压铸模具的最新技术

压铸模 压铸模是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的模具是压铸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，模具设计不合理，例一铸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灌南压铸机上生产，无法正常生产，铸件一直粘在定模上。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，都对模具的使用寿命有很大影响。 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）。 实际生产中，模具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、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（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、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、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。 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 模具热疲劳龟裂失效 压铸生产时，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，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是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，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。当模具硬度较高时，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。 压铸生产中常遇模具存在的问题注意点： 1、 浇注系统、排溢系统 例（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） 铸件图上往往注明未注圆角R2等要求，我们在开制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，延长模具使用寿命。（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、 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。 压铸模具组装的技术要求： 1、 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。

国内压铸模具现状：我国压铸模具行业发展迅速，总产量增长明显，国产压铸模具总产量仅次于美国，已经跃居世界第二位，成为名符其实的压铸大国。能有如此成就主要源于我国凭借着得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，已非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势，很据形势来看，未来我国压铸行业发展前景十分广阔。虽然我国的压铸模具在“十一五”期间有了重大的突破。但是其国际知名度排位仍然靠后，产量也日益攀升但是大多数压铸模具仅供于国内的需求。由于技术的制约使得质量难以突破，同时国内的一些大型需求企业也频频向国外的压铸模具企业伸出橄榄枝，严重的贸易逆差使得国内压铸企业举步维艰。国际压铸模具现状在国际压铸模具市场竞争日趋激烈的情境下，日本压铸模具业也在努力降低生产成本。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。日本压铸模具业正逐渐将技术含量不高的模具转向人力成本低的地区生产，只在本国生产技术含量较高的产品，日本这种加快向国外转移的趋势，这使日本本国压铸模具使用量减少。影响我国压铸模具业发展的因素分析制约我国压铸模具行业发展的主要原因有：第一，国内压铸模具在原材料的使用上面仍有许多不足之处；第二，技术的落后，是我国压铸模具产业的发展受到了非常大的阻碍；第三，我国压铸模具业的配套体系也不完善。

各种压铸模具表面处理新技术不断涌现，但总的来说可以分为以下三个大类：
(1)传统热处理工艺的改进技术；
(2)表面改性技术，包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等；
(3)涂镀技术，包括化学镀等。
压铸模具是模具中的一个大类。随着我国汽车摩托车工业的迅速发展，压铸行业迎来了发展的新时期，同时，也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提出了更高的要求。国际模协秘书长罗百辉认为，要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足，必须将各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要求。在各种模具中，压铸模具的工作条件是较为苛刻的。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型，在工作过程中反复与炽热金属接触，因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性等。因此，对压铸模具的表面处理技术要求较高。
1、传统热处理工艺的改进技术
传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火，以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样，同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术，在传统工艺的基础上，对不同的模具材料提出适合的加工工艺，从而改善模具性能，提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向，是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合，提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗，与常规淬火、回火工艺相结合的NQN(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗复合强化，不但得到较高的表面硬度，而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布合理、回火稳定性和耐蚀性提高，从而使得压铸模具在获得良好心部性能的同时，表面质量和性能大幅提高。
2、表面改性技术
表面热扩渗技术
这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。
渗碳和碳氮共渗
渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中，都能提高模具寿命。如3Cr2W8V钢制的压铸模具，先渗碳、再经1140～1150℃淬火，550℃回火两次，表面硬度可达HRC56～61，使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8～3.0倍。进行渗碳处理时，主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中，真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术，该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点，将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。
渗氮及有关的低温热扩渗技术
这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低一般为480～600℃、工件变形小，尤其适应精密模具的表面强化，而且氮化层硬度高、耐磨性好，有较好的抗粘模性能。
3Cr2W8V钢压铸模具，经调质、520～540℃氮化后，使用寿命较不氮化的模具提高2～3倍。美国用H13钢制作的压铸模具，不少都要进行氮化处理，且以渗氮代替一次回火，表面硬度高达HRC65～70，而模具心部硬度较低、韧性好，从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺，但当氮化层出现薄而脆的白亮层时，无法抵抗交变热应力的作用，极易产生微裂纹，降低热疲劳抗力。因此，在氮化过程中，要严格控制工艺，避免脆性层的产生。国外提出采用二次和多次渗氮工艺。采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层，增加渗氮层厚度，并同时使模具表面存在很厚的残余应力层，使模具的寿命得以明显提高。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛，在国内较少见。如TFI+ABI工艺，是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化，呈黑色，其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗后进行氮化处理的oxynit工艺，应用于有色金属压铸模具则更具特点。