鋁合金壓鑄模損壞原因分析及改善應(yīng)對(duì)

蘭安

[摘 要]鋁合金壓鑄生產(chǎn)最大的用戶市場(chǎng)汽車工業(yè)。隨著人類更加關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和地球環(huán)境保護(hù)，對(duì)汽車工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)很明確、節(jié)材或采用新能源。汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)高速、安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保的最佳途徑。用鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30%～40%。汽車行業(yè)輕量化是趨勢(shì)。所以鋁合金零件必然會(huì)越來(lái)約多。這就必然用到鋁合金壓鑄模?，F(xiàn)在的汽車零件模具費(fèi)用小的十萬(wàn)左右，大的到幾百萬(wàn)，模具的損壞將帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失及時(shí)間的浪費(fèi)。為此契機(jī)分析壓鑄模損壞原因及改善應(yīng)對(duì)。

[關(guān)鍵詞]模具；內(nèi)應(yīng)力；模溫。

中圖分類號(hào)：S727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）16-0051-01

壓鑄模，壓力鑄造成型工藝中，用以成型鑄件所使用的模具。在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中模具會(huì)出現(xiàn)各種損壞情況，其常見的形式是模肉鑄點(diǎn)，裂紋。鋁合金壓鑄，一開合，模肉都要經(jīng)受高溫鋁液的高速?zèng)_刷，加熱，升溫，降溫，冷卻等溫差過(guò)程。所有這些過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。所以應(yīng)力是導(dǎo)致壓鑄模具損壞的主要原因。熱能，機(jī)械，化學(xué)，填充沖擊都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力包括：機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

這些應(yīng)力產(chǎn)生主要在以下倆個(gè)過(guò)程：模具的加工制造；壓鑄生產(chǎn)。

一.模具加工制造過(guò)程

1、模肉的原材料質(zhì)量問(wèn)題。原材料缺陷引起的鍛造裂紋，原材料不純，殘余縮孔、鋼中夾雜物會(huì)導(dǎo)致鍛件出現(xiàn)裂紋。加工模具過(guò)程中，有的肉眼可以明顯看到裂紋。如用此模具生產(chǎn)，生產(chǎn)不了多少貨就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋甚至出現(xiàn)崩缺。

應(yīng)對(duì)：原材料一定要選擇正規(guī)的廠家提供。后續(xù)模具加工過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)材料有裂痕，或其它可能影響到模具非正常損壞及過(guò)早失效，一定要要盡快聯(lián)系供應(yīng)商，盡快更換新材料，再安排模具制作，以此避免交期延誤。堅(jiān)決不允許新模的焊修。其它相關(guān)事宜，則由相關(guān)部門處理。至于怎么處理及后續(xù)改善，不在本論文討論之列。

2、加工模肉需要經(jīng)歷CNC上涉及，鉆，車、銑、鑼等各種加工時(shí)切削產(chǎn)生的切削應(yīng)力。

應(yīng)對(duì)：這種應(yīng)力可通過(guò)模肉的回火來(lái)去除。

3、模具EDM加工也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。模具表面會(huì)產(chǎn)生一層白亮層，并且又硬又脆。這一層本身會(huì)有裂紋，且有應(yīng)力。電火花加工時(shí)應(yīng)采用較高的頻率，使白亮層減到最小，必須進(jìn)行人工拋光省修的方法去除表面硬化層。

應(yīng)對(duì)：人工修省去除硬化層，再回火處理。

4，熱處理方法不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模肉開裂而過(guò)早失效。尤其是只采用調(diào)質(zhì)，不進(jìn)行淬火，再進(jìn)行表面氮化工藝，在壓鑄生產(chǎn)經(jīng)歷幾千模次后就會(huì)出現(xiàn)表面龜裂和開裂。鋼淬火時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，是冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力與相變時(shí)的組織應(yīng)力疊加的結(jié)果，淬火應(yīng)力是造成變形、開裂的原因，所以必須進(jìn)行回火來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。

應(yīng)對(duì)：規(guī)范熱處理工藝，通過(guò)熱處理可改變材料的金相組織，保證必要的強(qiáng)度、硬度、高溫下尺寸穩(wěn)定性、抗熱疲勞性能和材料切削性能。正確的熱處理工藝，才會(huì)得到最佳的模具性能，而鋼材的性能是受到淬火溫度和時(shí)間、冷卻速度和回火溫度控制。我司模具實(shí)際上使用真空淬火加三次回火，去除內(nèi)應(yīng)力，使得模肉表面硬度達(dá)到：HRC46～48（圖1）。

二.壓鑄生產(chǎn)過(guò)程

1、模溫

模具在生產(chǎn)前應(yīng)預(yù)熱到一定的溫度200～300攝氏度。通常使用燃?xì)饧訜崮＞?，或者有的設(shè)計(jì)使用模溫機(jī)加熱。如果不預(yù)先加熱，當(dāng)高溫金屬液充型時(shí)會(huì)產(chǎn)生激冷，導(dǎo)致模具內(nèi)外層溫度梯度增大，形成熱應(yīng)力，使模具表面龜裂，甚至開裂。

在生產(chǎn)過(guò)程中，模溫不斷升高，當(dāng)模溫過(guò)熱時(shí)，容易產(chǎn)生粘模，導(dǎo)致產(chǎn)品出不了模，從而拉傷模肉表面。

應(yīng)對(duì)：在模具設(shè)計(jì)中使用模擬軟件（如MAGMA）進(jìn)行模具模溫的分析，合理設(shè)計(jì)模具的運(yùn)水，使得模溫變化有序。模具鑄件設(shè)計(jì)壁厚盡可能地均勻，避免產(chǎn)生熱節(jié)，以減少模具局部熱量集中產(chǎn)生的熱疲勞，同時(shí)鑄件的轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡可能適當(dāng)?shù)脑黾訄A角，以避免模具上有尖角位導(dǎo)致應(yīng)力的集中產(chǎn)生。及合理的運(yùn)水設(shè)計(jì)，或者使用模溫機(jī)，使模具工作溫度保持在一定的范圍內(nèi)，使模具保持熱平衡。

2、填充模腔

鋁合金金屬液700攝氏度左右高溫，以高壓、高速填充，一定會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，因而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在沖擊過(guò)程中，合金液、雜質(zhì)、空氣還會(huì)與模具表面產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)作用，由此產(chǎn)生腐蝕和裂紋。當(dāng)合金液裹雜著氣體時(shí)，會(huì)在型腔中低壓區(qū)預(yù)先膨脹，當(dāng)氣體壓力升高到一定時(shí)候，將產(chǎn)生內(nèi)向爆破，從而拉扯出型腔表面的金屬質(zhì)點(diǎn)而造成損傷。

應(yīng)對(duì)：填充鋁液前，熔煉時(shí)去除鋁渣，及除氫處理。排除減少雜質(zhì)及氫等。另外進(jìn)行合理的模具設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡量減少對(duì)芯沖擊、沖蝕。在模擬軟件上，多做嘗試對(duì)比，確定最終的模具方案，再進(jìn)行模具的制作。

3、壓鑄生產(chǎn)

在每一個(gè)循環(huán)壓鑄件生產(chǎn)過(guò)程中，由于模肉與金屬液之間的熱交換，使模具表面產(chǎn)生周期性溫度變化，引起周期性的熱膨脹與收縮，從而導(dǎo)致周期性熱應(yīng)力集中。如澆注時(shí)模具表面因升溫受到壓應(yīng)力，而開模頂出鑄件后，模具表面因降溫受到拉應(yīng)力。當(dāng)這種交變應(yīng)力反復(fù)循環(huán)時(shí)，使模具內(nèi)部積累的應(yīng)力越來(lái)越大，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞極限時(shí)，模具表面將產(chǎn)生龜裂紋。

應(yīng)對(duì)：壓鑄生產(chǎn)進(jìn)行模具壽命統(tǒng)計(jì)，前期新模批板生產(chǎn)，剛開始生產(chǎn)5K啤，就需要安排模具下模保養(yǎng)，進(jìn)行回火處理，消除由于往復(fù)生產(chǎn)導(dǎo)致模具內(nèi)部應(yīng)力的集中。

4、壓鑄完后開模

由于壓鑄生產(chǎn)，一般屬于高溫，高壓生產(chǎn)，有些零件會(huì)發(fā)生變形，如頂針，抽芯等。這些也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。

應(yīng)對(duì)：模具中各元件應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度，以承受壓力而不變形。模具壁厚要足夠厚，才能減少變形。

結(jié)論

模具首先從原材料，模具鋼材開始就要開始保證質(zhì)量；模具合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要盡可能地滿足模具的流道特性，保持模具的熱平衡；模具的加工工藝編排，還有熱處理工藝等；還有后期的模具正常生產(chǎn)，一定要定期計(jì)劃保養(yǎng)，維修模具。這樣才能保證模具的正常使用壽命，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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