聶俏

摘要：隨著工業(yè)化程度的不斷推進(jìn)，壓鑄零件在各個(gè)行業(yè)得到了普遍應(yīng)用，本文結(jié)合鋁合金壓鑄工藝的流程，對(duì)壓鑄模具失效因素進(jìn)行了分析，并從壓鑄模具材料的選擇、優(yōu)化鑄件與壓鑄模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化加工工藝、熱處理工藝、壓鑄模具的表面強(qiáng)化處理、規(guī)范操作規(guī)程等幾方面著手，對(duì)壓鑄模具的優(yōu)化措施進(jìn)行了具體分析，希望能夠達(dá)到延長(zhǎng)壓鑄模具使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：鋁合金;壓鑄工藝;壓鑄模具;優(yōu)化

1? 壓鑄工藝概述

1.1 壓鑄工藝原理

壓鑄工藝是指利用高壓作用，將金屬液迅速填充到壓鑄模具型腔中，金屬液冷卻凝固后形成鑄件的工藝方法。壓鑄工藝主要有冷室壓鑄和熱室壓鑄兩種基本方法。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，壓鑄工藝常用于生產(chǎn)各種金屬零件，使用壓鑄工藝在生產(chǎn)過(guò)程中很少或根本不需要進(jìn)行金屬切削，生產(chǎn)效率高，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 鋁合金壓鑄生產(chǎn)工藝流程

鋁合金壓鑄生產(chǎn)工藝流程包括壓鑄機(jī)調(diào)試、壓鑄模安裝、模具預(yù)熱、涂料、合模、澆注壓射、保壓、開(kāi)模、粗磨、精磨等步驟（見(jiàn)圖1）。

1.3 壓鑄工藝特點(diǎn)

壓鑄工藝將溫度、壓力、時(shí)間、速度等工藝因素加以綜合運(yùn)用，壓鑄速度快、效率高，在零件生產(chǎn)行業(yè)具有明顯優(yōu)勢(shì)：

①壓鑄工藝可以生產(chǎn)復(fù)雜金屬零件;熔融金屬在高壓作用下，可以保持較高的流動(dòng)性，因此在形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件生產(chǎn)中，壓鑄工藝較其他工藝方法應(yīng)用更為普遍。

②壓鑄件的精度高、質(zhì)量好;一般壓鑄件尺寸精度在IT9-IT13級(jí)，壓鑄件表面粗糙度在Ra0.8-3.2um，零件的組織致密，強(qiáng)度和硬度都比較高，互換性極好。

③壓鑄工藝中材料利用率高;由于壓鑄件的精度高，生產(chǎn)過(guò)程中只需要少量機(jī)械加工就可以進(jìn)行裝配使用，因此材料利用率通常在六到八成，毛坯利用率甚至能達(dá)到九成以上。

④壓鑄工藝生產(chǎn)效率高;金屬液充型速度快、時(shí)間短、凝固快，熱壓室壓鑄機(jī)每小時(shí)壓鑄在四百到一千次，冷壓室壓鑄機(jī)每小時(shí)壓鑄在八十到一百次，與其他生產(chǎn)工藝相比，壓鑄工藝生產(chǎn)效率高，更適合大批量生產(chǎn)。

⑤易于滿足零件局部特殊性能需求;在壓鑄模具上設(shè)置定位機(jī)構(gòu)，可以嵌鑄鑲嵌件，可以更好的滿足零件局部的特殊需求。

任何工藝方法都無(wú)法做到盡善盡美，壓鑄工藝也不外如是：

①氣孔和縮松;金屬液快速填充到型腔并快速冷卻，這個(gè)過(guò)程時(shí)間極短，型腔中的氣體如果不能迅速排出，壓鑄件中就會(huì)有氣孔或者氧化夾雜物存在，影響壓鑄件質(zhì)量。

②成本較高，不適合小批量生產(chǎn);壓鑄生產(chǎn)中壓鑄機(jī)、壓鑄模、金屬液，三要素缺一不可，其中壓鑄機(jī)、壓鑄模費(fèi)用較高，不適合進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

③壓鑄合金種類有限、壓鑄件尺寸受限;受壓鑄模具使用溫度的限制，目前可以用來(lái)進(jìn)行壓鑄作業(yè)的合金主要有鋁合金、鋅合金、銅合金和鎂合金。另外，受壓鑄機(jī)和壓鑄模尺寸限制，無(wú)法進(jìn)行大型零件的壓鑄。

④模具的使用壽命較短;受技術(shù)條件限制，壓鑄模具使用過(guò)程中裂紋、脆斷、腐蝕時(shí)有發(fā)生，大大縮短了模具的使用壽命。

2? 壓鑄模具失效因素分析

壓鑄模的失效形式主要有：開(kāi)裂、龜裂、劈裂、磨損、沖蝕等。導(dǎo)致這些現(xiàn)象產(chǎn)生的因素主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 模具制造材料的自身缺陷? 壓鑄模具的材料質(zhì)量對(duì)壓鑄模具壽命的長(zhǎng)短有很大影響，模具材料中的夾雜物是模具裂紋產(chǎn)生的核心，當(dāng)夾雜物的尺寸超過(guò)臨界尺寸后，壓鑄模具的疲勞強(qiáng)度隨夾雜物顆粒尺寸的加大而降低，疲勞強(qiáng)度的下降幅度與夾雜物顆粒尺寸的立方成正比關(guān)系。在壓鑄過(guò)程中，壓鑄模具在急冷急熱中交替，極易產(chǎn)生裂紋、脆斷等現(xiàn)象，因此，在模具用料的選擇方面，應(yīng)充分考慮其對(duì)冷熱疲勞的抗力、冷熱穩(wěn)定性、韌性等因素。

2.2 殘余應(yīng)力作用? 壓鑄模的使用條件較為惡劣，在壓鑄過(guò)程中，金屬液進(jìn)入模具型腔，受型腔內(nèi)的空間限制，在型腔凹角處產(chǎn)生拉伸力;模具溫度受金屬液溫度的影響逐漸升高，模具受熱膨脹，模具表面產(chǎn)生壓應(yīng)力;鑄件脫模后對(duì)模具進(jìn)行冷處理，模具收縮，產(chǎn)生切向拉應(yīng)力;壓鑄模承受模具內(nèi)外各方交互應(yīng)力的影響，幾種力相互作用，不斷積累，導(dǎo)致模具出現(xiàn)裂紋，并不斷加深。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理? 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)直接影響壓鑄模具的使用壽命。例如：①鑄件斜度值設(shè)計(jì)不合理會(huì)引起抽芯，開(kāi)模后進(jìn)行取件時(shí)容易造成擦傷;②鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理除了會(huì)導(dǎo)致鑄件壁厚不均勻外，還會(huì)導(dǎo)致模具中存在細(xì)薄的截面，這往往是造成模具早期裂紋的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

2.4 操作不規(guī)范? 生產(chǎn)過(guò)程中的操作不規(guī)范，也是影響壓鑄模具使用壽命的重要因素。例如：①不預(yù)熱或預(yù)熱溫度過(guò)高;預(yù)熱溫度過(guò)高會(huì)影響型腔表面材料的屈服強(qiáng)度，降低模具的抗熱疲勞性能;②模具涂料噴涂不均勻;③不能定期對(duì)模具進(jìn)行檢修保養(yǎng);④安裝過(guò)程不規(guī)范。

3? 壓鑄模具優(yōu)化分析

3.1 壓鑄模具材料的選擇? 在模具用材的選擇上，當(dāng)前的主流選擇是H13鋼材料，采用毛坯鍛造工藝，對(duì)H13鋼材料進(jìn)行鍛造，通過(guò)高溫淬火以及回火處理，鋼材料中的碳化物形成合理的流線分布，分布更加均勻，鋼材料經(jīng)鍛造處理后其硬度可以達(dá)到46～49HRC，這使得模具的耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性等均得到很大程度的提高。

3.2 優(yōu)化壓鑄模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 壓鑄模具采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以起到延長(zhǎng)使用壽命的作用，例如：①臺(tái)階狀型芯可以降低金屬液在壓鑄模表面的粘模力;②雙型芯對(duì)鑄結(jié)構(gòu)可以減輕金屬液對(duì)細(xì)長(zhǎng)型芯的沖擊;③適當(dāng)增加內(nèi)澆道截面積，能夠增加金屬液流量，減輕金屬液對(duì)壓鑄模具的沖擊;④整體式溢流槽結(jié)構(gòu)可有效降低壓鑄件變形量，提高壓鑄件品質(zhì);⑤鑲拼會(huì)降低型腔整體的剛度，在壓鑄模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到這一因素;⑥在壓鑄模具經(jīng)常出現(xiàn)裂紋的位置設(shè)計(jì)鑲件結(jié)構(gòu)，在模具使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋不需要更換整個(gè)模具，直接更換鑲件即可，可以延長(zhǎng)模具主體部分的使用壽命，有效節(jié)約成本。

3.3 優(yōu)化加工工藝? 壓鑄模具加工工藝的優(yōu)化，對(duì)壓鑄模具使用壽命的影響也十分明顯。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①在壓鑄模具加工過(guò)程中，磨削加工會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此應(yīng)選擇冷卻充分且自銳性好的砂輪，對(duì)壓鑄模具進(jìn)行精磨加工，避免加工過(guò)程中造成的模具型腔表面破裂。另外，還可利用H13鋼硬態(tài)銑削措施代替磨削加工，降低生產(chǎn)成本。②對(duì)壓鑄模具表面進(jìn)行噴丸處理可以有效消除壓鑄模表層因加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，緩解模具熱疲勞，防止裂紋的產(chǎn)生。③在模具材料切割過(guò)程中，先使用中脈寬、大峰值電流進(jìn)行粗加工，再使用小脈寬進(jìn)行精修加工，可有效降低切割過(guò)程中產(chǎn)生的脈沖能量，避免壓鑄模具表面裂紋的產(chǎn)生。

3.4 熱處理工藝? 合理規(guī)范的熱處理工藝，可以有效提高壓鑄模具的使用壽命。壓鑄模具在使用前需進(jìn)行去應(yīng)力處理，第一次去應(yīng)力退火后再進(jìn)行淬火工序，通過(guò)后續(xù)加工工序可以消除由淬火引起的變形及裂紋。壓鑄模具去應(yīng)力回火的溫度應(yīng)在原回火溫度的基礎(chǔ)上降低30～50℃，模具使用五千至一萬(wàn)模次可進(jìn)行第一次去應(yīng)力回火，之后每次去應(yīng)力回火間隔一萬(wàn)五至兩萬(wàn)模次即可。在對(duì)壓鑄模具型芯進(jìn)行處理時(shí)，熱油先與型芯表面進(jìn)行接觸，有利于提高型芯的韌性與硬度，壓鑄模具型腔在熱油中反復(fù)翻轉(zhuǎn)，可以改善并實(shí)現(xiàn)對(duì)流傳熱效果，用氮化或碳氮共滲對(duì)壓鑄模型腔表面進(jìn)行處理，可以有效避免侵蝕作用。

3.5 壓鑄模具的表面強(qiáng)化處理? 壓鑄模具表面與外界因素接觸最多，表面強(qiáng)化處理工序簡(jiǎn)單、速度快、效率高、工件變形小，可以有效提高壓鑄模具的抗疲勞強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性等，電火花放電強(qiáng)化法、軟氮化、噴丸強(qiáng)化法等都是較為常見(jiàn)的表面強(qiáng)化處理方法。電火花放電強(qiáng)化法是指通過(guò)脈沖電路放電，使連接電路的正負(fù)極做周期性接觸，引起氣隙放電，形成的火花與高溫，耐磨材料覆蓋在工件表面，在電火花與高溫的作用下，通過(guò)改變基體金屬的化學(xué)成分和金相組織，形成沉積層，減少表面沖蝕、防止金屬與模面咬合，延長(zhǎng)模具的使用壽命。

3.6 規(guī)范操作規(guī)程? 生產(chǎn)過(guò)程中，合理規(guī)范的操作規(guī)程，對(duì)延長(zhǎng)壓鑄模具的使用壽命至關(guān)重要。①合理的預(yù)熱溫度;在生產(chǎn)過(guò)程中，壓鑄模具中應(yīng)力的大小與溫度梯度成正比，合理的預(yù)熱溫度可以增強(qiáng)模具的抗熱疲勞性能。②正確使用模具涂料;壓鑄模具中未能均勻噴涂涂料的位置，往往是模具侵蝕最為嚴(yán)重的地方，因此，在涂料噴涂時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高噴涂壓力，克服液滴凝聚現(xiàn)象，盡可能做到均勻涂覆型面。③定期檢修保養(yǎng);壓鑄模具的零部件變形、螺栓松動(dòng)等，都是早期模具失效的重要原因，對(duì)模具進(jìn)行定期檢修保養(yǎng)，可以有效延長(zhǎng)模具的使用壽命。④嚴(yán)格遵守安裝規(guī)范;在壓鑄模具使用前、使用中，都應(yīng)該嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，了解模具基本結(jié)構(gòu)及使用中的注意事項(xiàng)，使用前后對(duì)模具表面進(jìn)行檢查清理，長(zhǎng)期不用時(shí)，注意防銹，定期對(duì)模具進(jìn)行去應(yīng)力處理。

4? 結(jié)論

壓鑄工藝作為無(wú)切削的高效金屬成型工藝，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，對(duì)模具壽命的研究，對(duì)壓鑄行業(yè)未來(lái)的發(fā)展具有重大意義。

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