壓鑄模具的試模
/ 2021/6/5 10:38:08
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1 壓鑄模的試模和工藝參數優(yōu)化
試模的主要目的是要找出優(yōu)化的工藝參數和
模具修改方案，要求即便材料、機器設定或者環(huán)境等因素發(fā)生了變化，依然能夠確保模具能穩定和不間斷地批量生產(chǎn)合格的產(chǎn)品，違禁詞限度地提高模具的“適應性”，而不僅僅是為了獲得幾件好的試模樣品。
1．1 找出模具存在的問(wèn)題
模具工廠(chǎng)制作完成的模具，都希望是一副“適應性”很好(即成型參數或工藝條件較寬)的模具。但往往由于設計時(shí)的考慮不周或制作過(guò)程中加工不到位，經(jīng)常會(huì )出現一些問(wèn)題，如尺寸超差、局部過(guò)渡不流暢、結構不合適等，從而造成生產(chǎn)的鑄件不合格或模具試生產(chǎn)的無(wú)法進(jìn)行。而試模正是找出模具問(wèn)題最簡(jiǎn)單、直接、有效的方式。
1．2 找出最佳的成形條件
在試模過(guò)程中，試模人員可以找出一組最適合的工藝數據，而該組數據可在批量生產(chǎn)時(shí)，作為設定機器參數的默認值，根據該組數據調整出模具批量生產(chǎn)的最佳工藝條件。
1．3 驗證CAE輔助設計，提高后續工作效率
CAE分析軟件，是以真實(shí)機器的規格、真實(shí)合金的性能以及真實(shí)的外部環(huán)境，通過(guò)計算機模擬，仿真計算的結果。模具設計人員根據模擬仿真情況，對模具設計做出相應的修正;在真實(shí)機器試模時(shí)能夠將分析數據直接作為預設數值輸入，試模人員可以藉此檢驗分析模具設計是否有欠缺之處。可以將試模件的缺陷與模擬結果進(jìn)行對比分析，為后續的工藝參數設定提供依據。
2 試模前的準備工作
2．1 確定合理的試模步驟
試模的目的之一是為了以后的順利生產(chǎn)，確定合理的試模步驟，并做適當的記錄，對將來(lái)正式生產(chǎn)具有重要意義。
2．2 對模具進(jìn)行嚴格檢查
根據模具的設計圖紙，對相關(guān)的尺寸(特別是澆口套接口尺寸)做詳細檢查;弄清模具各個(gè)活動(dòng)部位(抽芯和滑塊)的動(dòng)作順序;確認準備采用的壓鑄機型號、壓射位置、油管接口、壓室直徑和接口尺寸等與模具實(shí)際要求一致。特別要注意試模采用的壓鑄機一定要與模具批量生產(chǎn)時(shí)采用的壓鑄機型號相符，否則，可能導致模具無(wú)法使用。
2．3 檢查壓室與澆口套以及它們與沖頭之間的間隙
模具與壓鑄機接口尺寸配合見(jiàn)圖1，圖1中的D1與D2、d1與d2以及H與h的配合間隙至關(guān)重要;其良好的配合間隙是保證壓鑄件品質(zhì)的基礎。
2．4 模具的固定
吊裝模具前必須檢查吊環(huán)孔螺紋精度及有效螺紋深度，謹防吊裝模具時(shí)吊環(huán)滑扣。模具固定時(shí)，使用模架上開(kāi)具模腳與壓鑄機T型槽相對應的U型槽，這樣既方便模具安裝，又能確保安裝牢靠。
3 影響鑄件品質(zhì)的試模工藝參數及調整
3．1 工藝參數設定原則
在試模設定工藝參數時(shí)，只要能使鑄件合格，達到客戶(hù)的技術(shù)要求，鋁液溫度、壓射速度、壓力等參數應盡可能的低，以保護模具和機器。
3．2 試模基本要求
試模盡可能采用與將來(lái)批量生產(chǎn)同樣的合金、模具溫度、澆注溫度及冷卻時(shí)間，這些因素都將極大地影響到對鑄件尺寸的正確判定。選擇合適的壓鑄涂料也至關(guān)重要。
3．3 7組主要工藝參數
實(shí)踐經(jīng)驗表明，對鑄件品質(zhì)有重要影響且可調整的主要參數有以下7組:①金屬液的澆注溫度及澆注量(余料餅厚度);②模具溫度;③慢壓射速度;④快壓射速度及壓射壓力(快壓射蓄能器充油壓力);⑤快壓射轉換位置(快壓射行程);⑥增壓觸發(fā)壓力及增壓比壓;⑦保壓和冷卻時(shí)間。
如澆注溫度過(guò)高，則合金收縮大，使鑄件容易產(chǎn)生裂紋、晶粒粗大、還易造成粘型;澆注溫度過(guò)低，鑄件易產(chǎn)生冷隔、表面裂紋和澆不足等缺陷。一般從余料餅厚度來(lái)判斷金屬澆注量是否合適，料餅厚度太薄不利于鑄件的補縮，太厚的料餅厚度會(huì )帶來(lái)嚴重的安全隱患(實(shí)際生產(chǎn)中曾發(fā)生過(guò)因料餅太厚冷卻不足，沖頭跟出時(shí)將料餅擠破，內部未冷卻的鋁液飛出，將操作人員燙傷的事故)。
不恰當的慢壓射速度會(huì )使壓室中的空氣包卷在合金液中，造成鑄件氣孔增加。模具設計完成后，快壓射行程即可以通過(guò)計算得到，一般與實(shí)際相差不大。快壓射轉換位置的確定可以這樣完成:壓射結束的位置后退一段(計算的快壓射行程)距離;再根據鑄件的生產(chǎn)情況進(jìn)行少量的前后調整。
在試模過(guò)程中，調整參數時(shí)一般每次只調整一個(gè)參數，以便區分單一參數變化對鑄件品質(zhì)的影響。
3．4 對首模鑄件進(jìn)行檢查，繼而對工藝參數進(jìn)行調整在試模中做出第一模鑄件后，要進(jìn)行以下檢查:①余料餅厚度;②增壓比壓;③充模速度;④鑄件頂出長(cháng)度;⑤鑄件、澆口及渣包的質(zhì)量。上述檢查的目的是為了防止成品充不滿(mǎn)、收縮、飛邊、粘膜甚至損傷模具。根據檢查結果，再對工藝參數做出進(jìn)一步的調整，以達到最佳的壓鑄工藝條件。
4 試模樣件的現場(chǎng)檢查
在試模過(guò)程中，工藝參數穩定后生產(chǎn)的試模件，需要工藝人員根據客戶(hù)的要求進(jìn)行現場(chǎng)檢查，主要檢查內容有:①主要部位的加工余量測量;②鑄件的毛刺飛邊分布，特別是有滑塊的鑄件，滑塊分型面處的跑水雖然對產(chǎn)品件尺寸影響不大，但對后續的模具生產(chǎn)會(huì )帶來(lái)嚴重的事故隱患，如滑塊卡死、斜導柱斷裂等;③解剖鑄件檢查內部氣孔、縮孔等;④鑄件外觀(guān)拉傷、拉裂等。現場(chǎng)直觀(guān)可以判斷的模具問(wèn)題需要處理后再繼續試制，盡可能提供給客戶(hù)良好的試模件。
現場(chǎng)工藝人員根據試模件的檢查情況，對后續的模具修理給出修改建議。試模件的詳細檢查需由檢驗人員做全尺寸檢驗以及鑄件的試加工來(lái)完成。
5 試模缺陷的分析解決實(shí)例
5．1 成型不良的改善
圖2是一個(gè)采用中心澆口的圓柱形鑄件，圓周設計了24個(gè)集渣包。鑄件質(zhì)量為2 160 g，平均壁厚約為4mm，鑄件直徑為220 mm，高約80 mm，沖頭直徑為80mm，澆注溫度為670℃，模具溫度為220℃，采用設備型號為DCC630，壓鑄合金牌號為ADC12。依據以往的試模經(jīng)驗，這個(gè)鑄件壁厚均勻適中，采用中心澆口后，金屬液流程較短，應該很好成形。但是，在試模時(shí)發(fā)現，鑄件成形不良，表面裂紋嚴重，且局部欠鑄，內部氣孔及縮孔較大，滿(mǎn)足不了客戶(hù)的使用要求。
產(chǎn)生這種缺陷的原因有:①首先進(jìn)入型腔的金屬液形成一個(gè)極薄的而又不完整的金屬層后，被后來(lái)的金屬液所彌補而留下的痕跡形成表面裂紋;②模溫過(guò)低;③內澆口截面積過(guò)小及位置不當產(chǎn)生噴濺;④作用于金屬液上的壓力不足。
針對出現的問(wèn)題，結合試模中的生產(chǎn)工藝及可能的原因，分析認為:造成產(chǎn)品缺陷的主要原因應在內澆口設置不當;通過(guò)將試模樣品的澆道部分(見(jiàn)圖3)進(jìn)行了解剖分析發(fā)現，內澆口處的分流錐較長(cháng)，結構不合理，造成了內澆口長(cháng)度過(guò)長(cháng)(一般內澆口長(cháng)度為2 mm左右即可)，導致金屬液填充過(guò)程中壓力損失較大，金屬液填充能量不足。針對這種情況，對分流錐做了修改，改進(jìn)后的分流錐見(jiàn)圖4。經(jīng)過(guò)再次試模驗證，分流錐更改后，徹底解決了原有的成形不良問(wèn)題，鑄件品質(zhì)得到了改善，滿(mǎn)足了客戶(hù)的要求。
5．2 局部縮孔的處理
圖5為摩托車(chē)用100型發(fā)動(dòng)機的左前蓋。鑄件平均壁厚為2．5 mm，毛坯件質(zhì)量為425 g，全部渣包質(zhì)量為330 g，內澆口截面積為160 mm2，沖頭直徑為60mm,壓鑄合金牌號為ADC12，澆注溫度為650℃，模具溫度為220℃，采用的壓鑄機型號為DCC400，二快行程為108 mm，快壓射速度調節5圈，增壓3圈。在試模過(guò)程中發(fā)現，圖5中A處區域內部縮孔嚴重，在后續加工時(shí)此區域有兩個(gè)M6的螺紋孔，由于鑄件內部孔洞造成鉆頭及絲錐等斷裂，嚴重影響了鑄件的品質(zhì)。
鑄件產(chǎn)生縮孔的原因有:①鑄件在凝固過(guò)程中，因收縮得不到金屬液補充而造成的孔洞;②澆注溫度過(guò)高，模溫梯度分布不合理;③壓射比壓低;④內澆口較小，過(guò)早凝固不利于壓力傳遞和金屬液補縮;⑤金屬液澆注量過(guò)少，余料餅太薄，起不到補縮作用。
根據上述工藝分析可知:對于此種薄壁鑄件，現行生產(chǎn)工藝基本正常;排除壓鑄工藝因素后，從鑄件的結構上看，正如上述原因中的第一條所述，A處區域出現的較大的縮孔可能是由于此處的壁厚較大，其他部位較薄，澆口過(guò)早凝固造成填充過(guò)程中的補縮不足引起的凝
固收縮。由于鑄件的厚大部位后續有機加工M6螺紋需求，應盡可能的在模具上放置型芯，鑄件上做出底孔。這是典型的設計疏忽所導致的鑄件缺陷。
根據上述分析對模具進(jìn)行了更改，在此處增加了4．5 mm的預留底孔芯子，再次進(jìn)行試模后試加工，未再出現類(lèi)似的縮孔，上述問(wèn)題得到徹底的解決。
6 結語(yǔ)
試模是一個(gè)對模具使用情況的實(shí)際檢驗過(guò)程，試模后應妥善保存試模過(guò)程中的樣品及檢驗記錄和工藝參數記錄(包括各種壓力、澆注溫度及模具溫度、時(shí)間等);這些記錄是今后分析、修改模具以及制定批量生產(chǎn)工藝的基礎;同時(shí)，也為今后類(lèi)似的鑄件的模具設計積累了實(shí)踐經(jīng)驗，特別是為以后CAE充型模擬分析提供了真實(shí)參數設置依據。
解決試模中出現的各種問(wèn)題，是一個(gè)耐心細致的工作，對鑄件結構、壓鑄工藝、模具結構要有詳細的了解，切不可盲目的對模具進(jìn)行修改，以免造成不必要的損失。
最后，需要強調的是，試模的目的和重點(diǎn)在于優(yōu)化模具和工藝，以滿(mǎn)足批量生產(chǎn)的要求，而不僅僅是試驗出幾件鑄件試樣。
