基于槍體壓鑄模具的改良方案

陳華

（肇慶市第二技工學(xué)校，廣東肇慶526060）

20世紀(jì)90年代以后，中國(guó)的壓鑄工業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，已成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)水平和產(chǎn)品開發(fā)能力的提高，壓鑄產(chǎn)品種類和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬，壓鑄設(shè)備、壓鑄模和壓鑄工藝都發(fā)生了巨大的變化。壓鑄模由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)、投資大、制造精度高，故造價(jià)較高，因此希望模具有較長(zhǎng)的使用壽命。提高金屬壓鑄模具壽命，對(duì)于模具企業(yè)就是提高生產(chǎn)效率，有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。在此，針對(duì)槍體模具進(jìn)料口容易沖蝕、鑄件產(chǎn)生不飽和、出現(xiàn)氣孔、表面有水紋等缺陷，通過(guò)對(duì)槍體模具的合理化改良，來(lái)提高模具的使用壽命，改善鑄件質(zhì)量。茲將槍體模具改良方法和工藝分析陳述如下。

1 改變模具進(jìn)料位置

圖1 改進(jìn)前

圖2 改進(jìn)后

圖3 槍體抽芯圖

原槍體舊模具是從槍體的下側(cè)面進(jìn)料（如圖1所示），在生產(chǎn)的時(shí)候常會(huì)出現(xiàn)不飽和及有砂孔現(xiàn)象，這主要是選擇進(jìn)料口不恰當(dāng)所造成的。槍體的這個(gè)部位進(jìn)料，不能使鋁液形成理想的流態(tài)而順序地充填型腔，鋁液進(jìn)入型腔后，形成渦流，出現(xiàn)死角區(qū)和裹氣部位。雖然經(jīng)過(guò)加大溢流槽、增加排氣槽數(shù)量、調(diào)整壓鑄機(jī)的參數(shù)等方法，能改善一些鑄件的質(zhì)量，但是對(duì)于這種氣密要求非常高的鑄件還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)研究，在新模具開發(fā)的時(shí)候，改變?cè)瓉?lái)的進(jìn)料位置，由下側(cè)面改為從槍體的尾部進(jìn)料（如圖2所示），這樣就能使鋁液順暢地注入型腔，不會(huì)有渦流形成或出現(xiàn)死角區(qū)和裹氣部位。由于改為從槍體的尾部進(jìn)料，為防止鋁液進(jìn)入型腔后產(chǎn)生反沖的現(xiàn)象出現(xiàn)，流道口10 mm的位置做一級(jí)低于流道深度3 mm的一個(gè)臺(tái)階，把進(jìn)料口的斜角加大到25°，這樣避免鋁液直接沖擊抽芯。由于鑄件比較厚，采取比一般進(jìn)料口要厚2 mm，以適應(yīng)50 m/s的充填速度。模具做好投入生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)料口第一支抽芯的位置（如圖2深色方框所示），一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)沖陷的現(xiàn)象。由于產(chǎn)品需做表面電鍍處理，沖陷現(xiàn)象將可能影響產(chǎn)品的外觀要求。為此，在改良試驗(yàn)中，對(duì)出現(xiàn)沖陷的區(qū)域采用線割鑲件互換，能及時(shí)解決因沖陷影響外觀要求的問(wèn)題。鑲件試模確認(rèn)后，作表面氮化處理，以強(qiáng)化表面硬度，預(yù)防沖陷過(guò)早出現(xiàn)。

2 改善抽芯滑塊的機(jī)構(gòu)形式

以往的模具，每個(gè)滑塊都是單獨(dú)運(yùn)作。槍體模具共有6支抽芯，如果都采用單一制作，在加工工藝上存在著一定的難度，而且還增加模具制作時(shí)間。如圖3所示，抽芯之間間隔比較密，還有角度尺寸要求。這樣斜導(dǎo)柱的大小尺寸，就受到限制，過(guò)小的斜導(dǎo)柱，在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生斷裂；在加工有角度的斜導(dǎo)柱孔時(shí)，位置尺寸比較難掌握。經(jīng)過(guò)觀察及研究，在改良試驗(yàn)中，以互相垂直的3個(gè)抽芯滑塊來(lái)帶動(dòng)另外3個(gè)有角度的抽芯滑塊。采取這種方式后，斜導(dǎo)柱大小由原來(lái)的直徑最大25 mm增加到現(xiàn)在的32 mm，使斜導(dǎo)柱有足夠的剛性來(lái)帶動(dòng)滑塊，避免了以前在生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過(guò)的斷裂情況。而且斜導(dǎo)柱跟模框的面相互垂直和平行，在加工斜導(dǎo)柱孔的時(shí)候比容易掌握，不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，能保證模具裝配時(shí)的需求。

考慮到加工模具時(shí)的方便，以往的模具都是采用固定銷的的方式，來(lái)固定抽芯在滑塊上。但因?yàn)闃岓w的抽芯都較小，一般直徑為12 mm左右，要求抽孔的尺寸又比較長(zhǎng)，抽芯經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，就會(huì)在使用過(guò)程中因熱脹冷縮和拉伸，產(chǎn)生金屬疲勞而拉斷抽芯。此時(shí)，若采用固定銷的方式，在抽芯的互換上有極大的不方便，每次更換抽芯都要經(jīng)過(guò)線割抽芯的銷釘孔才能裝配投入使用，抽芯的銷釘孔也是容易產(chǎn)生斷裂的地方，這樣將直接影響到生產(chǎn)進(jìn)度。因此，在改良試驗(yàn)中，把滑塊做成活動(dòng)的兩段，采用螺絲來(lái)固定。圖4和圖5就是更改前后的對(duì)比。

圖4 更改前

圖5 更改后

改為活動(dòng)的形式后，就可以為生產(chǎn)帶來(lái)極大的便利，在生產(chǎn)過(guò)程遇到抽芯斷裂，就能及時(shí)更換，只需拆下滑塊，扭開螺絲換上備用抽芯，模具就能正常投入生產(chǎn)。為此，模具的制作要有足夠的備用抽芯，以供正常生產(chǎn)的需求。為減小抽芯的拉力，在尺寸允許的范圍內(nèi)盡量加大拔模角，提高抽芯的壽命。

3 改進(jìn)冷卻系統(tǒng)，加強(qiáng)模具保養(yǎng)

壓鑄模具在較高的工作溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，吸收金屬在凝固過(guò)程放出的能量，產(chǎn)生熱變換，使型腔表面局部瞬間溫度高達(dá)500～640℃。而模具材料因熱傳導(dǎo)的限制，型腔表面首先達(dá)到較高溫度而膨脹，而內(nèi)層模溫則相對(duì)較低，膨脹量相對(duì)較小，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。開模后，型腔表面與空氣接觸，受壓縮空氣和涂料的急冷而產(chǎn)生拉應(yīng)力。型腔被反復(fù)加熱與冷卻，產(chǎn)生熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，膨脹收縮不同期性，和這種交變應(yīng)力反復(fù)循環(huán)并隨著生產(chǎn)次數(shù)的增加而增長(zhǎng)，當(dāng)交變應(yīng)力超過(guò)模具材料的疲勞極限時(shí)，表面首先產(chǎn)生塑性變形，并慢慢地在型面局部薄弱之處，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)呈輻射網(wǎng)狀裂紋，產(chǎn)生機(jī)械疲勞龜裂。因此，壓鑄模具應(yīng)有較高的抗冷熱機(jī)械疲勞能力。模具的冷卻系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證起著關(guān)鍵作用，合理地分布冷卻系統(tǒng)，還能提高模具的壽命。

槍體模具原有的冷卻不均勻，致使槍體壓鑄的時(shí)候出現(xiàn)氣孔和水紋現(xiàn)象。鋁液由流道進(jìn)入型腔過(guò)程較長(zhǎng)，舊有的模具在尾部也加了冷卻，鋁液進(jìn)入到型腔已經(jīng)出現(xiàn)凝固，型腔內(nèi)的氣體不能及時(shí)排出，溢流槽、排氣槽起不了應(yīng)有的作用。在改良試驗(yàn)中，把尾部的冷卻水道去掉，只保留流道位置的部分（圖6、圖7就是更改前后的比較），這樣就能改善產(chǎn)品的表面水紋，鋁液能均勻地流向型腔各個(gè)部位。

模具在使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鑄造工藝流程。在工藝許可范圍內(nèi)，盡量降低鋁液的澆鑄溫度和壓射速度，提高模具預(yù)熱溫度。鋁壓鑄模的預(yù)熱溫度由100～130℃提高至180～200℃，模具壽命可大幅度提高。

圖6 更改前頂針冷卻水道圖

改良后的模具，在試模合格后，對(duì)模具進(jìn)行去應(yīng)力回火。當(dāng)新模具使用到設(shè)計(jì)壽命的1/6～1/8時(shí)，即鋁壓鑄模1.0萬(wàn)模次，應(yīng)對(duì)模具型腔及模架進(jìn)行450～480℃回火，并對(duì)型腔拋光和氮化，以消除內(nèi)應(yīng)力和型腔表面的輕微裂紋。以后每1.2萬(wàn)～1.5萬(wàn)模次進(jìn)行同樣保養(yǎng)。當(dāng)模具使用5萬(wàn)模次后，可每2.5萬(wàn)～3.0萬(wàn)模次進(jìn)行一次保養(yǎng)。采用上述方法，可明顯減緩由于熱應(yīng)力導(dǎo)致龜裂產(chǎn)生的速度和時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)槍體模具在生產(chǎn)制造中所出現(xiàn)的缺陷，通過(guò)改變模具進(jìn)料方向、改善抽芯滑塊的機(jī)構(gòu)形式、改進(jìn)冷卻系統(tǒng)及加強(qiáng)模具保養(yǎng)等方式，使改良后的模具在產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率等方面得到明顯改善，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 更改后頂針冷卻水道

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