提高铝合金压铸模使用寿命的具体路径

费彬 罗海亮 孙键

摘 要：现代制造工业，产品越来越体现出轻量化的发展趋势，采用铝合金压铸模不仅能够极大降低制造成本，而且加工工艺流程得以简化，提高了生产制造效率。工业发达国家用铝合金铸件代替钢铁铸件正在成为重要的发展趋势。但是铝材质本身特性决定了铝合金压铸模在使用过程中容易产生磨损、形变等多种缺陷，如何提高铝合金压铸模的使用寿命一直是人们研究的重要课题。本文简要分析铝合金压铸的特性，并以此为基础探讨提高其使用寿命的具体路径。

关键词：铝合金；压铸模具；使用寿命；提高；分析

概述

铝合金压铸工艺自诞生之日起，就以其成型精密度高、表面质量高、生产效率高的优点迅速得以推广应用。虽然在后期应用过程中出现了很多不同的模具型腔成型技术，但其基本方法和过程没有发生改变。首先，形成高温环境，把高温下熔融的铝合金金属液在一定的压力和速度的条件下注入模具型腔内，然后冷却成形。通常情况下，压铸工艺会出现难以避免的大大小小缺陷，这些缺陷严重影响着铸件模具的使用寿命。随着技术水平和产品开发能力的提高，铝合金压铸产品的种类和应用领域在不断扩宽，其合金种类、压铸设备、压铸模具和压铸工艺都发生了巨大的變化。

1，铝合金压铸模工艺方法

长期以来，人们为了拓宽压铸件的应用范围，提高压铸件的力学性能，研究了一些新的压铸方法，如层流充填法（超低速压铸法）、充氧压铸法以及真空压铸法等。上述方法的主要目的都在于减少金属液充填过程中的卷气现象，从而提高铸件的力学性能。由于层流充填法存在生产效率低，充氧压铸法存在操作工序复杂、工艺参数不易控制等缺点，所以实际生产中这两种方法应用的并不多。而真空压铸法则是将型腔中的气体抽出，金属液在真空状态下充填型腔，因而卷入的气体少，铸件的力学性能得到提高。并且真空压铸和普通压铸方法一样，操作方便，不降低生产效率。所以真空压铸法自出现以来，表现出强大的生命力，随着相关技术的发展，其应用将越来越广泛。

高速压射时模具型腔中的气体不能被有效排除，留存在铸件内部，形成气孔缺陷，导致铸件的力学性能变差。为了解决这个问题人 们采用抽真空的方法，即压铸时抽出型腔中的气体，形成一定的真空或负压状态，从而减少了铸件内部的气孔缺陷。

2，铝合金压铸模损坏原因分析

压铸铝合金按性能可分为中低强度（如中国的Y102）和高强度（如中国的Y112）两种。目前工业上应用的压铸铝合金主要有以下几大系列：Al—51、Al—Mg、Al—Si—Cu、Al—Si—Mg、AI-Si—Cu—Mg、Al—Zn等。工业发达国家应用的主要压铸铝合金系列。在铝合金压铸生产中，模具破碎是最常见的方法是裂纹、裂纹。压力是导致模具破损的首要原因。

在压铸生产过程中，模具的温度是非常重要的参数指标，必须在分模前把模具预热到足够高的温度。否则，当高温金属溶液被填充时，会突然冷却，由此会进一步增加模具前、后层的温度梯度，构成热应力，在热应力的作用下模具表面极易产生破损或开裂。

另外，应严格控制生产过程中模具的温度，尽可能使其保持在一定区间范围内的稳定，模具温度有时会升高，当模具温度过热时，模具容易粘附，会损坏型运动部件的外观下降。鉴于这一方面的考虑，目前多数的厂家在模具系统上增加了冷却温度控制系统，其目的便是保持模具的工作温度在不可避免的极限之内。

对于合金灌装型模具，金属溶液是高压的时候，是高速填充的，因为严重的冲击模具内壁，在高压的机械应力和热应力同时作用下，金属液体、杂质和气体会产生模具外观和内部复杂的化学效应，从而加速对模具的侵蚀，导致裂纹的发生。当气体包裹在金属溶液中时，它以前在空腔的低压部分膨胀，气体的压力很高，发生向内吹，可以通过撕裂空腔的金属表面的质量点来划伤，在空泡中出现裂纹。对于型开式模具在核心冲孔和模具开孔过程中，一些部件变形，出现机械应力也会在一定程度上导致模具失效。

3，提高铝合金模具的使用寿命方法

（1）减少性的热应力发生。

浇注过程中模具的外表面在温度升高时受到压缩应力的影响，在结晶器开口中挤压铸件时，模具的外表面在冷却过程中受到拉伸应力的影响如，这种交变应力重复了轮回，模具内积累的应力会越来越大，当应力超过材料极限时，模具表面就会出现裂纹。提高铝合金模具的使用寿命要在铝合金压铸的生产过程中，减少模具与金属溶液之间的换热，或者减少此种热换作用产生的影响，使模具的外观不会随着周期性的温度变化而产生周期性的热膨胀和缩短。

（2）提高模具冷却效率

铝合金模具的材料一般由特殊模具通过各种加工制成。在使用模具的状态下，模具温度过高往往会在岩心表面出现早期裂纹。由于模具在制造过程中温度过高，核心的颜色发生了变化，模具在测量后达到了400度。这样的温度在遇到冷的模切剂的状态下也容易开裂，而制造的产品很容易变形，而且处于容易拉伤的状态。如果正确使用高效的模具冷却系统，模具不仅使用寿命更长，而且还将提高生产率。在实际生产中，我们总是忽视其重要性，有些公司以节省成本时不使用冷却水，也不使用其他任何冷却方法。因此对定制的模具造成了严重损害。

当使用模具冷却水时，一方面，能够大大减少对拆卸剂的使用，从而使操作员不使用拆卸剂降低模具的温度。另一方面，能够通过有效延长模具寿命、节省压铸周期、提高产品质量、减少模具类型和铝划痕的情况，在一定程度上也会减少由于模具温度过热而造成的喷射器引脚和芯的损失。

（3）做好模具的预热控制

根据铝合金模具加工工艺流程，铝合金模具必须在制造之初进行预热，这一步骤可防止在冷模中遇到突然的热金属液体，使海龟开裂，复杂的模具可用于燃烧器、液化气、条件良好的模块化设备进行预热处理。模具与金属液的热交换达到理想的热平衡，即模具在吸收热量和排放热量相等，达到动态热平衡，工艺选定后其模具温度达到铸件工作温度的范围，对容易形成热节的地方进行定点冷却以促进热平衡的形成。

预热的温度不仅决定铸件质量，而且还严重影响模具使用寿命和生产效率。因此要保证参数可控，尽量采用自动温度控制系统。压铸模具预热温度的控制是一个多种方式的结合，不能认为只采用一种温度控制方式就能控制好模具温度，要针对压铸生产过程中以及压铸模具的不同情况，采用不同的温度控制方法。预热处理的温度要满足模具内温度场在工艺要求范围内，这样才能获得外观和内部质量合格的铸件，反之温度过高就会形成拉伤、气泡等缺陷，延长了冷却时间，无法满足对生产效率的要求；温度过低则会产生冷隔、浇不足、气孔等缺陷，导致生产出的产品质量不达标。

4，总结

压铸模具长期在高温、高压环境下生产，如果再加上模具温度场不稳定，长期周期性热膨胀和收缩，模具更容易失效，大大缩短了使用寿命，也降低了生产效率。铝合金压铸生产过程中，温度是核心工艺要素之一，提高模具使用寿命关键在于如何实现模具热平衡，使模具内建立起稳定的温度场分布，相信随着压铸技术的发展，新的控制方式肯定能进一步提升模具温度控制的水平，解决好铝合金模具在生产过程中的寿命问题。

参考文献：

[1] 孟广治.浅析铝合金模具温度监控系统的设计要点[J].机械研究与应用，2015（4）：37-38.

[2] 王至中.铝合金材料的应用要点分析[J].工程与技术，2016（17）.

[3] 常琪.浅析合金模具使用过程中龟裂纹缺陷产生的原因及预防办法[J].工艺加工，2013（6）：115-115.

[4] 姜浩田.提高3Cr2W8V铝合金压铸模使用寿命的措施[J].热加工工艺，2015（12）.

（作者单位：湖州安达汽车配件有限公司）