常见压铸模具的失效形式与模具设计要点
　　摘要：在压铸模具的生产压铸零件过程中，经常出现不同形式的模具失效，这是压铸模具在生产过程中不可避免的过程。本文对压铸模具的失效形式与对压铸模具失效的影响因素等进行阐述，并重点对压铸模具的技术设计要点与制造工艺等等进行了详细地说明，它对于提高压铸模具使用寿命与改善压铸模具的综合性能、大幅度降低成本、充分发挥传统压铸模具具的潜力，具有十分重要的意义。
　　关键词：压铸模具，失效形式，技术设计，综合性能
　　一、压铸零件生产与压铸模具关系
　　压铸模具是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的压铸模具是压铸零件生产能否顺利进行的先决条件，并在保证铸件质量方面（下机合格率）起着重要的作用。由于压铸工艺的特点，正确选用各工艺参数是获得优质铸件的决定因素，而模具又是能够正确选择和调整各工艺参数的前提，模具设计实质上就是对压铸生产中可能出现的各种因素预计的综合反映。如若模具设计合理，则在实际生产中遇到的问题少，铸件下机合格率高。反之，压铸模具设计不合理，诸如：压铸零件设计时动定模的包裹力基本相同，而浇注系统大多在定模，且放在压射后冲头不能送料的压铸机上生产，无法正常生产，压铸零件一直粘在定模上。尽管定模型腔的光洁度打得很光，因型腔较深，仍出现粘在定模上的现象。所以在模具设计时，必须全面分析铸件的结构，熟悉压铸机的操作过程，要了解压铸机及工艺参数得以调整的可能性，掌握在不同情况下的充填特性，并考虑压铸模具加工的方法、钻眼和固定的形式后，才能设计出切合实际、满足生产要求的模具。刚开始时已讲过，金属液的充型时间极短，金属液的比压和流速很高，这对压铸模具来说工作条件极其恶劣，再加上激冷激热的交变应力的冲击作用，都对压铸模具的使用寿命有很大影响。压铸模具的使用寿命通常是指通过精心的设计和制造，在正常使用的条件下，结合良好的维护保养下出现的自然损坏，在不能再修复而报废前，所压铸的模数（包括压铸生产中的废品数）。
　　二、压铸模具的主要失效形式分析与技术设计
　　实际生产中，压铸模具的失效主要有三种形式：
　　1）热疲劳龟裂损坏失效；
　　2）碎裂失效；
　　3）溶蚀失效。
　　致使压铸模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、压铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。也有内因（例压铸模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、压铸模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、压铸模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。压铸模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。
　　1）压铸模具热疲劳龟裂失效在压铸生产时，压铸模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。另外，在压铸生产过程中压铸模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。同时，要确保压铸模具投产前和制造中的内因不发生问题。因实际生产中，多数的压铸模具失效是热疲劳龟裂失效。
　　2）碎裂失效在压射力的作用下，压铸模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是压铸模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对压铸模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。另外要求所使用的压铸模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
　　3）熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与压铸模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。当压铸模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。但在实际生产中，溶蚀仅是压铸模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。
　　压铸生产中压铸模具经常存在的问题注意点：
　　1、浇注系统、排溢系统
　　（1）对于冷室卧式压铸机上模具直浇道的要求：
　　①压室内径尺寸应根据所需的比压与压室充满度来选定，同时，浇口套的内径偏差应比压室内径的偏差适当放大几丝，从而可避免因浇口套与压室内径不同轴而造成冲头卡死或磨损严重的问题，且浇口套的壁厚不能太薄。浇口套的长度一般应小于压射冲头的送出引程，以便涂料从压室中脱出。
　　②压室与浇口套的内孔，在热处理后应精磨，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。
　　③分流器与形成涂料的凹腔，其凹入深度等于横浇道深度，其直径配浇口套内径，沿脱模方向有5°斜度。当采用涂导入式直浇道时，因缩短了压室有效长度的容积，可提高压室的充满度。
　　（2）对于压铸模具横浇道的要求
　　①冷卧式模具横浇道的入口处一般应位于压室上部内径2/3以上部位，以免压室中金属液在重力作用下过早进入横浇道，提前开始凝固。
　　②横浇道的截面积从直浇道起至内浇口应逐渐减小，为出现截面扩大，则金属液流经时会出现负压，易吸入分型面上的气体，增加金属液流动中的涡流裹气。一般出口处截面比进口处小10-30%。
　　③横浇道应有一定的长度和深度。保持一定长度的目的是起稳流和导向的作用。若深度不够，则金属液降温快，深度过深，则因冷凝过慢，既影响生产率又增加回炉料用量。
　　④横浇道的截面积应大于内浇口的截面积，以保证金属液入型的速度。主横浇道的截面积应大于各分支横浇道的截面积。
　　⑤横浇道的底部两侧应做成圆角，以免出现早期裂纹，二侧面可做出5°左右的斜度。横浇道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm
　　（3）内浇口
　　①金属液入型后不应立即封闭分型面，溢流槽和排气槽不宜正面冲击型芯。金属液入型后的流向尽可能沿铸入的肋筋和散热片，由厚壁处想薄壁处填充等。
　　②选择内浇口位置时，尽可能使金属液流程最短。采用多股内浇口时，要防止入型后几股金属液汇合、相互冲击，从而产生涡流包气和氧化夹杂等缺陷。
　　③薄壁件的内浇口厚件要适当小些，以保证必要的填充速度，内浇口的设置应便于切除，且不使铸件本体有缺损（吃肉）。
　　(4)溢流槽
　　①溢流槽要便于从铸件上去除，并尽量不损伤铸件本体。
　　②溢流槽上开设排气槽时，需注意溢流口的位置，避免过早阻塞排气槽，使排气槽不起作用。
　　③不应在同一个溢流槽上开设几个溢流口或开设一个很宽很厚的溢流口，以免金属液中的冷液、渣、气、涂料等从溢流槽中返回型腔，造成铸件缺陷。
　　2、铸造圆角（包括转角）压铸件图上往往注明未注圆角R2等要求，我们在开制压铸模具时切忌忽视这些未注明圆角的作用，决不可做成清角或过小的圆角。铸造圆角可使金属液填充顺畅，使腔内气体顺序排出，并可减少应力集中，延长压铸模具使用寿命。（压铸件也不易在该处出现裂纹或因填充不顺而出现各种缺陷）。例标准油盘模上清角处较多，相对来说，目前兄弟油盘模开的最好，重机油盘的也较多。
　　3、脱模斜度在脱模方向严禁有人为造成的侧凹（往往是试模时铸件粘在模内，用不正确的方法处理时，例钻、硬凿等使局部凹入）。
　　4、表面粗糙度成型部位、浇注系统均应按要求认真打光，应顺着脱模方向打光。由于金属液由压室进入浇注系统并填满型腔的整个过程仅0.01-0.2秒的时间。为了减少金属液流动的阻力，尽可能使压力损失少，都需要流过表面的光洁度高。同时，浇注系统部位的受热和受冲蚀的条件较恶劣，光洁度越差则模具该处越易损伤。
　　5、压铸模具成型部位的硬度铝合金：HRC46°左右铜：HRC38°左右加工时，模具应尽量留有修复的余量，做尺寸的上限，避免焊接。
　　三、压铸模具装配的技术要求
　　1、压铸模具分型面与模板平面平行度的要求；
　　2、导柱、导套与模板垂直度的要求；
　　3、分型面上动、定模镶块平面与动定模套板高出0.1-0.05mm；
　　4、推板、复位杆与分型面平齐，一般推杆凹入0.1mm或根据用户要求；
　　5、模具上所有活动部位活动可靠，无呆滞现象pin无串动；
　　6、滑块定位可靠，型芯抽出时与铸件保持距离，滑块与块合模后配合部位2/3以上；
　　7、浇道粗糙度光滑，无缝；
　　8、合模时镶块分型面局部间隙<0.05mm；
　　9、冷却水道畅通，进出口标志；
　　10、成型表面粗糙度Rs=0.04，无微伤。
　　四、结束语
　　上述一些压铸模具在实际生产过程中经常出现的压铸模具失效形式，并对各种类型压
　　铸模具的失效形式进行一定的技术分析，同时，也对压铸模具的技术设计的一些相关问题进
　　行一些论述，仅供参考。
　　作者简介：黄义俊，男，教授，高级工程师，主要从事模具设计与制造的专业教学与科研研究。
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