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壓鑄模具
壓鑄模具是鑄造液態(tài)模鍛的一種方法， 一種在專用的壓鑄模鍛機(jī)上完成的工藝。它的基本工藝過(guò)程是：金屬液先低速或高速鑄造充型進(jìn)模具的型腔內(nèi)，模具有活動(dòng)的型腔面，它隨著金屬液的冷卻過(guò)程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的內(nèi)部組織達(dá)到鍛態(tài)的破碎晶粒。毛坯的綜合機(jī)械性能得到顯著的提高。
簡(jiǎn)介
壓鑄材料、壓鑄機(jī)、模具是壓鑄生產(chǎn)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(jī)地加以綜合運(yùn)用，使能穩(wěn)定地有節(jié)奏地和高效地生產(chǎn)出外觀、內(nèi)在質(zhì)量好的、尺寸符合圖樣或協(xié)議規(guī)定要求的合格鑄件，甚至優(yōu)質(zhì)鑄件的過(guò)程。
常見(jiàn)材質(zhì)
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(wèn)題，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(jiǎn)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(diǎn)合金 錫合金 鋅合金--------0.3-0.4% 0.4-0.6% 0.6-0.8% 鋁硅系--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(diǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)復(fù)雜
鋁合金 鋁硅系 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℃
硅黃銅 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(lái)計(jì)量。
②鋅合金的澆鑄溫度不能超過(guò)450℃，以免晶粒粗大。
設(shè)計(jì)過(guò)程
1、按照產(chǎn)品使用的材料類別、產(chǎn)品的形狀和精度等各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，訂出工藝。
2、確定產(chǎn)品在模具型腔中擺放的位置，進(jìn)行分型面、排溢系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
3、對(duì)各個(gè)活動(dòng)的型芯拼裝方式和固定方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4、抽芯距和力的設(shè)計(jì)。
5、頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
6、確定壓鑄機(jī)，對(duì)模架和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
7、核對(duì)模具和壓鑄機(jī)的相關(guān)尺寸，繪制模具及各個(gè)部件的工藝圖。
8、設(shè)計(jì)完成。
常見(jiàn)問(wèn)題
壓鑄模具表面溫度的控制對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量的壓鑄件來(lái)說(shuō)，是非常重要的。不平均或不適當(dāng)?shù)膲鸿T模具溫度亦會(huì)導(dǎo)致鑄件尺寸不穩(wěn)定，在生產(chǎn)過(guò)程中頂出鑄件變形，產(chǎn)生熱壓力、粘模、表面凹陷、內(nèi)縮孔及熱泡等缺陷。模溫差異較大時(shí)，對(duì)生產(chǎn)周期中的變量，如填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及噴涂時(shí)間等產(chǎn)生不同程度的影響。
1)．冷紋：
原因：熔湯前端的溫度太低，相疊時(shí)有痕跡．
改善方法：
1．檢查壁厚是否太薄(設(shè)計(jì)或制造) ，較薄的區(qū)域應(yīng)直接充填．
2．檢查形狀是否不易充填;距離太遠(yuǎn)、封閉區(qū)域(如鰭片(fin) 、凸起) 、被阻擋區(qū)域、圓角太小等均不易充填．并注意是否有肋點(diǎn)或冷點(diǎn)．
3．縮短充填時(shí)間．縮短充填時(shí)間的方法：…
4．改變充填模式．
5．提高模溫的方法：…
6．提高熔湯溫度．
7．檢查合金成分．
8．加大逃氣道可能有用．
9．加真空裝置可能有用．
2)．裂痕：
原因：1．收縮應(yīng)力．
2．頂出或整緣時(shí)受力裂開(kāi)．
改善方式：
1．加大圓角．
2．檢查是否有熱點(diǎn)．
3．增壓時(shí)間改變(冷室機(jī))．
4．增加或縮短合模時(shí)間．
5．增加拔模角．
6．增加頂出銷．
7．檢查模具是否有錯(cuò)位、變形．
8．檢查合金成分．
3)．氣孔：
原因：1．空氣夾雜在熔湯中．
2．氣體的來(lái)源：熔解時(shí)、在料管中、在模具中、離型劑．
改善方法：
1．適當(dāng)?shù)穆伲?/div>
2．檢查流道轉(zhuǎn)彎是否圓滑，截面積是否漸減．
3．檢查逃氣道面積是否夠大，是否有被阻塞，位置是否位於最后充填的地方．
4．檢查離型劑是否噴太多，模溫是否太低．
5．使用真空．
4)．空蝕：
原因：因壓力突然減小，使熔湯中的氣體忽然膨脹，沖擊模具，造成模具損傷．
改善方法：
流道截面積勿急遽變化．
5)．縮孔：
原因：當(dāng)金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時(shí)所占的空間變小，若無(wú)金屬補(bǔ)充便會(huì)形成縮孔．通常發(fā)生在較慢凝固處．
改善方法：
1．增加壓力．
2．改變模具溫度．局部冷卻、噴離型劑、降低模溫、．有時(shí)只是改變縮孔位置，而非消縮孔．
6)．脫皮：
原因：1．充填模式不良，造成熔湯重疊．
2．模具變形，造成熔湯重疊．
3．夾雜氧化層．
改善方法：
1．提早切換為高速．
2．縮短充填時(shí)間．
3．改變充填模式，澆口位置，澆口速度．
4．檢查模具強(qiáng)度是否足夠．
5．檢查銷模裝置是否良好．
6．檢查是否夾雜氧化層．
7)．波紋：
原因：第一層熔湯在表面急遽冷卻，第二層熔湯流過(guò)未能將第一層熔解，卻又有足夠的融合，造成組織不同．
改善方法：
1．改善充填模式．
2．縮短充填時(shí)間．
8)．流動(dòng)不良產(chǎn)生的孔：
原因：熔湯流動(dòng)太慢、或是太冷、或是充填模式不良，因此在凝固的金屬接合處有孔．
改善方法：
1．同改善冷紋方法．
2．檢查熔湯溫度是否穩(wěn)定．
3．檢查模具溫充是否穩(wěn)定．
9)．在分模面的孔：
原因：可能是縮孔或是氣孔．
改善方法：
1．若是縮孔，減小澆口厚度或是溢流井進(jìn)口厚度．
2．冷卻澆口．
3．若是氣孔，注意排氣或卷氣問(wèn)題．
10)．毛邊：
原因：1．鎖模力不足．
2．模具合模不良．
3．模具強(qiáng)度不足．
4．熔湯溫度太高．
11)．縮陷：
原因：縮孔發(fā)生在壓件表面下面．
改善方法：
1．同改善縮孔的方法．
2．局部冷卻．
3．加熱另一邊．
12)．積碳：
原因：離型劑或其他雜質(zhì)積附在模具上．
改善方法：
1．減小離型劑噴灑量．
2．升高模溫．
3．選擇適合的離型劑．
4．使用軟水稀釋離型劑．
13)．冒泡：
原因：氣體卷在鑄件的表面下面．
改善方式：
1．減少卷氣(同氣孔)．
2．冷卻或防低模溫．
14)．粘模：
原因：1．鋅積附在模具表面．
2．熔湯沖擊模具，造成模面損壞．
改善方法：
1．降低模具溫度．
2．降低劃面粗糙度．
3．加大拔模角．
4．鍍膜．
5．改變充填模式．
6．降低澆口速度
最新技術(shù)
各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但總的來(lái)說(shuō)可以分為以下三個(gè)大類：
(1)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù)；
(2)表面改性技術(shù)，包括表面熱擴(kuò)滲處理、表面相變強(qiáng)化、電火花強(qiáng)化技術(shù)等；
(3)涂鍍技術(shù)，包括化學(xué)鍍等。
壓鑄模具是模具中的一個(gè)大類。隨著我國(guó)汽車摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄行業(yè)迎來(lái)了發(fā)展的新時(shí)期，同時(shí)，也對(duì)壓鑄模具的綜合力學(xué)性能、壽命等提出了更高的要求。國(guó)際模協(xié)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝認(rèn)為，要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅依靠新型模具材料的應(yīng)用仍然很難滿足，必須將各種表面處理技術(shù)應(yīng)用到壓鑄模具的表面處理當(dāng)中才能達(dá)到對(duì)壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。在各種模具中，壓鑄模具的工作條件是較為苛刻的。壓力鑄造是使熔融金屬在高壓、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型，在工作過(guò)程中反復(fù)與熾熱金屬接觸，因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞、導(dǎo)熱性耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性、良好的脫模性等。因此，對(duì)壓鑄模具的表面處理技術(shù)要求較高。
1、傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù)
傳統(tǒng)的壓鑄模具熱處理工藝是淬火-回火，以后又發(fā)展了表面處理技術(shù)。由于可作為壓鑄模具的材料多種多樣，同樣的表面處理技術(shù)和工藝應(yīng)用在不同的材料上會(huì)產(chǎn)生不同的效果。史可夫提出針對(duì)模具基材和表面處理技術(shù)的基材預(yù)處理技術(shù)，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)不同的模具材料提出適合的加工工藝，從而改善模具性能，提高模具壽命。熱處理技術(shù)改進(jìn)的另一個(gè)發(fā)展方向，是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進(jìn)的表面處理工藝相結(jié)合，提高壓鑄模具的使用壽命。如將化學(xué)熱處理的方法碳氮共滲，與常規(guī)淬火、回火工藝相結(jié)合的NQN(即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲復(fù)合強(qiáng)化，不但得到較高的表面硬度，而且有效硬化層深度增加、滲層硬度梯度分布合理、回火穩(wěn)定性和耐蝕性提高，從而使得壓鑄模具在獲得良好心部性能的同時(shí)，表面質(zhì)量和性能大幅提高。
2、表面改性技術(shù)
表面熱擴(kuò)滲技術(shù)
這一類型中包括有滲碳、滲氮、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等。
滲碳和碳氮共滲
滲碳工藝應(yīng)用于冷、熱作和塑料模具表面強(qiáng)化中，都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具，先滲碳、再經(jīng)1140～1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達(dá)HRC56～61，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8～3.0倍。進(jìn)行滲碳處理時(shí)，主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳?xì)夥罩屑尤氲匦纬傻奶嫉矟B等。其中，真空滲碳和離子滲碳則是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，該技術(shù)具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點(diǎn)，將會(huì)在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
滲氮及有關(guān)的低溫?zé)釘U(kuò)滲技術(shù)
這一類型中包括滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、氧氮共滲、硫氮共滲以及硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。這些方法處理工藝簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)滲溫度較低一般為480～600℃、工件變形小，尤其適應(yīng)精密模具的表面強(qiáng)化，而且氮化層硬度高、耐磨性好，有較好的抗粘模性能。
3Cr2W8V鋼壓鑄模具，經(jīng)調(diào)質(zhì)、520～540℃氮化后，使用壽命較不氮化的模具提高2～3倍。美國(guó)用H13鋼制作的壓鑄模具，不少都要進(jìn)行氮化處理，且以滲氮代替一次回火，表面硬度高達(dá)HRC65～70，而模具心部硬度較低、韌性好，從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝，但當(dāng)?shù)瘜映霈F(xiàn)薄而脆的白亮層時(shí)，無(wú)法抵抗交變熱應(yīng)力的作用，極易產(chǎn)生微裂紋，降低熱疲勞抗力。因此，在氮化過(guò)程中，要嚴(yán)格控制工藝，避免脆性層的產(chǎn)生。國(guó)外提出采用二次和多次滲氮工藝。采用反復(fù)滲氮的辦法可以分解容易在服役過(guò)程中產(chǎn)生微裂紋的氮化物白亮層，增加滲氮層厚度，并同時(shí)使模具表面存在很厚的殘余應(yīng)力層，使模具的壽命得以明顯提高。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法。這些工藝在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，在國(guó)內(nèi)較少見(jiàn)。如TFI+ABI工藝，是在鹽浴氮碳共滲后再于堿性氧化性鹽浴中浸漬。工件表面發(fā)生氧化，呈黑色，其耐磨性、耐蝕性、耐熱性均得到了改善。經(jīng)此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數(shù)百小時(shí)。再如法國(guó)開(kāi)發(fā)的硫氮碳共滲后進(jìn)行氮化處理的oxynit工藝，應(yīng)用于有色金屬壓鑄模具則更具特點(diǎn)。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)壓鑄模具現(xiàn)狀：
我國(guó)壓鑄模具行業(yè)發(fā)展迅速，總產(chǎn)量增長(zhǎng)明顯，國(guó)產(chǎn)壓鑄模具總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，已經(jīng)躍居世界第二位，成為名符其實(shí)的壓鑄大國(guó)。能有如此成就主要源于我國(guó)憑借著得天獨(dú)厚的廣闊市場(chǎng)以及相對(duì)低廉的資源與勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)，已非常明顯的性價(jià)比在國(guó)際壓鑄件貿(mào)易市場(chǎng)中占據(jù)著較大優(yōu)勢(shì)，很據(jù)形勢(shì)來(lái)看，未來(lái)我國(guó)壓鑄行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。
雖然我國(guó)的壓鑄模具在“十一五”期間有了重大的突破。但是其國(guó)際知名度排位仍然靠后，產(chǎn)量也日益攀升但是大多數(shù)壓鑄模具僅供于國(guó)內(nèi)的需求。由于技術(shù)的制約使得質(zhì)量難以突破，同時(shí)國(guó)內(nèi)的一些大型需求企業(yè)也頻頻向國(guó)外的壓鑄模具企業(yè)伸出橄欖枝，嚴(yán)重的貿(mào)易逆差使得國(guó)內(nèi)壓鑄企業(yè)舉步維艱。
國(guó)際壓鑄模具現(xiàn)狀
在國(guó)際壓鑄模具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的情境下，日本壓鑄模具業(yè)也在努力降低生產(chǎn)成本。在市場(chǎng)規(guī)模上，不論產(chǎn)值或國(guó)內(nèi)需求以日本衰退最為明顯。日本模具廠商在技術(shù)上較重視拋光與研磨加工制程，德國(guó)模具廠商則由提高機(jī)械加工與放電加工的精度與效率著手，以降低手工加工的時(shí)間。日本壓鑄模具業(yè)正逐漸將技術(shù)含量不高的模具轉(zhuǎn)向人力成本低的地區(qū)生產(chǎn)，只在本國(guó)生產(chǎn)技術(shù)含量較高的產(chǎn)品，日本這種加快向國(guó)外轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，這使日本本國(guó)壓鑄模具使用量減少。
影響我國(guó)壓鑄模具業(yè)發(fā)展的因素分析
制約我國(guó)壓鑄模具行業(yè)發(fā)展的主要原因有：第一，國(guó)內(nèi)壓鑄模具在原材料的使用上面仍有許多不足之處；第二，技術(shù)的落后，是我國(guó)壓鑄模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到了非常大的阻礙；第三，我國(guó)壓鑄模具業(yè)的配套體系也不完善。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展
新型合金壓鑄模具產(chǎn)品在我國(guó)銷售良好，但這種現(xiàn)象并不代表著在全世界銷售都很好，國(guó)外市場(chǎng)的需求往往與國(guó)內(nèi)有著不同之處。據(jù)有關(guān)專家表示，制約我國(guó)壓鑄模具外銷的主要原因有三，第一，國(guó)內(nèi)壓鑄模具在原材料的使用上仍有很多不足之處；第二，技術(shù)的落后也是我國(guó)壓鑄模具業(yè)發(fā)展的阻礙之一；第三，我國(guó)壓鑄模具業(yè)的配套體系也不完善。這些是制約我國(guó)壓鑄模具業(yè)發(fā)展的瓶頸所在，我國(guó)壓鑄模具業(yè)只有突破了這些瓶頸，在國(guó)際市場(chǎng)上的占有率將大有提高。
壓鑄與模具既有區(qū)別又有聯(lián)系，壓鑄模具行業(yè)的誕生就是二者最完美的結(jié)合，換句話來(lái)說(shuō)，壓鑄、模具、壓鑄模具是三個(gè)不同的行業(yè)，其關(guān)系主要以幾個(gè)方式存在：壓鑄、模具一體化，模具全部自己制造，也很少給別的企業(yè)做模具；專業(yè)壓鑄模具制造，沒(méi)有壓鑄；只有壓鑄，沒(méi)有模具制造能力。隨著產(chǎn)業(yè)分工的加劇，產(chǎn)業(yè)界限的逐漸模糊以及產(chǎn)業(yè)交叉的發(fā)展，三個(gè)行業(yè)之間應(yīng)該加強(qiáng)聯(lián)系，互相學(xué)習(xí)，將三種行業(yè)融為一體，以“一體化”的形式存在，相信后期我國(guó)的壓鑄模具產(chǎn)業(yè)將會(huì)迎來(lái)更多更大的發(fā)展機(jī)遇和空間。
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