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(shù)優(yōu)化
試模的主要目的是要找出優(yōu)化的工藝參數(shù)和
模具修改方案，要求即便材料、機器設(shè)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(wěn)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(yīng)性”，而不僅僅是為了獲得幾件好的試模樣品。
1．1 找出模具存在的問題
模具工廠制作完成的模具，都希望是一副“適應(yīng)性”很好(即成型參數(shù)或工藝條件較寬)的模具。但往往由于設(shè)計時的考慮不周或制作過程中加工不到位，經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題，如尺寸超差、局部過渡不流暢、結(jié)構(gòu)不合適等，從而造成生產(chǎn)的鑄件不合格或模具試生產(chǎn)的無法進行。而試模正是找出模具問題最簡單、直接、有效的方式。
1．2 找出最佳的成形條件
在試模過程中，試模人員可以找出一組最適合的工藝數(shù)據(jù)，而該組數(shù)據(jù)可在批量生產(chǎn)時，作為設(shè)定機器參數(shù)的默認值，根據(jù)該組數(shù)據(jù)調(diào)整出模具批量生產(chǎn)的最佳工藝條件。
1．3 驗證CAE輔助設(shè)計，提高后續(xù)工作效率
CAE分析軟件，是以真實機器的規(guī)格、真實合金的性能以及真實的外部環(huán)境，通過計算機模擬，仿真計算的結(jié)果。模具設(shè)計人員根據(jù)模擬仿真情況，對模具設(shè)計做出相應(yīng)的修正;在真實機器試模時能夠?qū)⒎治鰯?shù)據(jù)直接作為預設(shè)數(shù)值輸入，試模人員可以藉此檢驗分析模具設(shè)計是否有欠缺之處?？梢詫⒃嚹＜娜毕菖c模擬結(jié)果進行對比分析，為后續(xù)的工藝參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)。
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?shù)挠涗?，對將來正式生產(chǎn)具有重要意義。
2．2 對模具進行嚴格檢查
根據(jù)模具的設(shè)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;弄清模具各個活動部位(抽芯和滑塊)的動作順序;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)時采用的壓鑄機型號相符，否則，可能導致模具無法使用。
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(chǔ)。
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，謹防吊裝模具時吊環(huán)滑扣。模具固定時，使用模架上開具模腳與壓鑄機T型槽相對應(yīng)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(shù)及調(diào)整
3．1 工藝參數(shù)設(shè)定原則
在試模設(shè)定工藝參數(shù)時，只要能使鑄件合格，達到客戶的技術(shù)要求，鋁液溫度、壓射速度、壓力等參數(shù)應(yīng)盡可能的低，以保護模具和機器。
3．2 試?；疽?/div>
試模盡可能采用與將來批量生產(chǎn)同樣的合金、模具溫度、澆注溫度及冷卻時間，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(shù)
實踐經(jīng)驗表明，對鑄件品質(zhì)有重要影響且可調(diào)整的主要參數(shù)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(zhuǎn)換位置(快壓射行程);⑥增壓觸發(fā)壓力及增壓比壓;⑦保壓和冷卻時間。
如澆注溫度過高，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，太厚的料餅厚度會帶來嚴重的安全隱患(實際生產(chǎn)中曾發(fā)生過因料餅太厚冷卻不足，沖頭跟出時將料餅擠破，內(nèi)部未冷卻的鋁液飛出，將操作人員燙傷的事故)。
不恰當?shù)穆龎荷渌俣葧箟菏抑械目諝獍碓诤辖鹨褐?，造成鑄件氣孔增加。模具設(shè)計完成后，快壓射行程即可以通過計算得到，一般與實際相差不大。快壓射轉(zhuǎn)換位置的確定可以這樣完成:壓射結(jié)束的位置后退一段(計算的快壓射行程)距離;再根據(jù)鑄件的生產(chǎn)情況進行少量的前后調(diào)整。
在試模過程中，調(diào)整參數(shù)時一般每次只調(diào)整一個參數(shù)，以便區(qū)分單一參數(shù)變化對鑄件品質(zhì)的影響。
3．4 對首模鑄件進行檢查，繼而對工藝參數(shù)進行調(diào)整在試模中做出第一模鑄件后，要進行以下檢查: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、收縮、飛邊、粘膜甚至損傷模具。根據(jù)檢查結(jié)果，再對工藝參數(shù)做出進一步的調(diào)整，以達到最佳的壓鑄工藝條件。
4 試模樣件的現(xiàn)場檢查
在試模過程中，工藝參數(shù)穩(wěn)定后生產(chǎn)的試模件，需要工藝人員根據(jù)客戶的要求進行現(xiàn)場檢查，主要檢查內(nèi)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(xù)的模具生產(chǎn)會帶來嚴重的事故隱患，如滑塊卡死、斜導柱斷裂等;③解剖鑄件檢查內(nèi)部氣孔、縮孔等;④鑄件外觀拉傷、拉裂等?，F(xiàn)場直觀可以判斷的模具問題需要處理后再繼續(xù)試制，盡可能提供給客戶良好的試模件。
現(xiàn)場工藝人員根據(jù)試模件的檢查情況，對后續(xù)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完成。
5 試模缺陷的分析解決實例
5．1 成型不良的改善
圖2是一個采用中心澆口的圓柱形鑄件，圓周設(shè)計了24個集渣包。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(shè)備型號為DCC630，壓鑄合金牌號為ADC12。依據(jù)以往的試模經(jīng)驗，這個鑄件壁厚均勻適中，采用中心澆口后，金屬液流程較短，應(yīng)該很好成形。但是，在試模時發(fā)現(xiàn)，鑄件成形不良，表面裂紋嚴重，且局部欠鑄，內(nèi)部氣孔及縮孔較大，滿足不了客戶的使用要求。
產(chǎn)生這種缺陷的原因有:①首先進入型腔的金屬液形成一個極薄的而又不完整的金屬層后，被后來的金屬液所彌補而留下的痕跡形成表面裂紋;②模溫過低;③內(nèi)澆口截面積過小及位置不當產(chǎn)生噴濺;④作用于金屬液上的壓力不足。
針對出現(xiàn)的問題，結(jié)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(yīng)在內(nèi)澆口設(shè)置不當;通過將試模樣品的澆道部分(見圖3)進行了解剖分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)澆口處的分流錐較長，結(jié)構(gòu)不合理，造成了內(nèi)澆口長度過長(一般內(nèi)澆口長度為2 mm左右即可)，導致金屬液填充過程中壓力損失較大，金屬液填充能量不足。針對這種情況，對分流錐做了修改，改進后的分流錐見圖4。經(jīng)過再次試模驗證，分流錐更改后，徹底解決了原有的成形不良問題，鑄件品質(zhì)得到了改善，滿足了客戶的要求。
5．2 局部縮孔的處理
圖5為摩托車用100型發(fā)動機的左前蓋。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(nèi)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(diào)節(jié)5圈，增壓3圈。在試模過程中發(fā)現(xiàn)，圖5中A處區(qū)域內(nèi)部縮孔嚴重，在后續(xù)加工時此區(qū)域有兩個M6的螺紋孔，由于鑄件內(nèi)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澆注溫度過高，模溫梯度分布不合理;③壓射比壓低;④內(nèi)澆口較小，過早凝固不利于壓力傳遞和金屬液補縮;⑤金屬液澆注量過少，余料餅太薄，起不到補縮作用。
根據(jù)上述工藝分析可知:對于此種薄壁鑄件，現(xiàn)行生產(chǎn)工藝基本正常;排除壓鑄工藝因素后，從鑄件的結(jié)構(gòu)上看，正如上述原因中的第一條所述，A處區(qū)域出現(xiàn)的較大的縮孔可能是由于此處的壁厚較大，其他部位較薄，澆口過早凝固造成填充過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(xù)有機加工M6螺紋需求，應(yīng)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(shè)計疏忽所導致的鑄件缺陷。
根據(jù)上述分析對模具進行了更改，在此處增加了4．5 mm的預留底孔芯子，再次進行試模后試加工，未再出現(xiàn)類似的縮孔，上述問題得到徹底的解決。
6 結(jié)語
試模是一個對模具使用情況的實際檢驗過程，試模后應(yīng)妥善保存試模過程中的樣品及檢驗記錄和工藝參數(shù)記錄(包括各種壓力、澆注溫度及模具溫度、時間等);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(chǔ);同時，也為今后類似的鑄件的模具設(shè)計積累了實踐經(jīng)驗，特別是為以后CAE充型模擬分析提供了真實參數(shù)設(shè)置依據(jù)。
解決試模中出現(xiàn)的各種問題，是一個耐心細致的工作，對鑄件結(jié)構(gòu)、壓鑄工藝、模具結(jié)構(gòu)要有詳細的了解，切不可盲目的對模具進行修改，以免造成不必要的損失。
最后，需要強調(diào)的是，試模的目的和重點在于優(yōu)化模具和工藝，以滿足批量生產(chǎn)的要求，而不僅僅是試驗出幾件鑄件試樣。
