo)準(zhǔn)油盤(pán)模上清角處較多，相對(duì)來(lái)說(shuō)，目前兄弟油盤(pán)模開(kāi)的好，重機(jī)油盤(pán)的也較多。

3、脫模斜度在脫模方向嚴(yán)禁有人為造成的側(cè)凹(往往是試模時(shí)鑄件粘在模內(nèi)，用不正確的方法處理時(shí)，例鉆、硬鑿等使局部凹入)。

4、表面粗糙度成型部位、澆注系統(tǒng)均應(yīng)按要求認(rèn)真打光，應(yīng)順著脫模方向打光。由于金屬液由壓室進(jìn)入澆注系統(tǒng)并填滿(mǎn)型腔的整個(gè)過(guò)程僅0.01-0.2秒的時(shí)間。為了減少金屬液流動(dòng)的阻力，盡可能使壓力損失少，都需要流過(guò)表面的光潔度高。同時(shí)，澆注系統(tǒng)部位的受熱和受沖蝕的條件較惡劣，光潔度越差則模具該處越易損傷。

5、壓鑄模具成型部位的硬度鋁合金：HRC46°左右銅：HRC38°左右加工時(shí)，模具應(yīng)盡量留有修復(fù)的余量，做尺寸的上限，避免焊接。

三、壓鑄模具裝配的技術(shù)要求

1、壓鑄模具分型面與模板平面平行度的要求;

2、導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模板垂直度的要求;

3、分型面上動(dòng)、定模鑲塊平面與動(dòng)定模套板高出0.1-0.05mm;

4、推板、復(fù)位桿與分型面平齊，一般推桿凹入0.1mm或根據(jù)用戶(hù)要求;

5、模具上所有活動(dòng)部位活動(dòng)可靠，無(wú)呆滯現(xiàn)象pin無(wú)串動(dòng);

6、滑塊定位可靠，型芯抽出時(shí)與鑄件保持距離，滑塊與塊合模后配合部位2/3以上;

7、澆道粗糙度光滑，無(wú)縫;

8、合模時(shí)鑲塊分型面局部間隙<0.05mm;

9、冷卻水道暢通，進(jìn)出口標(biāo)志;

10、成型表面粗糙度Rs=0.04，無(wú)微傷。

四、結(jié)束語(yǔ)

上述一些壓鑄模具在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的壓鑄模具失效形式，并對(duì)各種類(lèi)型壓鑄模具的失效形式進(jìn)行一定的技術(shù)分析，同時(shí)，也對(duì)壓鑄模具的技術(shù)設(shè)計(jì)的一些相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行一些論述，僅供參考。如果其他相關(guān)問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系北京吉和色母料有限公司技術(shù)部。

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