壓鑄模具設(shè)計(jì)對模具壽命的影響

壓鑄模具設(shè)計(jì)是影響壓鑄模具壽命的另一重要因素，模具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接影響壓鑄模具壽命。因此，在壓鑄模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)鑄件的特性，充分考量影響模具壽命的因素，合理地設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，要在前期對于影響模具壽命的鑄件設(shè)計(jì)及時(shí)提出改進(jìn)意見，或采取合理的措施予以解決。

1、模具強(qiáng)度是否足夠

模具強(qiáng)度是否足夠是影響模具壽命的重要因素，對于這一點(diǎn)中國目前大部分企業(yè)，包括壓鑄企業(yè)在采購模具時(shí)，普遍特別關(guān)注模具價(jià)格，甚至認(rèn)為，只要能壓鑄出合格產(chǎn)品就行，對于模具大小，模具強(qiáng)度是否足夠沒有引起足夠重視。同時(shí)，很多壓鑄模具制造企業(yè)為了取得訂單，往往把模具價(jià)格壓低，而在模具制作時(shí)能省則省，以降低成本。模具強(qiáng)度如果不夠不僅影響模具可靠性，也影響模具壽命。實(shí)際上從壓鑄生產(chǎn)的角度來看，這樣的模具并不經(jīng)濟(jì)。壓鑄模具如果強(qiáng)度不夠，剛性差，模具在不斷的受沖擊、受壓的情況下，就會(huì)過早的開裂。并且由于封鋁面太少，會(huì)造成模具竄鋁，不及時(shí)清理又壓踏模具，造成模具損壞。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮模具強(qiáng)度，確保模具壽命。

a 硬度硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據(jù)其工作條件，一般要求保持在HRC40～55范圍。對于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

b 紅硬性在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩(wěn)定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180～250℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550～600℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能。 鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

c 抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度模具在使用過程中經(jīng)常受到強(qiáng)度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)的條件接近于模具的實(shí)際工作條件（例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度與沖頭工作時(shí)所表現(xiàn)出來的變形抗力較為吻合）。 抗彎試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變量的絕對值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。

2、模具內(nèi)澆口速度是否合適，應(yīng)盡量偏低

壓鑄模具內(nèi)澆口的設(shè)計(jì)既是影響鑄件質(zhì)量的重要因素，同時(shí)又直接影響壓鑄模具壽命，因此在壓鑄模具設(shè)計(jì)時(shí)必須高度重視。壓鑄模具內(nèi)澆口速度越快，對模具型腔的沖擊越大，模具型腔的瞬間升溫越大，模具越容易出現(xiàn)表面龜裂或開裂。壓鑄模具內(nèi)澆口一般在30-70米/秒為宜，并且在確保產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，盡量偏低，這樣，可以降低對模具的沖擊，從而延長模具壽命。在一定的壓射條件下，內(nèi)澆口面積過大時(shí)，會(huì)使填充速度過低，金屬過早凝固，甚至導(dǎo)致充填不足；而過小的內(nèi)澆口面積，會(huì)使噴射加劇，增加熱量損失，產(chǎn)生渦流并卷入過多的氣體，對模具沖刷加劇，導(dǎo)致模具早期報(bào)廢。

a. 內(nèi)澆口截面積的大小，常常是憑經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)繪圖過程中來確定的，單純地依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算內(nèi)澆口的截面積，割裂了內(nèi)澆口截面積與充填速度和充填時(shí)間的密切聯(lián)系，內(nèi)澆口截面積與充填速度和充填時(shí)間之間存在著不能有效匹配的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)結(jié)果能在多大的工藝范圍內(nèi)進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)者并不清楚。

b. 內(nèi)澆口截面積相差懸殊，生產(chǎn)實(shí)踐中模具內(nèi)澆口截面積與壓鑄件不匹配的情況屢見不鮮，當(dāng)這種不匹配性差距不大時(shí)，其表現(xiàn)并不是很明顯，在模具使用中，操作人員常常會(huì)感到模具不好用；當(dāng)其差距較大時(shí)就會(huì)明顯的表現(xiàn)出來，壓鑄件無法成形、廢品率高、質(zhì)量不穩(wěn)定。

c. 生產(chǎn)過程中就會(huì)對工藝參數(shù)要求很高，工藝的略微波動(dòng)會(huì)造成壓鑄件表面產(chǎn)生各種各樣的缺陷，這樣的模具如果放到一臺性能更高的壓鑄機(jī)上生產(chǎn)也有可能順利的生產(chǎn)合格的壓鑄件，但在現(xiàn)有的壓鑄機(jī)上是很難正常生產(chǎn)的。

3、模具滑塊鎖緊塊強(qiáng)度是否足夠

由于壓鑄是高速、高壓，壓鑄模具滑塊受的沖擊力非常大，壓鑄比壓一般選擇在400-900公斤/平方厘米，以滑塊投影100×100mm,為例，作用力就有40噸-90噸之大，因此，目前很多壓鑄模具企業(yè)在設(shè)計(jì)模具時(shí)普遍為了節(jié)省材料，模具設(shè)計(jì)偏小，鎖緊塊不夠大，強(qiáng)度不夠，從而造成滑塊鎖不住。不但會(huì)影響鑄件質(zhì)量，同時(shí)，容易造成竄鋁，造成滑塊卡死，造成模具鎖緊部分變形或開裂，從而損壞模具，影響模具壽命。因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)必須確保模具滑塊鎖緊塊強(qiáng)度足夠，確保模具的可靠性，延長模具壽命。

4、模具型腔封鋁面是否足夠

由于壓鑄是高溫、高速、高壓，壓鑄模具竄鋁是時(shí)有發(fā)生的，究其原因，除了壓鑄參數(shù)選擇不當(dāng)，壓射速度過快，壓力太大，鎖模力不夠等以外，模具設(shè)計(jì)不合理，封鋁面不夠也是其中重要的原因。如果模具竄鋁，一方面直接影響鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，另一方面，由于在壓鑄過程中，沒有及時(shí)或難以清理，這樣會(huì)把模具擠壞，造成模具分型面塌陷。更嚴(yán)重的在有滑塊結(jié)構(gòu)的模具中，如果竄鋁竄到滑塊間隙里，在合模時(shí)由于鎖模力非常大，會(huì)把滑塊或滑塊座擠壞，甚至擠裂模架。這樣的現(xiàn)象在壓鑄企業(yè)里經(jīng)常發(fā)生。究其原因，主要是壓鑄企業(yè)或模具制造企業(yè)為了節(jié)省費(fèi)用，把模具做的過小，封鋁面不夠大而造成的。有一個(gè)現(xiàn)象，值得我們反思，日本人是很節(jié)約的，但是，日本人做的壓鑄模具基本上比中國大部分廠家做的模具大，為什么？因?yàn)閴鸿T模具如果僅僅考慮成本，而忽略了模具最關(guān)鍵的特性，即：可靠性、成品率、生產(chǎn)效率、壽命，將是得不償失。這也是中國壓鑄模具與國外先進(jìn)國家模具的差距所在。這個(gè)觀念不僅僅是壓鑄模具制造企業(yè)需要改變，同樣也是壓鑄模具使用企業(yè)應(yīng)該扭轉(zhuǎn)的。 因此，在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)高度關(guān)注封鋁面特別是在滑塊部位的封鋁面，必須足夠，以確保不竄鋁，從而延長模具壽命。

5、模具冷卻（加溫）設(shè)計(jì)是否合理，模具溫度場是否合理

模具冷卻水設(shè)計(jì)在壓鑄模具的設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要環(huán)節(jié)，在中國大部分壓鑄模具制造廠家，往往對于澆注系統(tǒng)非常重視。

模具的溫度會(huì)過高甚至達(dá)到無法正常生產(chǎn)的底部；模具也有可能由于溫度過高造成模具變形超標(biāo)而報(bào)廢；更會(huì)造成模具壽命大幅度降低；還有就是會(huì)造成模具表面高溫氧化失效。

很多廠家在使用模流分析軟件時(shí)，往往對于填充部分研究得很多,而對于模具溫度場變化研究的不多。實(shí)際上在壓鑄生產(chǎn)中，模具冷卻、模具溫度場變化，對于生產(chǎn)效率、鑄件質(zhì)量以及模具壽命都是至關(guān)重要的。有條件可以使用壓鑄專用模溫機(jī)，有助于提高生產(chǎn)效率，提高鑄件質(zhì)量，同時(shí)也可以延長模具壽命。 鋁合金壓鑄模具在使用過程中，由于液態(tài)鋁合金在瞬間填充模具型腔使得模具表面承受高溫而表面溫度升高。壓鑄鋁合金產(chǎn)品的冷卻成形是模具材料做為導(dǎo)熱體把鋁合金凝固過程散發(fā)的熱量傳遞到模具內(nèi)部。由于壓鑄成形的產(chǎn)品形狀不規(guī)則，即產(chǎn)品的厚度不均勻，那么鑄件產(chǎn)品在凝固過程中所散發(fā)的熱量是不同的。模具設(shè)計(jì)過程中，需要有效的設(shè)計(jì)模具的內(nèi)冷卻水道分布使得模具表面溫度差降低到最小。這樣才能減少模具表面溫度差異從而控制壓鑄產(chǎn)品的變形，減少縮孔的發(fā)生，保證班產(chǎn)量與生產(chǎn)節(jié)拍。 模具溫度場的控制需要在模具設(shè)計(jì)的初期就考慮周全。也就是說，需要設(shè)定好班產(chǎn)量與生產(chǎn)節(jié)拍（如：60件產(chǎn)品／小時(shí)）從而了解模具在生產(chǎn)過程中所散發(fā)的熱功率。在了解模具不同厚薄部分在生產(chǎn)時(shí)所散發(fā)的熱功率后，計(jì)算出冷卻水道的直徑，距離表面的距離，以及冷卻水的流量，從而控制模具表面溫度在240度。 目前常見的問題是，溫度場的建立不是在計(jì)算的基礎(chǔ)之上，而且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)大致估計(jì)一下冷卻水道距離表面的距離，以及冷卻水道的孔徑。其結(jié)果是，模具表面溫度難達(dá)到均勻。當(dāng)模具局部有過熱時(shí)，采用大量噴涂脫模劑的方法來冷卻模具。這樣的結(jié)果是，模具在使用很短一段時(shí)間后，如3000多模次，模具表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋。在其后的生產(chǎn)過程中，由于模具持續(xù)承受劇烈的冷／熱循環(huán)導(dǎo)致模具早期失效達(dá)不到預(yù)定的8－10萬模次壽命要求。從而大大的減少的模具的壽命。因此，優(yōu)化模具冷卻（加溫）設(shè)計(jì)是提高模具成品率、生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，同時(shí)也是延長模具壽命的非常重要途徑。  

6、易損部位是否鑲拼

為了延長模具壽命，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，復(fù)雜的型腔可以進(jìn)行分塊加工簡化工藝，對于易出現(xiàn)模具開裂、模具損壞的部位進(jìn)行鑲拼，一方面便于維修和更換降低模具制造成本；另一方面，鑲拼接縫可以阻隔開裂的延展。也避免了局部開裂延展到其他部位，從而延長模具壽命。

7、減少應(yīng)力集中的尖角

尖角處容易應(yīng)力集中，因此，對于壓鑄件，轉(zhuǎn)角處的尖角，無論從鑄件的澆注過程，還是鑄件質(zhì)量，以及壓鑄模具壽命都是影響非常大的。因此，在前期與鑄件設(shè)計(jì)人員探討問題時(shí)，應(yīng)非常關(guān)注鑄件的轉(zhuǎn)角，能大的盡量加大，這一點(diǎn)非常重要。

8、采用先進(jìn)的技術(shù)

為了延長模具壽命，包括中國在內(nèi)的很多科技人員都在積極探索一些新的技術(shù)，如表面新的滲氮技術(shù)、鍍鈦，表面微細(xì)網(wǎng)格延壽技術(shù)等等。因此作為壓鑄模具的制造企業(yè)，作為壓鑄模具設(shè)計(jì)人員，積極探索新的技術(shù)，及時(shí)跟蹤先進(jìn)技術(shù)，適時(shí)采用新的技術(shù)提高模具壽命，也是提升壓鑄模具水平、提升企業(yè)技術(shù)水平的有效途徑。輝旺公司在這方面進(jìn)行了探索，應(yīng)用了很多新的技術(shù)，取得了很好的效果。