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(jī)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(wèn)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(jì)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(xiàn)一些問(wèn)題，如尺寸超差、局部過(guò)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(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(shù)據(jù)，而該組數(shù)據(jù)可在批量生產(chǎn)時(shí)，作為設(shè)定機(jī)器參數(shù)的默認(rèn)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(yàn)證CAE輔助設(shè)計(jì)，提高后續(xù)工作效率
CAE分析軟件，是以真實(shí)機(jī)器的規(guī)格、真實(shí)合金的性能以及真實(shí)的外部環(huán)境，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，仿真計(jì)算的結(jié)果。模具設(shè)計(jì)人員根據(jù)模擬仿真情況，對(duì)模具設(shè)計(jì)做出相應(yīng)的修正;在真實(shí)機(jī)器試模時(shí)能夠?qū)⒎治鰯?shù)據(jù)直接作為預(yù)設(shè)數(shù)值輸入，試模人員可以藉此檢驗(yàn)分析模具設(shè)計(jì)是否有欠缺之處?？梢詫⒃嚹＜娜毕菖c模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(zhǔn)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(dāng)?shù)挠涗洠瑢?duì)將來(lái)正式生產(chǎn)具有重要意義。
2．2 對(duì)模具進(jìn)行嚴(yán)格檢查
根據(jù)模具的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)相關(guān)的尺寸(特別是澆口套接口尺寸)做詳細(xì)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(rèn)準(zhǔn)備采用的壓鑄機(jī)型號(hào)、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(jī)一定要與模具批量生產(chǎn)時(shí)采用的壓鑄機(jī)型號(hào)相符，否則，可能導(dǎo)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(jī)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(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(jǐn)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(jī)T型槽相對(duì)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(shí)，只要能使鑄件合格，達(dá)到客戶(hù)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(hù)模具和機(jī)器。
3．2 試?；疽?/div>
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(duì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)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(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(bǔ)縮，太厚的料餅厚度會(huì)帶來(lái)嚴(yán)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(nèi)部未冷卻的鋁液飛出，將操作人員燙傷的事故)。
不恰當(dāng)?shù)穆龎荷渌俣葧?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(shè)計(jì)完成后，快壓射行程即可以通過(guò)計(jì)算得到，一般與實(shí)際相差不大?？靿荷滢D(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(jì)算的快壓射行程)距離;再根據(jù)鑄件的生產(chǎn)情況進(jìn)行少量的前后調(diào)整。
在試模過(guò)程中，調(diào)整參數(shù)時(shí)一般每次只調(diào)整一個(gè)參數(shù)，以便區(qū)分單一參數(shù)變化對(duì)鑄件品質(zhì)的影響。
3．4 對(duì)首模鑄件進(jìn)行檢查，繼而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)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(zhǎng)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(jù)檢查結(jié)果，再對(duì)工藝參數(shù)做出進(jìn)一步的調(diào)整，以達(dá)到最佳的壓鑄工藝條件。
4 試模樣件的現(xiàn)場(chǎng)檢查
在試模過(guò)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(hù)的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，主要檢查內(nèi)容有:①主要部位的加工余量測(cè)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(duì)產(chǎn)品件尺寸影響不大，但對(duì)后續(xù)的模具生產(chǎn)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的事故隱患，如滑塊卡死、斜導(dǎo)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(chǎng)直觀可以判斷的模具問(wèn)題需要處理后再繼續(xù)試制，盡可能提供給客戶(hù)良好的試模件。
現(xiàn)場(chǎng)工藝人員根據(jù)試模件的檢查情況，對(duì)后續(xù)的模具修理給出修改建議。試模件的詳細(xì)檢查需由檢驗(yàn)人員做全尺寸檢驗(yàn)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(shè)計(jì)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(shè)備型號(hào)為DCC630，壓鑄合金牌號(hào)為ADC12。依據(jù)以往的試模經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)該很好成形。但是，在試模時(shí)發(fā)現(xiàn)，鑄件成形不良，表面裂紋嚴(yán)重，且局部欠鑄，內(nèi)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(bǔ)而留下的痕跡形成表面裂紋;②模溫過(guò)低;③內(nèi)澆口截面積過(guò)小及位置不當(dāng)產(chǎn)生噴濺;④作用于金屬液上的壓力不足。
針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合試模中的生產(chǎn)工藝及可能的原因，分析認(rèn)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(dāng);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(xiàn)，內(nèi)澆口處的分流錐較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)不合理，造成了內(nèi)澆口長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)(一般內(nèi)澆口長(zhǎng)度為2 mm左右即可)，導(dǎo)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(duì)這種情況，對(duì)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(yàn)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(jī)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(hào)為ADC12，澆注溫度為650℃，模具溫度為220℃，采用的壓鑄機(jī)型號(hào)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)，圖5中A處區(qū)域內(nèi)部縮孔嚴(yán)重，在后續(xù)加工時(shí)此區(qū)域有兩個(gè)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(yán)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(bǔ)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(nèi)澆口較小，過(guò)早凝固不利于壓力傳遞和金屬液補(bǔ)縮;⑤金屬液澆注量過(guò)少，余料餅太薄，起不到補(bǔ)縮作用。
根據(jù)上述工藝分析可知:對(duì)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(guò)早凝固造成填充過(guò)程中的補(bǔ)縮不足引起的凝
固收縮。由于鑄件的厚大部位后續(xù)有機(jī)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(jì)疏忽所導(dǎo)致的鑄件缺陷。
根據(jù)上述分析對(duì)模具進(jìn)行了更改，在此處增加了4．5 mm的預(yù)留底孔芯子，再次進(jìn)行試模后試加工，未再出現(xiàn)類(lèi)似的縮孔，上述問(wèn)題得到徹底的解決。
6 結(jié)語(yǔ)
試模是一個(gè)對(duì)模具使用情況的實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程，試模后應(yīng)妥善保存試模過(guò)程中的樣品及檢驗(yàn)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(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(chǔ);同時(shí)，也為今后類(lèi)似的鑄件的模具設(shè)計(jì)積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別是為以后CAE充型模擬分析提供了真實(shí)參數(shù)設(shè)置依據(jù)。
解決試模中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，是一個(gè)耐心細(xì)致的工作，對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)、壓鑄工藝、模具結(jié)構(gòu)要有詳細(xì)的了解，切不可盲目的對(duì)模具進(jìn)行修改，以免造成不必要的損失。
最后，需要強(qiáng)調(diào)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(yàn)出幾件鑄件試樣。
