提高鋁合金壓鑄模使用壽命的具體路徑

費彬 羅海亮 孫鍵

摘 要：現代制造工業，產品越來越體現出輕量化的發展趨勢，采用鋁合金壓鑄模不僅能夠極大降低制造成本，而且加工工藝流程得以簡化，提高了生產制造效率。工業發達國家用鋁合金鑄件代替鋼鐵鑄件正在成為重要的發展趨勢。但是鋁材質本身特性決定了鋁合金壓鑄模在使用過程中容易產生磨損、形變等多種缺陷，如何提高鋁合金壓鑄模的使用壽命一直是人們研究的重要課題。本文簡要分析鋁合金壓鑄的特性，并以此為基礎探討提高其使用壽命的具體路徑。

關鍵詞：鋁合金；壓鑄模具；使用壽命；提高；分析

概述

鋁合金壓鑄工藝自誕生之日起，就以其成型精密度高、表面質量高、生產效率高的優點迅速得以推廣應用。雖然在后期應用過程中出現了很多不同的模具型腔成型技術，但其基本方法和過程沒有發生改變。首先，形成高溫環境，把高溫下熔融的鋁合金金屬液在一定的壓力和速度的條件下注入模具型腔內，然后冷卻成形。通常情況下，壓鑄工藝會出現難以避免的大大小小缺陷，這些缺陷嚴重影響著鑄件模具的使用壽命。隨著技術水平和產品開發能力的提高，鋁合金壓鑄產品的種類和應用領域在不斷擴寬，其合金種類、壓鑄設備、壓鑄模具和壓鑄工藝都發生了巨大的變化。

1，鋁合金壓鑄模工藝方法

長期以來，人們為了拓寬壓鑄件的應用范圍，提高壓鑄件的力學性能，研究了一些新的壓鑄方法，如層流充填法（超低速壓鑄法）、充氧壓鑄法以及真空壓鑄法等。上述方法的主要目的都在于減少金屬液充填過程中的卷氣現象，從而提高鑄件的力學性能。由于層流充填法存在生產效率低，充氧壓鑄法存在操作工序復雜、工藝參數不易控制等缺點，所以實際生產中這兩種方法應用的并不多。而真空壓鑄法則是將型腔中的氣體抽出，金屬液在真空狀態下充填型腔，因而卷入的氣體少，鑄件的力學性能得到提高。并且真空壓鑄和普通壓鑄方法一樣，操作方便，不降低生產效率。所以真空壓鑄法自出現以來，表現出強大的生命力，隨著相關技術的發展，其應用將越來越廣泛。

高速壓射時模具型腔中的氣體不能被有效排除，留存在鑄件內部，形成氣孔缺陷，導致鑄件的力學性能變差。為了解決這個問題人 們采用抽真空的方法，即壓鑄時抽出型腔中的氣體，形成一定的真空或負壓狀態，從而減少了鑄件內部的氣孔缺陷。

2，鋁合金壓鑄模損壞原因分析

壓鑄鋁合金按性能可分為中低強度（如中國的Y102）和高強度（如中國的Y112）兩種。目前工業上應用的壓鑄鋁合金主要有以下幾大系列：Al—51、Al—Mg、Al—Si—Cu、Al—Si—Mg、AI-Si—Cu—Mg、Al—Zn等。工業發達國家應用的主要壓鑄鋁合金系列。在鋁合金壓鑄生產中，模具破碎是最常見的方法是裂紋、裂紋。壓力是導致模具破損的首要原因。

在壓鑄生產過程中，模具的溫度是非常重要的參數指標，必須在分模前把模具預熱到足夠高的溫度。否則，當高溫金屬溶液被填充時，會突然冷卻，由此會進一步增加模具前、后層的溫度梯度，構成熱應力，在熱應力的作用下模具表面極易產生破損或開裂。

另外，應嚴格控制生產過程中模具的溫度，盡可能使其保持在一定區間范圍內的穩定，模具溫度有時會升高，當模具溫度過熱時，模具容易粘附，會損壞型運動部件的外觀下降。鑒于這一方面的考慮，目前多數的廠家在模具系統上增加了冷卻溫度控制系統，其目的便是保持模具的工作溫度在不可避免的極限之內。

對于合金灌裝型模具，金屬溶液是高壓的時候，是高速填充的，因為嚴重的沖擊模具內壁，在高壓的機械應力和熱應力同時作用下，金屬液體、雜質和氣體會產生模具外觀和內部復雜的化學效應，從而加速對模具的侵蝕，導致裂紋的發生。當氣體包裹在金屬溶液中時，它以前在空腔的低壓部分膨脹，氣體的壓力很高，發生向內吹，可以通過撕裂空腔的金屬表面的質量點來劃傷，在空泡中出現裂紋。對于型開式模具在核心沖孔和模具開孔過程中，一些部件變形，出現機械應力也會在一定程度上導致模具失效。

3，提高鋁合金模具的使用壽命方法

（1）減少性的熱應力發生。

澆注過程中模具的外表面在溫度升高時受到壓縮應力的影響，在結晶器開口中擠壓鑄件時，模具的外表面在冷卻過程中受到拉伸應力的影響如，這種交變應力重復了輪回，模具內積累的應力會越來越大，當應力超過材料極限時，模具表面就會出現裂紋。提高鋁合金模具的使用壽命要在鋁合金壓鑄的生產過程中，減少模具與金屬溶液之間的換熱，或者減少此種熱換作用產生的影響，使模具的外觀不會隨著周期性的溫度變化而產生周期性的熱膨脹和縮短。

（2）提高模具冷卻效率

鋁合金模具的材料一般由特殊模具通過各種加工制成。在使用模具的狀態下，模具溫度過高往往會在巖心表面出現早期裂紋。由于模具在制造過程中溫度過高，核心的顏色發生了變化，模具在測量后達到了400度。這樣的溫度在遇到冷的模切劑的狀態下也容易開裂，而制造的產品很容易變形，而且處于容易拉傷的狀態。如果正確使用高效的模具冷卻系統，模具不僅使用壽命更長，而且還將提高生產率。在實際生產中，我們總是忽視其重要性，有些公司以節省成本時不使用冷卻水，也不使用其他任何冷卻方法。因此對定制的模具造成了嚴重損害。

當使用模具冷卻水時，一方面，能夠大大減少對拆卸劑的使用，從而使操作員不使用拆卸劑降低模具的溫度。另一方面，能夠通過有效延長模具壽命、節省壓鑄周期、提高產品質量、減少模具類型和鋁劃痕的情況，在一定程度上也會減少由于模具溫度過熱而造成的噴射器引腳和芯的損失。

（3）做好模具的預熱控制

根據鋁合金模具加工工藝流程，鋁合金模具必須在制造之初進行預熱，這一步驟可防止在冷模中遇到突然的熱金屬液體，使海龜開裂，復雜的模具可用于燃燒器、液化氣、條件良好的模塊化設備進行預熱處理。模具與金屬液的熱交換達到理想的熱平衡，即模具在吸收熱量和排放熱量相等，達到動態熱平衡，工藝選定后其模具溫度達到鑄件工作溫度的范圍，對容易形成熱節的地方進行定點冷卻以促進熱平衡的形成。

預熱的溫度不僅決定鑄件質量，而且還嚴重影響模具使用壽命和生產效率。因此要保證參數可控，盡量采用自動溫度控制系統。壓鑄模具預熱溫度的控制是一個多種方式的結合，不能認為只采用一種溫度控制方式就能控制好模具溫度，要針對壓鑄生產過程中以及壓鑄模具的不同情況，采用不同的溫度控制方法。預熱處理的溫度要滿足模具內溫度場在工藝要求范圍內，這樣才能獲得外觀和內部質量合格的鑄件，反之溫度過高就會形成拉傷、氣泡等缺陷，延長了冷卻時間，無法滿足對生產效率的要求；溫度過低則會產生冷隔、澆不足、氣孔等缺陷，導致生產出的產品質量不達標。

4，總結

壓鑄模具長期在高溫、高壓環境下生產，如果再加上模具溫度場不穩定，長期周期性熱膨脹和收縮，模具更容易失效，大大縮短了使用壽命，也降低了生產效率。鋁合金壓鑄生產過程中，溫度是核心工藝要素之一，提高模具使用壽命關鍵在于如何實現模具熱平衡，使模具內建立起穩定的溫度場分布，相信隨著壓鑄技術的發展，新的控制方式肯定能進一步提升模具溫度控制的水平，解決好鋁合金模具在生產過程中的壽命問題。

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（作者單位：湖州安達汽車配件有限公司）