壓鑄模具特點特徵以及說明

2021-04-13專題報導 來源出處：未來製造者

壓鑄模鍛工藝簡介 　　

壓鑄模鍛工藝是一種在專用的壓鑄模鍛機上完成的工藝。它的基本工藝過程是：金屬液先低速或高速鑄造充型進模具的型腔內，模具有活動的型腔面，它隨著金屬液的冷卻過程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的內部組織達到鍛態的破碎晶粒。毛坯的綜合機械性能得到顯著的提高。另外，該工藝生產出來的毛坯，外表面光潔度達到7級（Ra1.6），壓鑄模鍛工藝稱為「極限成形工藝」，比「無切削、少餘量成形工藝」更進了一步。

壓鑄模鍛工藝還有一個優勢特點是，它能用變形合金、鍛壓合金，生產出結構很複雜的零件。

合金牌號包括：硬鋁超硬鋁合金、鍛鋁合金，如LY11、LY12、6061、6063、LYC、LD等）。這些材料的抗拉強度，比普通鑄造合金高近一倍，對於鋁合金汽車輪轂、車架等希望用更高強度耐衝擊材料生產的部件，有更積極的義。 　　

一、壓鑄簡介 壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將熔融合金液倒入壓室內，以高速充填鋼製模具的型腔，並使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。
①金屬液是在壓力下填充型腔的，並在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15—100MPa。
②金屬液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的還可超過80米/秒，（通過內澆口導入型腔的線速度—內澆口速度），因此金屬液的充型時間極短，約0.01—0.2秒（須視鑄件的大小而不同）內即可填滿型腔。 壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生產的三大要素，缺一不可。所謂壓鑄工藝就是將這三大要素有機地加以綜合運用，使能穩定地有節奏地和高效地生產出外觀、內在質量好的、尺寸符合圖樣或協議規定要求的合格鑄件，甚至優質鑄件。 　　

1、 壓鑄機
（1） 壓鑄機的分類 壓鑄機按壓室的受熱條件可分為熱壓室與冷壓室兩大類。而按壓室和模具安放位置的不同，冷室壓鑄機又可分為立式、臥式和全立式三種形式的壓鑄機。 熱室 壓鑄機 立式 冷室 臥室 全立式

（2） 壓鑄機的主要參數 a合型力（鎖模力） （千牛）
KN b壓射力 （千牛）
KN c動、定型板間的最大開距
mm d動、定型板間的最小開距
mm e動型板的行程
mm f大槓內間距（水平×垂直）
mm g大槓直徑
mm h頂出力
KN i頂出行程
mm j壓射位置（中心、偏心）
mm k一次金屬澆入量（Zn、Al、Cu）
Kg l壓室內徑（Ф）
mm m空循環周期
s n鑄件在分型面上的各種比壓條件下的投影面積
註：還應有動型板、定型板的安裝尺寸圖等。

2、 壓鑄合金 壓鑄件所採用的合金主要是有色合金，至於黑色金屬（鋼、鐵等）由於模具材料等問題，目前較少使用。而有色合金壓鑄件中又以鋁合金使用較廣泛，鋅合金次之。 下面簡單介紹一下壓鑄有色金屬的情況。

（1）、壓鑄有色合金的分類 受阻收縮 混合收縮 自由收縮 鉛合金0.2-0.3% 0.3-0.4% 0.4-0.5% 低熔點合金 錫合金 鋅合金0.3-0.4% 0.4-0.6% 0.6-0.8% 鋁矽系
0.3-0.5% 0.5-0.7% 0.7-0.9% 壓鑄有色合金 鋁合金 鋁銅系 鋁鎂系0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 高熔點合金 鋁鋅系 鎂合金0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 銅合金

（2）、各類壓鑄合金推薦的澆鑄溫度 合金種類 鑄件平均壁厚≤3mm 鑄件平均壁厚>3mm 結構簡單 結構複雜 結構簡單 結構複雜 　　
鋁合金 鋁矽系 610-650℃ 640-680℃ 600-620℃ 610-650℃ 　　
鋁銅系 630-660℃ 660-700℃ 600-640℃ 630-660℃ 　　
鋁鎂系 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃ 　　
鋁鋅系 590-620℃ 620-660℃ 580-620℃ 600-650℃ 　　
鋅合金 420-440℃ 430-450℃ 400-420℃ 420-440℃ 　　
鎂合金 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃ 　　
銅合金 普通黃銅 910-930℃ 940-980℃ 900-930℃ 900-950℃ 　　
矽黃銅 900-920℃ 930-970℃ 910-940℃ 910-940℃ 　　
註：①澆鑄溫度一般以保溫爐的金屬液的溫度來計量。 　　

②鋅合金的澆鑄溫度不能超過450℃，以免晶粒粗大。 　　

二、壓鑄模 壓鑄模是壓鑄生產三大要素之一，結構正確合理的模具是壓鑄生產能否順利進行的先決條件，並在保證鑄件質量方面（下機合格率）起著重要的作用。 　　
由於壓鑄工藝的特點，正確選用各工藝參數是獲得優質鑄件的決定因素，而模具又是能夠正確選擇和調整各工藝參數的前提，模具設計實質上就是對壓鑄生產中可能出現的各種因素預計的綜合反映。如若模具設計合理，則在實際生產中遇到的問題少，鑄件下機合格率高。反之，模具設計不合理。

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、模具是否經預熱、水劑塗料噴塗量的多少、壓鑄機噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過高、內澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生產同步、鑄件材料的種類及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、塗料類型等等）。也有內因（例模具本身材質的冶金質量、坯料的鍛制工藝、模具結構設計的合理性、澆注系統設計的合理性、模具機（電加工）加工時產生的內應力、模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等）。 模具若出現早期失效，則需找出是哪些內因或外因，以便今後改進。

④模具熱疲勞龜裂失效 壓鑄生產時，模具反覆受激冷激熱的作用，成型表面與其內部產生變形，相互牽扯而出現反覆循環的熱應力，導致組織結構二損傷和喪失韌性，引發微裂紋的出現，並繼續擴展，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反覆的機械應力都使裂紋加速擴展。 為此，一方面壓鑄起始時模具必須充分預熱。另外，在壓鑄生產過程中模具必須保持在一定的工作溫度範圍中，以免出現早期龜裂失效。同時，要確保模具投產前和製造中的內因不發生問題。因實際生產中，多數的模具失效是熱疲勞龜裂失效。
⑤碎裂失效 在壓射力的作用下，模具會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最先出現細微裂紋，當晶界存在脆性相或晶粒粗大時，即容易斷裂。而脆性斷裂時裂紋的擴展很快，這對模具的碎裂失效是很危險的因素。為此，一方面凡模具面上的劃痕、電加工痕跡等必須打磨光，即使它在澆注系統部位，也必須打光。另外要求所使用的模具材料的強度高、塑性好、衝擊韌性和斷裂韌性均好。
⑥熔融失效 前面已講過，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，它們與模具材料有較好的親和力，特別是Al易咬模。當模具硬度較高時，則抗蝕性較好，而成型表面若有軟點，則對抗蝕性不利。但在實際生產中，溶蝕僅是模具的局部地方，例內澆口直接沖刷的部位（型芯、型腔）易出現溶蝕現象，以及硬度偏軟處易出現鋁合金的粘模。

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