基于枪体压铸模具的改良方案

2010-02-20陈华

装备制造技术 2010年4期

陈华

（肇庆市第二技工学校，广东肇庆526060）

20世纪90年代以后，中国的压铸工业取得了长足发展，已成为一个新兴产业。随着技术水平和产品开发能力的提高，压铸产品种类和应用领域不断扩宽，压铸设备、压铸模和压铸工艺都发生了巨大的变化。压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较长的使用寿命。提高金属压铸模具寿命，对于模具企业就是提高生产效率，有利于提升产品质量及降低生产成本。在此，针对枪体模具进料口容易冲蚀、铸件产生不饱和、出现气孔、表面有水纹等缺陷，通过对枪体模具的合理化改良，来提高模具的使用寿命，改善铸件质量。兹将枪体模具改良方法和工艺分析陈述如下。

1 改变模具进料位置

图1 改进前

图2 改进后

图3 枪体抽芯图

原枪体旧模具是从枪体的下侧面进料（如图1所示），在生产的时候常会出现不饱和及有砂孔现象，这主要是选择进料口不恰当所造成的。枪体的这个部位进料，不能使铝液形成理想的流态而顺序地充填型腔，铝液进入型腔后，形成涡流，出现死角区和裹气部位。虽然经过加大溢流槽、增加排气槽数量、调整压铸机的参数等方法，能改善一些铸件的质量，但是对于这种气密要求非常高的铸件还是远远不够的。经过检验研究，在新模具开发的时候，改变原来的进料位置，由下侧面改为从枪体的尾部进料（如图2所示），这样就能使铝液顺畅地注入型腔，不会有涡流形成或出现死角区和裹气部位。由于改为从枪体的尾部进料，为防止铝液进入型腔后产生反冲的现象出现，流道口10 mm的位置做一级低于流道深度3 mm的一个台阶，把进料口的斜角加大到25°，这样避免铝液直接冲击抽芯。由于铸件比较厚，采取比一般进料口要厚2 mm，以适应50 m/s的充填速度。模具做好投入生产后发现，在进料口第一支抽芯的位置（如图2深色方框所示），一定时间后会出现冲陷的现象。由于产品需做表面电镀处理，冲陷现象将可能影响产品的外观要求。为此，在改良试验中，对出现冲陷的区域采用线割镶件互换，能及时解决因冲陷影响外观要求的问题。镶件试模确认后，作表面氮化处理，以强化表面硬度，预防冲陷过早出现。

2 改善抽芯滑块的机构形式

以往的模具，每个滑块都是单独运作。枪体模具共有6支抽芯，如果都采用单一制作，在加工工艺上存在着一定的难度，而且还增加模具制作时间。如图3所示，抽芯之间间隔比较密，还有角度尺寸要求。这样斜导柱的大小尺寸，就受到限制，过小的斜导柱，在生产过程中容易产生断裂；在加工有角度的斜导柱孔时，位置尺寸比较难掌握。经过观察及研究，在改良试验中，以互相垂直的3个抽芯滑块来带动另外3个有角度的抽芯滑块。采取这种方式后，斜导柱大小由原来的直径最大25 mm增加到现在的32 mm，使斜导柱有足够的刚性来带动滑块，避免了以前在生产中曾出现过的断裂情况。而且斜导柱跟模框的面相互垂直和平行，在加工斜导柱孔的时候比容易掌握，不会产生较大的误差，能保证模具装配时的需求。

考虑到加工模具时的方便，以往的模具都是采用固定销的的方式，来固定抽芯在滑块上。但因为枪体的抽芯都较小，一般直径为12 mm左右，要求抽孔的尺寸又比较长，抽芯经过一段时间的使用后，就会在使用过程中因热胀冷缩和拉伸，产生金属疲劳而拉断抽芯。此时，若采用固定销的方式，在抽芯的互换上有极大的不方便，每次更换抽芯都要经过线割抽芯的销钉孔才能装配投入使用，抽芯的销钉孔也是容易产生断裂的地方，这样将直接影响到生产进度。因此，在改良试验中，把滑块做成活动的两段，采用螺丝来固定。图4和图5就是更改前后的对比。

图4 更改前

图5 更改后

改为活动的形式后，就可以为生产带来极大的便利，在生产过程遇到抽芯断裂，就能及时更换，只需拆下滑块，扭开螺丝换上备用抽芯，模具就能正常投入生产。为此，模具的制作要有足够的备用抽芯，以供正常生产的需求。为减小抽芯的拉力，在尺寸允许的范围内尽量加大拔模角，提高抽芯的寿命。

3 改进冷却系统，加强模具保养

压铸模具在较高的工作温度下进行生产，吸收金属在凝固过程放出的能量，产生热变换，使型腔表面局部瞬间温度高达500～640℃。而模具材料因热传导的限制，型腔表面首先达到较高温度而膨胀，而内层模温则相对较低，膨胀量相对较小，使表面产生压应力。开模后，型腔表面与空气接触，受压缩空气和涂料的急冷而产生拉应力。型腔被反复加热与冷却，产生热应力和机械应力，膨胀收缩不同期性，和这种交变应力反复循环并随着生产次数的增加而增长，当交变应力超过模具材料的疲劳极限时，表面首先产生塑性变形，并慢慢地在型面局部薄弱之处，产生细长呈辐射网状裂纹，产生机械疲劳龟裂。因此，压铸模具应有较高的抗冷热机械疲劳能力。模具的冷却系统，对产品质量的保证起着关键作用，合理地分布冷却系统，还能提高模具的寿命。

枪体模具原有的冷却不均匀，致使枪体压铸的时候出现气孔和水纹现象。铝液由流道进入型腔过程较长，旧有的模具在尾部也加了冷却，铝液进入到型腔已经出现凝固，型腔内的气体不能及时排出，溢流槽、排气槽起不了应有的作用。在改良试验中，把尾部的冷却水道去掉，只保留流道位置的部分（图6、图7就是更改前后的比较），这样就能改善产品的表面水纹，铝液能均匀地流向型腔各个部位。

模具在使用过程中，应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度和压射速度，提高模具预热温度。铝压铸模的预热温度由100～130℃提高至180～200℃，模具寿命可大幅度提高。

图6 更改前顶针冷却水道图

改良后的模具，在试模合格后，对模具进行去应力回火。当新模具使用到设计寿命的1/6～1/8时，即铝压铸模1.0万模次，应对模具型腔及模架进行450～480℃回火，并对型腔抛光和氮化，以消除内应力和型腔表面的轻微裂纹。以后每1.2万～1.5万模次进行同样保养。当模具使用5万模次后，可每2.5万～3.0万模次进行一次保养。采用上述方法，可明显减缓由于热应力导致龟裂产生的速度和时间。