壓鑄模具設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
時(shí)間:2024-04-26 10:25來(lái)源:德松官網(wǎng) 作者:德松公司
模具熱疲勞龜裂失效壓鑄生產(chǎn)時(shí)，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)。
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壓鑄模是壓鑄生產(chǎn)三大要素之一，結(jié)構(gòu)正確合理的模具是壓鑄生產(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，模具設(shè)計(jì)不合理，例一鑄件設(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灌南壓鑄機(jī)上生產(chǎn)，無(wú)法正常生產(chǎn)，鑄件一直粘在定模上。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)模具的使用壽命有很大影響。 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)）。
實(shí)際生產(chǎn)中，模具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、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（例模具本身材質(zhì)的冶金質(zhì)量、坯料的鍛制工藝、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、模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等）。 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模具熱疲勞龜裂失效 壓鑄生產(chǎn)時(shí)，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，模具會(huì)在最薄弱處萌生裂紋，尤其是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(huì)最先出現(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)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，它們與壓鑄模具鋼有較好的親和力，特別是Al易咬模。當(dāng)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)中常遇模具存在的問(wèn)題注意點(diǎn)：
一、 澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)
2、對(duì)于冷室臥式壓鑄機(jī)上模具直澆道的要求：
a.壓室內(nèi)徑尺寸應(yīng)根據(jù)所需的比壓與壓室充滿度來(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。
b. 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(jìn)行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。
c.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，可提高壓室的充滿度。
2、對(duì)于模具橫澆道的要求
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最短。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。
⑤鑄造圓角（包括轉(zhuǎn)角） 鑄件圖上往往注明未注圓角R2等要求，我們?cè)陂_(kāi)制模具時(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)模具使用壽命。（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)的最好，重機(jī)油盤(pán)的也較多。
⑥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）。
⑦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、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。
壓鑄模具組裝的技術(shù)要求：
①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。
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