壓鑄模:用以成形鑄件所使用的金屬模具-中文百科頻道

簡介

力鑄造成形工藝中，用以成形鑄件所使用的金屬模具。n

n壓鑄模在壓鑄生産過程中所起的重要作用是：

n①決定鑄件的形狀和尺寸的精度；

n②已定的澆口系統（特别是澆口位置）決定着熔融金屬的填充狀況；

n③已定的排溢系統影響熔融金屬的填充條件；

n④模具的強度限制着壓射比壓的最大限度；

n⑤影響操作的效率；

n⑥控制和調節壓鑄過程的熱平衡；

n⑦鑄件取出時的質量（如變形等）；

n⑧模具成形表面的質量既影響鑄件質量，又影響塗料噴塗周期，更影響取出鑄件的難易程度。

n由此可見；鑄件的形狀和精度、表面要求和内部質量、生産操作的順利程度等方面，常常是與壓鑄模的設計質量和制造質量有直接關系的。更重要的是模具設計并制造好以後，可以再修改的程度就不大了，上述的作用與鑄件質量的關系也就相對地固定了。這就是模具的設計和制造一定要建立在與壓鑄工藝要求相适應的基礎上的緣故。

因此，在某種程度上來說，壓鑄模與壓鑄工藝、生産操作存在着極為密切而又互為制約、互相影響的特殊關系。其中，壓鑄模的設計，實質上則是對生産過程中可能出現的各種因素的預計的綜合反映。所以，在設計的過程中，必須通過分析鑄件結構、熟悉操作過程、了解工藝參數能夠施行的可能程度、掌握在不同情況下的填充條件以及考慮到對經濟效果的影響等等步驟，才能設計出合理的、切合實用并能滿足生産要求的壓鑄模。

結構組成

n定模：固定在壓鑄機定模安裝闆上，有直澆道與噴嘴或壓室聯接；

n動模：固定在壓鑄機動模安裝闆上，并随動模安裝闆作開合模移動合模時，閉合構成型腔與澆鑄系統，液體金屬在高壓下充滿型腔；開模時，動模與定模分開，借助于設在動模上的推出機構将鑄件推出。

n作用分類

n型腔：外表面直澆道(澆口套)；n型芯：内表面内澆口。

n導準零件

n導柱；導套。

n推出機構

n推杆（頂針），複位杆，推杆固定闆，推闆，推闆導柱，推闆導套。

n側向抽芯機構

n凸台，孔穴（側面），锲緊塊，限位彈簧，螺杆。

n排溢系統

n溢澆槽，排氣槽。

n支承零件

n定模，動模座闆，墊塊（裝配，定位，安裝作用）。

正确使用

制定正确的壓鑄工藝，壓鑄工正确熟練的操作和高質量的模具維修，對提高生産效率，保證壓鑄件質量，降低廢品率，減少模具故障，延長模具壽命緻關重要。

（一）制定正确的壓鑄工藝

壓鑄工藝是一個壓鑄工廠技術水平的體現，他能把壓鑄機特性、模具特性、鑄件特性、壓鑄合金特性等生産要素正确的結合起來，以最低的成本，生産滿足客戶要求的壓鑄産品。因此，必須重視壓鑄工藝工程師的選拔和培訓。壓鑄工藝工程師是壓鑄生産現場技術總負責人，除制定正确的壓鑄工藝，根據生産要素變化及時修訂壓鑄工藝外，還負責對模具安裝調整工、壓鑄操作工、模具維修工的培訓和提高。

⑴、确定最合理的生産率，規定每一次壓射周期的循環時間。過低的生産率固然不利于提高經濟效益，過高的生産率往往以犧牲模具壽命和鑄件合格率為代價，算總帳細帳經濟益可能更差。

⑵、确定正确的壓鑄參數。在确保鑄件符合客戶質量标準的前提下，應使壓射速度、壓射壓力、合金溫度最低。這樣，有利于降低機器、模具負荷，降低故障，提高壽命。根據壓鑄機特性、模具特性、鑄件特性、壓鑄鋁合金特性等腰三角形，确定快壓射速度、壓射壓力、增壓壓力、慢壓射行程、快壓射行程、沖頭跟出距離、推出行程、保壓時間、推了複位時間、合金溫度、模具溫度等。

⑶、使用水基塗料，必須制訂嚴格詳細的噴塗工藝。塗料品牌，塗料與水的比例，模具每一個部位的噴塗量（或噴塗時間）和噴塗順序，壓縮空氣壓力，噴槍與成型表面的距離，噴塗方向與成型表面的角度等。

⑷、根據壓鑄模實際确定正确的模具冷卻方案。正确的模具冷卻方案對生産效率、鑄件質量、模具壽命有極大的影響。方案應規定冷卻水開戶方法，壓鑄幾個模次開始冷卻，相隔幾個模次分幾次把冷卻水閥門開到規定開度。點冷卻系統的冷卻強度應由壓鑄工藝工程師現場調定，配合噴塗達到模具熱平衡。

⑸、規定對不同滑動動部位，如沖頭、導柱、導套、抽芯機構、推杆、複位杆等部位的不同潤滑頻率。

⑹、制訂每一個壓鑄件的壓鑄操作規程，并培訓和監督壓鑄工按規程操作。

⑺、根據模具複雜程度和新舊程度，确定适當的模具預防性維修周期。适當的模具預防性維修周期應當是模具使用中将要出現故障而還沒有出現故障的壓鑄模次。模具使用中已經出現故障，不能繼續生産，被迫進行修理，不是被提倡的方法。

⑻、根據模具複雜程度、新舊程度和粘模危險程度，确定模塊消除應力周期（一般5000—15000模次進行一次）和是否需要進行表面出理。如氮化處理，氮化層深度。0.33，最大0.55。

（二）實施正确的壓鑄操作壓鑄工應經過培訓合格後上崗

⑴、嚴格執行壓鑄工操作規程，嚴格控制第一模次的循環時間，其誤差應小于10%。穩定的壓鑄循環時間，對一個鑄工廠的綜合效益至關重要。對産品質量穩定性、模具壽命、故障率等都有決定性影響。

⑵、嚴格執行模具冷卻方案，模具冷卻是提高生産效率、鑄件質量、模具壽命，減少模具故障的有效方法。但是，錯誤的水冷卻操作，将對模具造成緻命傷害。停止壓鑄生産，必須立即關閉冷卻水。

⑶、澆柱撇潭、舀鋁、澆柱動作規範，做到舀入的金屬液不含氧化皮，澆入壓室的金屬液最少波動。手工澆注澆入量誤差控制在2—3%以内。

⑷、清模及時清除積留在分型面、型腔、型芯、澆道、溢流槽、排氣道等處的金屬肖積垢，防止合模時壓塌模具表面，堵塞排氣道，或造成合模不嚴。清模時禁止使用鋼制工具接觸成型表面。

⑸、噴塗噴塗是最重要、難度最大的壓鑄操作之一，必須嚴格按噴塗工藝操作。不正确的噴塗會使産品質量不穩定和模具早期限損壞。

⑹、按規定及時對滑動部位進行潤滑。

⑺、随時注意合模緊度，經常檢查模具壓闆壓緊情況和模具托架支撐情況，防止在使用中模具下沉或墜落。

⑻、完成一個模具維修周期的模次，或完成規定的生産批量後停止生産，要保留最後一個壓鑄産品（最好帶澆、排系統），與模具一起送修。

工藝特點

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内，模具有活動的型腔面，它随着金屬液的冷卻過程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的内部組織達到鍛态的破碎晶粒。毛坯的綜合機械性能得到顯着的提高。

另外，該工藝生産出來的毛坯，外表面光潔度達到7級（Ra1.6），如冷擠壓工藝或機加工出來的表面一樣，有金屬光澤。所以，我們将壓鑄模鍛工藝稱為“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，除了能生産傳統的鑄造材料外，它還能用變形合金、鍛壓合金，生産出結構很複雜的零件。

這些合金牌号包括：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，對于鋁合金汽車輪毂、車架等希望用更高強度耐沖擊材料生産的部件，有更積極的意義。

一、壓鑄簡介

壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種将熔融合金液倒入壓室内，以高速充填鋼制模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄區别于其它鑄造方法的主要特點是高壓和高速。

①金屬液是在壓力下填充型腔的，并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，（通過内澆口導入型腔的線速度—内澆口速度），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）内即可填滿型腔。壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生産的三大要素，缺一不可。所謂壓鑄工藝就是将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産出外觀、内在質量好的、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、卧式和全立式三種形式的壓鑄機。熱室壓鑄機立式冷室卧室全立式

（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、定型闆間的最大開距——————————mm

d動、定型闆間的最小開距——————————mm

e動型闆的行程———————————————mm

f大杠内間距（水平×垂直）—————————mm

g大杠直徑—————————————————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壓室内徑（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

注：還應有動型闆、定型闆的安裝尺寸圖等。

2、壓鑄合金壓鑄件所采用的合金主要是有色合金，至于黑色金屬（鋼、鐵等）由于模具材料等問題，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℃

注：

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

壓鑄模是壓鑄生産三大要素之一，結構正确合理的模具是壓鑄生産能否順利進行的先決條件，并在保證鑄件質量方面（下機合格率）起着重要的作用。

由于壓鑄工藝的特點，正确選用各工藝參數是獲得優質鑄件的決定因素，而模具又是能夠正确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産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，則在實際生産中遇到的問題少，鑄件下機合格率高。反之，模具設計不合理，例一鑄件設計時動定模的包裹力基本相同，而澆注系統大多在定模，且放在壓射後沖頭不能送料的灌南壓鑄機上生産，無法正常生産，鑄件一直粘在定模上。

盡管定模型腔的光潔度打得很光，因型腔較深，仍出現粘在定模上的現象。所以在模具設計時，必須全面分析鑄件的結構，熟悉壓鑄機的操作過程，要了解壓鑄機及工藝參數得以調整的可能性，掌握在不同情況下的充填特性，并考慮模具加工的方法、鑽眼和固定的形式後，才能設計出切合實際、滿足生産要求的模具。

剛開始時已講過，金屬液的充型時間極短，金屬液的比壓和流速很高，這對壓鑄模來說工作條件極其惡劣，再加上激冷激熱的交變應力的沖擊作用，都對模具的使用壽命有很大影響。模具的使用壽命通常是指通過精心的設計和制造，在正常使用的條件下，結合良好的維護保養下出現的自然損壞，在不能再修複而報廢前，所壓鑄的模數（包括壓鑄生産中的廢品數）。

實際生産中，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。

緻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、内澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生産同步、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）。

也有内因（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）加工時産生的内應力、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，則需找出是哪些内因或外因，以便今後改進。

①模具熱疲勞龜裂失效壓鑄生産時，模具反複受激冷激熱的作用，成型表面與其内部産生變形，相互牽扯而出現反複循環的熱應力，導緻組織結構二損傷和喪失韌性，引發微裂紋的出現，并繼續擴展，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反複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，在壓鑄生産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，要确保模具投産前和制造中的内因不發生問題。因實際生産中，多數的模具失效是熱疲勞龜裂失效。

②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迹或電加工痕迹未被打磨光，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、電加工痕迹等必須打磨光，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、沖擊韌性和斷裂韌性均好。

③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，特别是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。

但在實際生産中，溶蝕僅是模具的局部地方，例内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。

壓鑄生産中常遇模具存在的問題注意點：

1、澆注系統、排溢系統

（1）對于冷室卧式壓鑄機上模具直澆道的要求：

①壓室内徑尺寸應根據所需的比壓與壓室充滿度來選定，同時，澆口套的内徑偏差應比壓室内徑的偏差适當放大幾絲，從而可避免因澆口套與壓室内徑不同軸而造成沖頭卡死或磨損嚴重的問題，且澆口套的壁厚不能太薄。澆口套的長度一般應小于壓射沖頭的送出引程，以便塗料從壓室中脫出。

②壓室與澆口套的内孔，在熱處理後應精磨，再沿軸線方向進行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。

③分流器與形成塗料的凹腔，其凹入深度等于橫澆道深度，其直徑配澆口套内徑，沿脫模方向有5°斜度。當采用塗導入式直澆道時，因縮短了壓室有效長度的容積，可提高壓室的充滿度。

（2）對于模具橫澆道的要求

①冷卧式模具橫澆道的入口處一般應位于壓室上部内徑2/3以上部位，以免壓室中金屬液在重力作用下過早進入橫澆道，提前開始凝固。

②橫澆道的截面積從直澆道起至内澆口應逐漸減小，為出現截面擴大，則金屬液流經時會出現負壓，易吸入分型面上的氣體，增加金屬液流動中的渦流裹氣。一般出口處截面比進口處小10-30%。

③橫澆道應有一定的長度和深度。保持一定長度的目的是起穩流和導向的作用。若深度不夠，則金屬液降溫快，深度過深，則因冷凝過慢，既影響生産率又增加回爐料用量。

④橫澆道的截面積應大于内澆口的截面積，以保證金屬液入型的速度。主橫澆道的截面積應大于各分支橫澆道的截面積。

⑤橫澆道的底部兩側應做成圓角，以免出現早期裂紋，二側面可做出5°左右的斜度。橫澆道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。

（3）内澆口

①金屬液入型後不應立即封閉分型面，溢流槽和排氣槽不宜正面沖擊型芯。金屬液入型後的流向盡可能沿鑄入的肋筋和散熱片，由厚壁處想薄壁處填充等。

②選擇内澆口位置時，盡可能使金屬液流程最短。采用多股内澆口時，要防止入型後幾股金屬液彙合、相互沖擊，從而産生渦流包氣和氧化夾雜等缺陷。

③薄壁件的内澆口厚件要适當小些，以保證必要的填充速度，内澆口的設置應便于切除，且不使鑄件本體有缺損（吃肉）。

（4）溢流槽

①溢流槽要便于從鑄件上去除，并盡量不損傷鑄件本體。

②溢流槽上開設排氣槽時，需注意溢流口的位置，避免過早阻塞排氣槽，使排氣槽不起作用。

③不應在同一個溢流槽上開設幾個溢流口或開設一個很寬很厚的溢流口，以免金屬液中的冷液、渣、氣、塗料等從溢流槽中返回型腔，造成鑄件缺陷。

2、鑄造圓角（包括轉角）

鑄件圖上往往注明未注圓角R2等要求，我們在開制模具時切忌忽視這些未注明圓角的作用，決不可做成清角或過小的圓角。鑄造圓角可使金屬液填充順暢，使腔内氣體順序排出，并可減少應力集中，延長模具使用壽命。（鑄件也不易在該處出現裂紋或因填充不順而出現各種缺陷）。例标準油盤模上清角處較多，相對來說，目前兄弟油盤模開的最好，重機油盤的也較多。

3、脫模斜度在脫模方向嚴禁有人為造成的側凹（往往是試模時鑄件粘在模内，用不正确的方法處理時，例鑽、硬鑿等使局部凹入）。

4、表面粗糙度成型部位、澆注系統均應按要求認真打光，應順着脫模方向打光。由于金屬液由壓室進入澆注系統并填滿型腔的整個過程僅0.01-0.2秒的時間。為了減少金屬液流動的阻力，盡可能使壓力損失少，都需要流過表面的光潔度高。同時，澆注系統部位的受熱和受沖蝕的條件較惡劣，光潔度越差則模具該處越易損傷。

5、模具成型部位的硬度鋁合金：HRC46°左右銅：HRC38°左右加工時，模具應盡量留有修複的餘量，做尺寸的上限，避免焊接。壓鑄模具組裝的技術要求：

（1）、模具分型面與模闆平面平行度的要求。

（2）、導柱、導套與模闆垂直度的要求。

（3）、分型面上動、定模鑲塊平面與動定模套闆高出0.1-0.05mm。

6、推闆、複位杆與分型面平齊，一般推杆凹入0.1mm或根據用戶要求。

7、模具上所有活動部位活動可靠，無呆滞現象pin無串動。

8、滑塊定位可靠，型芯抽出時與鑄件保持距離，滑塊與塊合模後配合部位2/3以上。

9、澆道粗糙度光滑，無縫。

10、合模時鑲塊分型面局部間隙<0.05mm。

11、冷卻水道暢通，進出口标志。