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壓鑄模具的失效形式與模具設(shè)計要點

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)能否順利進行的先決條件，并在保證鑄件質(zhì)量方面(下機合格率)起著重要的作用。由于壓鑄工藝的特點，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)計實質(zhì)上就是對壓鑄生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種因素預(yù)計的綜合反映。如若模具設(shè)計合理，則在實際生產(chǎn)中遇到的問題少，鑄件下機合格率高。反之，壓鑄模具設(shè)計不合理，諸如：壓鑄零件設(shè)計時動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上生產(chǎn)，無法正常生產(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)計時，必須全面分析鑄件的結(jié)構(gòu)，熟悉壓鑄機的操作過程，要了解壓鑄機及工藝參數(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)計出切合實際、滿足生產(chǎn)要求的模具。剛開始時已講過，金屬液的充型時間極短，金屬液的比壓和流速很高，這對壓鑄模具來說工作條件極其惡劣，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精心的設(shè)計和制造，在正常使用的條件下，結(jié)合良好的維護保養(yǎng)下出現(xiàn)的自然損壞，在不能再修復(fù)而報廢前，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
實際生產(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、壓鑄機噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過高、內(nèi)澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生產(chǎn)同步、壓鑄件材料的種類及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、涂料類型等等)。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)計的合理性、澆注系統(tǒng)設(shè)計的合理性、模具機(電加工)加工時產(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。
1)壓鑄模具熱疲勞龜裂失效在壓鑄生產(chǎn)時，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)擴展，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反復(fù)的機械應(yīng)力都使裂紋加速擴展。為此，一方面壓鑄起始時模具必須充分預(yù)熱。另外，在壓鑄生產(chǎn)過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，要確保壓鑄模具投產(chǎn)前和制造中的內(nèi)因不發(fā)生問題。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，壓鑄模具會在最薄弱處萌生裂紋，尤其是壓鑄模具成型面上的劃線痕跡或電加工痕跡未被打磨光，或是成型的清角處均會最先出現(xiàn)細微裂紋，當晶界存在脆性相或晶粒粗大時，即容易斷裂。而脆性斷裂時裂紋的擴展很快，這對壓鑄模具的碎裂失效是很危險的因素。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，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。當壓鑄模具硬度較高時，則抗蝕性較好，而成型表面若有軟點，則對抗蝕性不利。但在實際生產(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)常存在的問題注意點：
1、澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)
(1)對于冷室臥式壓鑄機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度來選定，同時，澆口套的內(nèi)徑偏差應(yīng)比壓室內(nèi)徑的偏差適當放大幾絲，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重的問題，且澆口套的壁厚不能太薄。澆口套的長度一般應(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，再沿軸線方向進行研磨，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。當采用涂導(dǎo)入式直澆道時，因縮短了壓室有效長度的容積，可提高壓室的充滿度。
(2)對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)位于壓室上部內(nèi)徑2/3以上部位，以免壓室中金屬液在重力作用下過早進入橫澆道，提前開始凝固。
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)截面擴大，則金屬液流經(jīng)時會出現(xiàn)負壓，易吸入分型面上的氣體，增加金屬液流動中的渦流裹氣。一般出口處截面比進口處小10-30%。
③橫澆道應(yīng)有一定的長度和深度。保持一定長度的目的是起穩(wěn)流和導(dǎo)向的作用。若深度不夠，則金屬液降溫快，深度過深，則因冷凝過慢，既影響生產(chǎn)率又增加回爐料用量。模具達人微信：mujudaren
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橫澆道的底部兩側(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，盡可能使金屬液流程最短。采用多股內(nèi)澆口時，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溢流槽上開設(shè)排氣槽時，需注意溢流口的位置，避免過早阻塞排氣槽，使排氣槽不起作用。
③不應(yīng)在同一個溢流槽上開設(shè)幾個溢流口或開設(shè)一個很寬很厚的溢流口，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，我們在開制壓鑄模具時切忌忽視這些未注明圓角的作用，決不可做成清角或過小的圓角。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)。例標準油盤模上清角處較多，相對來說，目前兄弟油盤模開的最好，重機油盤的也較多。
3、脫模斜度在脫模方向嚴禁有人為造成的側(cè)凹(往往是試模時鑄件粘在模內(nèi)，用不正確的方法處理時，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)按要求認真打光，應(yīng)順著脫模方向打光。由于金屬液由壓室進入澆注系統(tǒng)并填滿型腔的整個過程僅0.01-0.2秒的時間。為了減少金屬液流動的阻力，盡可能使壓力損失少，都需要流過表面的光潔度高。同時，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，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、定模鑲塊平面與動定模套板高出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)用戶要求;
5、模具上所有活動部位活動可靠，無呆滯現(xiàn)象pin無串動;
6、滑塊定位可靠，型芯抽出時與鑄件保持距離，滑塊與塊合模后配合部位2/3以上;
7、澆道粗糙度光滑，無縫;
8、合模時鑲塊分型面局部間隙<0.05mm;
9、冷卻水道暢通，進出口標志;
10、成型表面粗糙度Rs=0.04，無微傷。
四、結(jié)束語
上述一些壓鑄模具在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的壓鑄模具失效形式，并對各種類型壓鑄模具的失效形式進行一定的技術(shù)分析，同時，也對壓鑄模具的技術(shù)設(shè)計的一些相關(guān)問題進行一些論述，僅供參考。
文章鏈接：中塑在線 http://info.21cp.com/industry/News/201703/1258710.htm

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