劉遵建 、劉姝迪：解決壓鑄件粘模缺陷的具體措施
發布日期：2018/3/27 10:50:32 點擊數：3312
摘要：在壓鑄生產或新模具試模時，經常會出現鑄件粘模的現象。本文詳細地分析了鑄件粘模的原因，探討了防止粘模的具體措施，以便更好地消除鑄件粘模現象和提高壓鑄件質量。關鍵詞：壓鑄件粘模；壓鑄模；鑄件包緊力；壓鑄工藝；模具溫度
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1 壓鑄件粘模的原因
①壓鑄合金與模具鋼的親和力越大，越容易互相熔融粘合在一起。壓鑄合金與型壁粘合后會產生較大的脫模阻力，鑄件脫模時出現拉傷。目視鑄件粘模部位存在表面粗糙、脫皮或缺料等拉模痕跡(注：要與積碳相區別)，在粘合嚴重的情況下鑄件會被撕裂破損。而目視模具型腔表面粘附一層壓鑄合金，顏色泛白。②模具脫模斜度過小(或無脫模斜度，或有反脫模斜度)、模具側面高低不平(沖蝕、壓傷、缺損等)、表面粗糙等，鑄件在脫模方向受到阻礙。鑄件脫模時表面被模具拉傷，鑄件表面沿開模方向呈線條狀的拉傷痕跡，即鑄件深腔起始端傷痕寬而深，而出模的末端傷痕漸小甚至消失，嚴重時會產生整面拉傷。 ③鑄件整體或局部收縮對模具的包緊力過大，或包緊力的大小分布不均衡、不合理。這時鑄件就會因粘模出現變形、裂紋、斷裂，甚至出現鑄件粘到定模，或出現鑄件粘到動模頂不出來的糟糕現象。粘模缺陷對鑄件的危害是:壓鑄件外觀粘模時，輕者表面粗糙，影響外觀粗糙度:重者鑄件表面脫皮、缺肉、拉傷、拉裂，還會造成鑄件漏氣，異致鑄件批量報廢。對于壓鑄時每次出現的枯模現象，要具體分析其產生的原因。例如：壓鑄時出現鑄件粘留定模，就要檢查鑄件對定模包緊力過大的原因;檢查鑄件定模一側的外觀，順著脫模方向，鑄件表面那里留有拉模的痕跡。粘模拉傷或擦傷嚴重時產生較大的脫模阻力，會使鑄件局部或整個鑄件在型腔里脫不出來，鑄件滯留產生粘模;在嚴重的情況下不僅鑄件會有撕裂破損的現象，模具的型芯、型腔也會出現拉傷、裂紋、斷裂的現象。壓鑄件粘模現象以鋁合金最為常見，鑄件粘留定模的具體原因如下：1)鑄件整體或局部對定模的包緊力大于對動模的包緊力，開模時鑄件會滯留產生粘定模。2)模具設計和制造不正確，定模型腔或型芯成形表而脫模斜度過小或有反斜度，使鑄件的脫模阻力很大。對于要求鑄件無脫模斜度的部位，最好是給鑄件留有加工余量，制作出脫模斜度，再讓后序精加工出鑄件無脫模斜度的部位。3)模具型芯或型壁上的壓傷變形、在型腔側而凸出會影響鑄件脫模，成形表面有碰傷或模具龜裂的傷痕，也會影響鑄件脫模。4)模具的定模成型表面過于粗糙，或有加工制造的痕跡，不夠光滑，或加工、拋光痕跡的紋路與脫模方向不一致，或在脫模方向的平整度較差，這樣的不良表而都會因增加脫模阻力而阻礙鑄件脫模，造成鑄件表而有擦亮或擦傷的痕跡。這樣的擦傷痕跡在脫模方向呈直線形溝槽，淺的不到0. 1mm，深的約有0. 3m左右。5)脫模時，鑄件各部位如果對動、定模上的包緊力受力不均勻，會致使鑄件在脫出時發生偏、歪、斜，鑄件對定模包緊力大的部分就有可能粘留到定模上。 6)模具材料使用不當，在模溫較高時，壓鑄合金極易粘附在模具表面。 7)模具的熱處理硬度不足，脫模時的模具表而，會被壓鑄合金擠壓變形，或使模具型芯彎曲變形，從而增大了模具對鑄件的脫模阻力。8)壓鑄合金液噴射或流動沖擊型壁或型芯后，使型壁或型芯溫度升高，在高溫時合金液與型壁的模具鋼發生熔融焊合而產生相互粘附。合金液溫度越高、噴射速度越大、模具溫度越高、模具硬度越低，鋁合金液與模具鋼的親和力會增加，越容易發生熔融、焊合粘附。枯附了壓鑄合金的模具表面在鑄件脫模時，型腔表而與鑄件表而擠拉撕扯，會把鑄件表而皮層撕破，鑄件表而就出現了粘模拉傷。9)壓鑄合金液在內澆口的填充速度越大，金屬液流沖擊模具型壁就會越劇烈。金屬液直接沖擊型芯或型壁，沖擊力轉化為熱能，不僅合金液的溫度會升高，被沖擊部位的模具溫度也會升高很多，大大地增加了鋁合金液與模具鋼的親和力。所以，在模具內澆口處，承受合金液高速沖擊的部位最容易出現粘模。如果沖擊到定模一側，就增加了定模一側鑄件的包緊力。10)如果定模模具溫度過低，或動模模具溫度過高，會使鑄件收縮時對定模的包緊力大于對動模的包緊力。11)模具脫模劑濃度過低，脫模劑的脫模性不好，對定模噴涂脫模劑不到位，脫模劑的用量不足，這些都會影響鑄件的脫模性。熱模時如果對定模噴涂過多的涂料，定模的溫度就難以快速升高，鑄件冷卻收縮后，對定模一側包緊力增加的幅度會大于動模。還有一種粘模現象：在壓鑄生產剛開始的一段時間內，即開始在低速壓射熱模時，會因模具溫度過低，壓鑄的合金液流動性下降得很快，致使充填在型腔里的金屬液成型很不完整，形成的鑄件強度很低，鑄件各個部位之間連接很不牢靠，在鑄件脫模時，包緊力較大的部位，就會很容易與其它部位斷裂分離，粘留在模其里。特別是定模一側沒有頂桿頂出鑄件，所以更容易粘留在定模里。在新制作的模具試模，或壓鑄生產開始熱模時，常常會出現壓鑄件粘模的現象。在壓鑄操作工藝正常時出現鑄件粘模，主要原因不是壓鑄工藝，應該是鑄件結構設計、模具設計或制造的問題。壓鑄工藝、噴涂調試雖能補救，但補救的效果一般不是很穩定，仍然會出現鑄件粘模的現象。如果容易出現鑄件粘留定模的現象，在壓鑄之前，應先對模具進行很好的預熱，并在開始低速壓射之前，先給模具型腔涂抹抗枯模膏類涂料，并用壓縮空氣吹均勻，每壓鑄一模要涂抹一次，試壓鑄約20模，如還粘定模，說明模具有問題，需檢修模具。 重新計算動、定模的包緊力，對于定模的包緊力大于動模包緊力的鑄件，或對定模與動模的包緊力相差不多的鑄件，即對一于既有可能粘留定模，又有可能粘留動模的鑄件，在設計鑄件或模具時，就要改變鑄件或模具的結構、脫模斜度、表而粗糙度等，設法使鑄件對動模的包緊力大于對定模的包緊力。對于己經設計完成的鑄件，確實是鑄件對定模的包緊力大于對動模的包緊力，就要允許鑄件在定模一側設置頂桿頂出鑄件，允許定模一側的鑄件表而留有頂出痕跡，或要讓頂桿痕跡易于去除。這樣在設計模具時，就要在定模一側設計鑄件的頂出機構。 對于定模一側包緊力比較大的鑄件，新設計模具時，要把分型而盡量選在偏向定模的一側，讓鑄件盡量多地放置在動模型腔里，以增大鑄件對動模的包緊力。
為了減小定模的包緊力，需與鑄件設計者重新確定定模的脫模斜度，應盡量加大定模的脫模斜度；特別注意修正或加大定模一側鑄件容易被模具粘模拉傷部位的脫模斜度。同時，適當減小動模的脫模斜度；特別注意修正或減小鑄件設計有頂桿部位附近模具的脫模斜度。還要盡量把型芯設置在動模上，或加長動模一側的型芯長度。 要防止定模在制造和拋光時產生影響脫模的倒扣或粗糙表面;試模后或壓鑄過程中，要修正定模型腔壓傷、碰傷出現的變形;消除合金在定模表而的粘附痕跡，合金粘附物在模具上如果未及時清除，長時間后粘模現象會越來越嚴重;更好地拋光定模型腔側壁的粗糙表而。但定模拋成鏡面后既不利于涂料粘附，在開模時，鑄件和模具之間還會產生嚴密的真空間隙，增大脫模阻力，所以定模深腔的底部可以不拋光成鏡面。對己氮化過的模具，拋光要慎重，防止破壞表面的氮化層，防止越拋光越粘的情況。 修改模具內澆口，適當改變內澆口的位置、大小和充填流向，消除或減輕因為內澆口對定模沖擊出現的沖蝕、粘模缺陷。例如：①改變鋁液充填流向，盡量降低金屬液對定模型腔的劇烈沖擊，可以把金屬液直接沖擊改為斜著朝向型芯或型壁。②適當增大內澆口的截面積，用以降低內澆口的速度。③改變內澆口的位置，使內澆口處于鑄件寬大厚實位置，并避開對定模側型壁的沖擊。④盡量采取在鑄件深腔底部進料的方法。⑤采取開放式內澆口，內澆口的喇叭口向著型腔，擴大射出的面積。⑥對于內澆口沖擊部位或型芯，可以使用碳化鎢棒涂覆機，對模具表而以電火花型冶金方式噴涂碳化鎢微顆粒層，金屬鎢微粒與基體金屬結合不會脫落，能提高模具表而的抗粘模性，如壓鑄模具表而層內沉積2~4μm厚的涂層，其硬度可達4000~ 4500HV，使用溫度可達800℃。為了把鑄件拉到動模一側，可以把頂桿的頭部修出楔形倒拉鉤(鉤長5~8mm，鑄件部位厚1~2mm，見圖1)，讓壓鑄出的倒拉鉤把鑄件拉到動模一側，之后再把鑄件上的倒拉鉤清除掉。為了增加鑄件對動模的包緊力，對鑄件上需要精加工部位以及不影響外觀質量部位的側表面，可以加大相應模具部位的表面粗糙度，這樣增加鑄件對動模包緊力的效果比較明顯。為了把鑄件拉到動模一側，可以把頂桿的頭部修出楔形倒拉鉤(見圖1，鉤長5~8mm，鑄件部位厚1~2mm)，讓壓鑄出的倒拉鉤把鑄件拉到動模一側，之后再把鑄件上的倒拉鉤清除掉。為了更大地增加動模的包緊力，可以適當地使用拉力筋(見圖2):①在不影響鑄件外觀的情況下，可以在動模的側表而或型芯表面開出兒條溝槽(在鑄件上是凸出
的拉力筋，見圖2)，或在模具局部修磨出兒個深度大約0. 1~0. 2mm的凹點。但要注意，要把鉤槽開設在頂桿的附近，以防頂出受力不均勻。②在開模時，如果希望利用橫澆道通過內澆口把鑄件拉到動模一側，可以在動模一側橫澆道的側而修出拉力筋來，或磨幾個深度0. 2~0. 3mm的凹點，增加橫澆道對動模的包緊力。③還可以在內澆口附近的澆道上設置頂桿(見圖3)，把頂桿改短到低于模具表而5~ 8mm，在頂桿低于模具孔口3mm位置的側面，修出寬2~3mm，深0. 3 ~0. 5mm的環形槽，壓鑄后形成的環形拉力筋帶動橫澆道，橫澆道再通過內澆口把鑄件拉到動模一側，這樣對小的鑄件有較好的效果。④如果是由于澆口套對料餅和直澆道的拉力較大，把鑄件帶到定模，可以在動模的橫澆道和分流錐的直澆逆側面修出拉力筋，開模時利用拉力筋把橫澆道和料餅拉到動模一側。⑤壁厚比較厚的鑄件，或內孔還需進行精加工的鑄件，減小了動模型芯的脫模斜度后，如果還不能解決粘定模的問題，可以在型芯長度的中間部位修出寬2~3mm，深0. 2~0.5mm的環形槽以形成拉力筋，讓環形拉力筋把鑄件拉到動模一側。注意在這樣的型芯附近至少要有2個頂桿頂出鑄件，以防鑄件變形。對于定模一側包緊力大于:動模一側包緊力的鑄件，為了能使鑄件順利地脫出定模，與動模一樣設計頂桿板、頂桿和復位桿頂出鑄件。可以使用在定模一側加裝油缸或彈簧推動定模上的頂板和頂桿在開模的同時頂出鑄件。頂桿板后有彈簧的方式，開模狀態下定模頂桿是頂出分型面的，合模時利用動模分型面推動四支復位桿推動定模推板、頂桿進行復位。為了使用頂桿把鑄件從定模頂出，也可以采用類似于三板兩開分型模具的拉鉤和滾輪機構，靠開模動作帶動定模頂桿推板把鑄件從定模頂出。結構如下：給定模設計出頂桿頂出鑄件的頂出結構，讓定模頂桿推板而仲出到定模模型之外，在動模上設置四個(或兩個)拉鉤桿，四個(或兩個)拉鉤桿在合模狀態時仲到定模一側，利用拉鉤、彈簧、滾輪機構，使四個拉鉤桿與定模頂推板相鉤連。開模時靠動模拉桿鉤住定模頂桿推板，定模頂桿推板推動頂桿把鑄件從定模頂出，這時鑄件與動模同步運動。運動到一定行程后，利用滾輪、彈簧機構使四個拉鉤桿的拉鉤與定模頂桿推板脫開，定模頂桿推板停止運動，合模時也是利用動模分型而推動四支復位桿推回定模頂桿推板，使定模頂桿退回復位。給模具噴涂涂料、合金液的流動沖擊速度、模具溫度是影響鑄件粘模的主要工藝因素。 模具脫模劑的品種、質量、濃度、噴涂位置、噴涂時間和用量，能影響鑄件的粘模狀況。利用噴涂脫模劑的多少，調節鑄件在動、定模兩側的脫模效果。為了防比鑄件粘定模，可以適當減少對動模噴涂脫模劑的時間和用量，動模噴涂的涂料要薄而均勻，但不能漏噴涂料。加大脫模劑對定模的噴涂用量以降低模具表而的溫度，特別是對定模拉傷鑄件的表面和有拉模痕跡的表而，要增加噴涂用量。在定模一側拉傷而無固定位置，或沒有拉模痕跡時，也要注意適當增加涂料的噴涂量。對模具出現拉模痕跡的表而，在壓鑄取件之后未噴涂料之前，涂抹防粘模膏，讓防粘模膏在高溫時燒結到模具表面，這樣在合金液與模具表而之間就形成了一個較厚的隔膜層，能起到較好的脫模作用。適當調節和控制模具溫度。要分析鑄件包緊、枯附模具的受力情況，要分析模具溫差及鑄件收縮，要分析模具溫度與合金收縮、包緊力之間的相互關系。如果鑄件表面有粘模拉傷，則在確保鑄件表而質量的情況下，盡量使用較低的模具溫度。如果鑄件自身包緊力較大，則盡量使用較高的模具溫度，這樣可以降低鑄件在脫模時的收縮程度，也就是在鑄件還沒有達到很大的包緊力時，就開始脫模了。相對地降低動模溫度，促使鑄件收縮，可以增加鑄件對動模的包緊力;相對提高定模溫度，減少鑄件的收縮，就可以降低鑄件對定模的包緊力。加大通入動模模具冷卻水的流量，可以降低動模的模具溫度;減小或關閉通入定模模具冷卻水的的流量，可以提高定模的模具溫度。一般壓鑄鋁合金鑄件，開模后1~3s內測量動模模具型腔表而的溫度，其表面溫度要不大于300'℃，以240±40'℃為宜;而噴涂后在合模之前1~3s內測量定模型腔表面溫度，要不低于140'℃。 澆注溫度的高低，同模具溫度一樣可以改變鑄件的收縮情況和包緊力的大小。提高澆注溫度，同時縮短開模時間，能減小包緊力，但會增加合金液與模具鋼的親和力，引起鑄件厚壁部位粘模的可能。出現鑄件粘留動模的主要原因是鑄件對動模的包緊力過大，以及頂桿頂出的力量不足。如果是頂出力不夠大，就要提高壓鑄機頂出油缸的油壓壓力或頂出速度。如果是頂桿的直徑太小，或設置的頂桿數量較少，則頂桿頂出的強度不夠大，頂桿會出現彎曲或斷裂的現象。如果鑄件粘留動模的力量較小，鑄件脫模時拉傷較輕，或模具局部表面粗糙造成的阻力較小，只是鑄件頂出時變形，就要對模具粘模處拋光、氮化，或增加噴涂脫模劑的用量減少脫模阻力。如果鑄件粘留動模的力量很大，鑄件脫模時拉傷嚴重，有頂桿把鑄件頂破裂、斷開，或鑄件被頂桿頂出穿孔的現象，就要適當加大鑄造斜度，改進鑄件或模具設計，消除引起鑄件粘模和影響收縮的不合理結構。如果平板件、壁薄的鑄件抗變形強度不夠，則要增加頂桿的數量、直徑，也可以在頂桿位置給鑄件增加一個小凸臺，讓頂桿頂在鑄件的小凸臺上，加大頂出受力面積，使鑄件受力均勻。為防止因鑄件頂出受力不均勻而造成的粘模拉傷，壓鑄機推動模具頂出推板的四根推桿長度要一致，其相差均不能大于 0.20mm:機床推桿和頂出鑄件的頂桿位置布置要均衡合理，不要偏離模具型腔中心，也不應脫離壓鑄機頂出油缸的中心。如果抽芯及頂出設置不均衡，則鑄件受力不均勻而將發生偏斜。如果壓鑄機液壓頂出缸的頂桿長短不一致，使鑄件頂出受力不均勻，或者推桿位置布置不當，則鑄件在頂出時均將發生偏斜。其改進措施是:修正模具結構，調整抽芯機構和頂桿，使鑄件頂出受力均勻，保障鑄件被平行、均勻地推出;調整壓鑄機的頂出機構、推桿位置(最好用4-6根推桿)，使模具頂桿、鑄件受力均勻;合理增加頂針數量，加大頂桿直徑，安排頂針位置，確保頂出平衡。減小壓鑄機的高速壓射速度，或增大模具內澆口而積，以適當降低內澆門的填充速度。如果在不增加內澆口充填速度的情況下，增加內澆日的而積，則能縮短充填時間，減少內澆Fl沖擊產生的總熱量，可以達到減輕內澆口沖擊粘模的效果。適當降低鑄造壓力:薄壁件、沒有氣孔要求的鑄件，可以選用較小的壓力，如40~55MPa;一般鑄件選55~75MPa;厚壁件、有氣孔要求的鑄件，用較大的壓力，如75~ 100MPa;而必須使用很大壓力時，可以選100~140MPa。鑄造壓力越高，鑄件的力學性能越好(見圖4)，而鑄件對模具的包緊力也越大，如果出現粘模的情況，就要確認使用適當的鑄造壓力。適當減小開模時間(留模冷卻時間)，讓鑄件在較高的溫度、對模具包緊力還未達到最大值時脫模，可以減小鑄件對模具的包緊力，減輕粘模的程度。
鑄件脫模斜度過小，最容易引起鑄件粘模，所以要根據鑄件的合金材料與尺寸結構，選用合適的脫模斜度。出現粘模時，適當地加大脫模斜度，就能夠消除熱沖擊和收縮引起的粘模現象。如果鑄件結構不合理，會引起鑄件各部分在收縮冷卻過程中收縮量大小不均勻，收縮受到的阻力不平衡，在可能和必要的情況下，改進鑄件的設計結構，使壁厚均勻，如改變截而厚度，盡量把厚大部位設計成空心結構或筋條連接結構;避免厚度懸殊的轉接部位;消除不合理的凸臺、凸耳和加強筋等。增大鑄件凹角處的鑄造圓角或脫模斜度，也能防止粘模。
在模具的內澆口附近及合金液充填沖擊型腔的部位，在鑄件有厚大壁厚的模具部位，在鑄件的凹角處，容易受到合金液對它較長時間的高溫熱沖擊，從而容易出現鑄件粘模、拉傷，所以要給模具的這些部位設置冷卻水管道進行通水冷卻。對于細長的型芯冷卻，要提高通入的冷卻水壓力。這些都能很好地降低模具溫度，防止粘模。 橫澆道的收縮引起鑄件變形和粘模拉傷。應加長分支橫澆道的長度，減小分支橫澆道的而積;減小內澆口的寬度，加長內澆日的長度，減少內澆口的數量;增加冷卻水對模具橫澆逆部位的冷卻等，以便消除橫澆道的收縮對鑄件的影響。使用優質模具鋼材，這樣在模溫較高時，壓鑄合金不易粘附在表而。優質模具鋼材，在模具表而也不會過一早地形成微裂紋，這樣也消除了合金粘模的基礎。模具硬度不足或具有脆性時，合金液容易出現粘模。要檢查模具硬度是否合理，還要檢查熱處理工藝，防止模具鋼材出現脆性。承受內澆口沖擊的模塊、模具鑲塊及所有型芯的硬度，都要比模具型腔模塊的硬度高出3~5HRC。當模具設計確認沒有問題，而鑄件粘模拉傷仍難以消除時，還要用氮化、KANUC、鎢被覆、PVD納米鍍飲等表而處理措施來提高模具的表面硬度。壓鑄鋁合金含鐵量越少(如<0.6%)，鋁合金液與模具鋼的親和力越大，越容易出現粘模。適當增加鋁合金液的含鐵量，能較好地降低鋁合金對模具的枯附作用;一般要求壓鑄鋁合金液中的含鐵量控制在0.6%~0.95%。要防止因混入低熔點金屬而引起粘模。要用中間合金補充來調整化學成分時，除鎂、鋅等個別金屬，不可將純金屬加入鋁液中，防止因嚴重偏析而引起粘模。壓鑄合金的收縮量越大，不僅越容易粘模，高溫強度也越差。有的合金是本身的收縮率較大;合金的液、固相溫度范圍越寬，合金的收縮量越大。根據鑄件的結構形狀和復雜程度，如因收縮引起的粘模、變形很難排除時，則可考慮改用體收縮率和線收縮率小、高溫強度高的合金;或調整合金成份(如鋁硅合金中硅含量增加時，鑄件收縮率變小)降低其收縮率:或對合金進行變質處理，在鋁合金液中添加0.15~0.2%的金屬欽等.鉆粒細化劑，減小合金的收縮傾向。對于模具型腔的表而，一般用油石、砂紙打磨拋光，如果用氣動工具對粘模部位進行拋光處理，必須注意不要打傷模具，以免破壞模具表而的氮化層，否則會形成越拋光越粘模的情況。清理非型腔部分粘模或披縫時，可以用鏟刀鏟除凸點，再用砂紙輕磨拋光，不可鏟出凹坑，否則會引起更嚴重的粘模。要注意任何時候都不能用鑒子清理模具型腔部位的粘模，以免鑿傷模具型腔。
