提高鋁合金壓鑄模使用壽命的具體路徑

費(fèi)彬 羅海亮 孫鍵

摘 要：現(xiàn)代制造工業(yè)，產(chǎn)品越來(lái)越體現(xiàn)出輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，采用鋁合金壓鑄模不僅能夠極大降低制造成本，而且加工工藝流程得以簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)制造效率。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家用鋁合金鑄件代替鋼鐵鑄件正在成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。但是鋁材質(zhì)本身特性決定了鋁合金壓鑄模在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生磨損、形變等多種缺陷，如何提高鋁合金壓鑄模的使用壽命一直是人們研究的重要課題。本文簡(jiǎn)要分析鋁合金壓鑄的特性，并以此為基礎(chǔ)探討提高其使用壽命的具體路徑。

關(guān)鍵詞：鋁合金；壓鑄模具；使用壽命；提高；分析

概述

鋁合金壓鑄工藝自誕生之日起，就以其成型精密度高、表面質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)迅速得以推廣應(yīng)用。雖然在后期應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了很多不同的模具型腔成型技術(shù)，但其基本方法和過(guò)程沒有發(fā)生改變。首先，形成高溫環(huán)境，把高溫下熔融的鋁合金金屬液在一定的壓力和速度的條件下注入模具型腔內(nèi)，然后冷卻成形。通常情況下，壓鑄工藝會(huì)出現(xiàn)難以避免的大大小小缺陷，這些缺陷嚴(yán)重影響著鑄件模具的使用壽命。隨著技術(shù)水平和產(chǎn)品開發(fā)能力的提高，鋁合金壓鑄產(chǎn)品的種類和應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)寬，其合金種類、壓鑄設(shè)備、壓鑄模具和壓鑄工藝都發(fā)生了巨大的變化。

1，鋁合金壓鑄模工藝方法

長(zhǎng)期以來(lái)，人們?yōu)榱送貙拤鸿T件的應(yīng)用范圍，提高壓鑄件的力學(xué)性能，研究了一些新的壓鑄方法，如層流充填法（超低速壓鑄法）、充氧壓鑄法以及真空壓鑄法等。上述方法的主要目的都在于減少金屬液充填過(guò)程中的卷氣現(xiàn)象，從而提高鑄件的力學(xué)性能。由于層流充填法存在生產(chǎn)效率低，充氧壓鑄法存在操作工序復(fù)雜、工藝參數(shù)不易控制等缺點(diǎn)，所以實(shí)際生產(chǎn)中這兩種方法應(yīng)用的并不多。而真空壓鑄法則是將型腔中的氣體抽出，金屬液在真空狀態(tài)下充填型腔，因而卷入的氣體少，鑄件的力學(xué)性能得到提高。并且真空壓鑄和普通壓鑄方法一樣，操作方便，不降低生產(chǎn)效率。所以真空壓鑄法自出現(xiàn)以來(lái)，表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

高速壓射時(shí)模具型腔中的氣體不能被有效排除，留存在鑄件內(nèi)部，形成氣孔缺陷，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能變差。為了解決這個(gè)問(wèn)題人 們采用抽真空的方法，即壓鑄時(shí)抽出型腔中的氣體，形成一定的真空或負(fù)壓狀態(tài)，從而減少了鑄件內(nèi)部的氣孔缺陷。

2，鋁合金壓鑄模損壞原因分析

壓鑄鋁合金按性能可分為中低強(qiáng)度（如中國(guó)的Y102）和高強(qiáng)度（如中國(guó)的Y112）兩種。目前工業(yè)上應(yīng)用的壓鑄鋁合金主要有以下幾大系列：Al—51、Al—Mg、Al—Si—Cu、Al—Si—Mg、AI-Si—Cu—Mg、Al—Zn等。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用的主要壓鑄鋁合金系列。在鋁合金壓鑄生產(chǎn)中，模具破碎是最常見的方法是裂紋、裂紋。壓力是導(dǎo)致模具破損的首要原因。

在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，模具的溫度是非常重要的參數(shù)指標(biāo)，必須在分模前把模具預(yù)熱到足夠高的溫度。否則，當(dāng)高溫金屬溶液被填充時(shí)，會(huì)突然冷卻，由此會(huì)進(jìn)一步增加模具前、后層的溫度梯度，構(gòu)成熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力的作用下模具表面極易產(chǎn)生破損或開裂。

另外，應(yīng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中模具的溫度，盡可能使其保持在一定區(qū)間范圍內(nèi)的穩(wěn)定，模具溫度有時(shí)會(huì)升高，當(dāng)模具溫度過(guò)熱時(shí)，模具容易粘附，會(huì)損壞型運(yùn)動(dòng)部件的外觀下降。鑒于這一方面的考慮，目前多數(shù)的廠家在模具系統(tǒng)上增加了冷卻溫度控制系統(tǒng)，其目的便是保持模具的工作溫度在不可避免的極限之內(nèi)。

對(duì)于合金灌裝型模具，金屬溶液是高壓的時(shí)候，是高速填充的，因?yàn)閲?yán)重的沖擊模具內(nèi)壁，在高壓的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力同時(shí)作用下，金屬液體、雜質(zhì)和氣體會(huì)產(chǎn)生模具外觀和內(nèi)部復(fù)雜的化學(xué)效應(yīng)，從而加速對(duì)模具的侵蝕，導(dǎo)致裂紋的發(fā)生。當(dāng)氣體包裹在金屬溶液中時(shí)，它以前在空腔的低壓部分膨脹，氣體的壓力很高，發(fā)生向內(nèi)吹，可以通過(guò)撕裂空腔的金屬表面的質(zhì)量點(diǎn)來(lái)劃傷，在空泡中出現(xiàn)裂紋。對(duì)于型開式模具在核心沖孔和模具開孔過(guò)程中，一些部件變形，出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致模具失效。

3，提高鋁合金模具的使用壽命方法

（1）減少性的熱應(yīng)力發(fā)生。

澆注過(guò)程中模具的外表面在溫度升高時(shí)受到壓縮應(yīng)力的影響，在結(jié)晶器開口中擠壓鑄件時(shí)，模具的外表面在冷卻過(guò)程中受到拉伸應(yīng)力的影響如，這種交變應(yīng)力重復(fù)了輪回，模具內(nèi)積累的應(yīng)力會(huì)越來(lái)越大，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料極限時(shí)，模具表面就會(huì)出現(xiàn)裂紋。提高鋁合金模具的使用壽命要在鋁合金壓鑄的生產(chǎn)過(guò)程中，減少模具與金屬溶液之間的換熱，或者減少此種熱換作用產(chǎn)生的影響，使模具的外觀不會(huì)隨著周期性的溫度變化而產(chǎn)生周期性的熱膨脹和縮短。

（2）提高模具冷卻效率

鋁合金模具的材料一般由特殊模具通過(guò)各種加工制成。在使用模具的狀態(tài)下，模具溫度過(guò)高往往會(huì)在巖心表面出現(xiàn)早期裂紋。由于模具在制造過(guò)程中溫度過(guò)高，核心的顏色發(fā)生了變化，模具在測(cè)量后達(dá)到了400度。這樣的溫度在遇到冷的模切劑的狀態(tài)下也容易開裂，而制造的產(chǎn)品很容易變形，而且處于容易拉傷的狀態(tài)。如果正確使用高效的模具冷卻系統(tǒng)，模具不僅使用壽命更長(zhǎng)，而且還將提高生產(chǎn)率。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們總是忽視其重要性，有些公司以節(jié)省成本時(shí)不使用冷卻水，也不使用其他任何冷卻方法。因此對(duì)定制的模具造成了嚴(yán)重?fù)p害。

當(dāng)使用模具冷卻水時(shí)，一方面，能夠大大減少對(duì)拆卸劑的使用，從而使操作員不使用拆卸劑降低模具的溫度。另一方面，能夠通過(guò)有效延長(zhǎng)模具壽命、節(jié)省壓鑄周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少模具類型和鋁劃痕的情況，在一定程度上也會(huì)減少由于模具溫度過(guò)熱而造成的噴射器引腳和芯的損失。

（3）做好模具的預(yù)熱控制

根據(jù)鋁合金模具加工工藝流程，鋁合金模具必須在制造之初進(jìn)行預(yù)熱，這一步驟可防止在冷模中遇到突然的熱金屬液體，使海龜開裂，復(fù)雜的模具可用于燃燒器、液化氣、條件良好的模塊化設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱處理。模具與金屬液的熱交換達(dá)到理想的熱平衡，即模具在吸收熱量和排放熱量相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)熱平衡，工藝選定后其模具溫度達(dá)到鑄件工作溫度的范圍，對(duì)容易形成熱節(jié)的地方進(jìn)行定點(diǎn)冷卻以促進(jìn)熱平衡的形成。

預(yù)熱的溫度不僅決定鑄件質(zhì)量，而且還嚴(yán)重影響模具使用壽命和生產(chǎn)效率。因此要保證參數(shù)可控，盡量采用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)。壓鑄模具預(yù)熱溫度的控制是一個(gè)多種方式的結(jié)合，不能認(rèn)為只采用一種溫度控制方式就能控制好模具溫度，要針對(duì)壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中以及壓鑄模具的不同情況，采用不同的溫度控制方法。預(yù)熱處理的溫度要滿足模具內(nèi)溫度場(chǎng)在工藝要求范圍內(nèi)，這樣才能獲得外觀和內(nèi)部質(zhì)量合格的鑄件，反之溫度過(guò)高就會(huì)形成拉傷、氣泡等缺陷，延長(zhǎng)了冷卻時(shí)間，無(wú)法滿足對(duì)生產(chǎn)效率的要求；溫度過(guò)低則會(huì)產(chǎn)生冷隔、澆不足、氣孔等缺陷，導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

4，總結(jié)

壓鑄模具長(zhǎng)期在高溫、高壓環(huán)境下生產(chǎn)，如果再加上模具溫度場(chǎng)不穩(wěn)定，長(zhǎng)期周期性熱膨脹和收縮，模具更容易失效，大大縮短了使用壽命，也降低了生產(chǎn)效率。鋁合金壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是核心工藝要素之一，提高模具使用壽命關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)模具熱平衡，使模具內(nèi)建立起穩(wěn)定的溫度場(chǎng)分布，相信隨著壓鑄技術(shù)的發(fā)展，新的控制方式肯定能進(jìn)一步提升模具溫度控制的水平，解決好鋁合金模具在生產(chǎn)過(guò)程中的壽命問(wèn)題。

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（作者單位：湖州安達(dá)汽車配件有限公司）