本文主通過(guò)實(shí)例從內(nèi)澆口的面積、導(dǎo)向角等方面，論述了內(nèi)澆口與模具“適應(yīng)性”之間的關(guān)系，為今后的模具設(shè)計(jì)及壓鑄生產(chǎn)中類(lèi)似問(wèn)題的解決提供了思路。
所謂模具的適應(yīng)性是指同一副模具在不同的壓鑄機(jī)上，由不同的人員操作以及在較寬范圍內(nèi)的工藝參數(shù)的條件下，生產(chǎn)出合格壓鑄件的順利程度而在壓鑄實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，影響壓鑄件質(zhì)量的因素較多。
諸如：壓射壓力、壓射速度、快壓?jiǎn)?dòng)位置、熔爐保溫溫度、模具溫度、模具結(jié)構(gòu)等，在這些因素中哪些因素對(duì)壓鑄件的質(zhì)量影響較大呢?
在壓鑄生產(chǎn)企業(yè)中一個(gè)普遍的觀點(diǎn)是：模具對(duì)壓鑄件質(zhì)量的影響占了百分之七十，而內(nèi)澆口參數(shù)對(duì)模具的適應(yīng)性又起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)略舉幾例說(shuō)明模具內(nèi)澆口對(duì)模具的“適應(yīng)性”的影響及處理方式。
一、內(nèi)澆口截面積對(duì)壓鑄件質(zhì)量的影響
在一定的壓射條件下，內(nèi)澆口面積過(guò)大時(shí)，會(huì)使填充速度過(guò)低，金屬過(guò)早凝固，甚至導(dǎo)致充填不足;而過(guò)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(guò)多的氣體，對(duì)模具沖刷加劇，導(dǎo)致模具早期報(bào)廢。
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(guò)程中來(lái)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。
個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不同得出的內(nèi)澆口截面積相差懸殊，在實(shí)踐中就會(huì)出現(xiàn)模具適應(yīng)性差的現(xiàn)象;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(jiàn)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(lái)，壓鑄件無(wú)法成形、廢品率高、質(zhì)量不穩(wěn)定等。
下面所述是一個(gè)真實(shí)的生產(chǎn)實(shí)例;這是一個(gè)桶狀的殼體類(lèi)零件，平均壁厚4.5mm左右;采用的合金為：ADC12， 壓鑄件重量(包含凈重和渣包)4700克，內(nèi)澆口截面積460mm。
使用設(shè)備：800T壓鑄機(jī) 壓射頭直徑φ110。
主要工藝參數(shù)為：澆鑄溫度650℃、模具溫度230℃、快壓射行程202mm、快壓射手輪開(kāi)度7圈。
在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓鑄件填充不滿，表面質(zhì)量差：廢品率高達(dá)50%以上：從圖1可以看出，這是一個(gè)形狀比較簡(jiǎn)單的壓鑄件。其澆排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上是合理的，一般情況下，上述壓鑄工藝是能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的。針對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。我們本著先易后難的方針，再次對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整但是，基本無(wú)效。
生產(chǎn)發(fā)生異常的主要原因是內(nèi)澆口截面積與壓射系統(tǒng)不協(xié)調(diào)引起的。我們知道，對(duì)于體積較大的產(chǎn)品，當(dāng)澆口面積較小時(shí)將導(dǎo)致填充時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，型腔不能完全填充或填充不滿。制品表面出現(xiàn)大面積的冷隔及夾雜著大量的冷料塊，整體強(qiáng)度嚴(yán)重下降;這就要求壓射系統(tǒng)所能達(dá)到的實(shí)際填充時(shí)間要小于壓鑄件需要的填充時(shí)間，壓鑄件需要的最長(zhǎng)填充時(shí)間的計(jì)算可參見(jiàn)下式：
T=K×X×1000×(TI-TF+S×Z)/(TF-TD)
其中：T為壓鑄件需要的最長(zhǎng)填充時(shí)間，單位ms，K為系數(shù)，與所用的模具材料有關(guān)，常用模具鋼H13的值為0.0346，X為壓鑄件平均壁厚，單位mm，TI為金屬液溫度，單位℃，TF為金屬液最低流動(dòng)溫度，單位℃，S為目標(biāo)固體百分率，單位%，Z為固體系數(shù)，單位%，TD為模具溫度，單位℃。
根據(jù)上式計(jì)算的充型時(shí)間為88.8ms 這是一個(gè)與工藝參數(shù)、壓鑄件壁厚相關(guān)，而與內(nèi)澆口截面積無(wú)關(guān)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值：由P-Q2計(jì)算可知，在內(nèi)澆1∶3面積為460mm時(shí)，該壓鑄模具和設(shè)備所組成的壓鑄系統(tǒng)所能達(dá)到的最小充型時(shí)間為86.3ms。
顯然，這個(gè)值與壓鑄件需要的最長(zhǎng)填充時(shí)間相差無(wú)幾，在這種條件下，生產(chǎn)過(guò)程中就會(huì)對(duì)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(tái)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。
根據(jù)計(jì)算，當(dāng)內(nèi)澆口面積達(dá)到700mm2 時(shí)，系統(tǒng)所能達(dá)到的最小充型時(shí)間為64.9ms，這個(gè)值與壓鑄件需要的最長(zhǎng)填充時(shí)間相比留有較大的調(diào)整空間，這就為壓鑄工藝的調(diào)整留下了充分的余地。
這樣的模具基本可以適應(yīng)各種不同性能的壓鑄設(shè)備上生產(chǎn)用修改后的模具試生產(chǎn)，操作人員普遍反映，模具好用了、廢品率也下降到了3%左右。
二、內(nèi)澆口形狀對(duì)壓鑄件質(zhì)量的影響
盡管壓鑄件內(nèi)澆口的形狀與壓鑄件的外形有很大的關(guān)系。實(shí)際設(shè)計(jì)中更是千差萬(wàn)別，但是參照一些模具設(shè)計(jì)手冊(cè)和一些成功的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般都能設(shè)計(jì)出比較合理的內(nèi)澆口結(jié)構(gòu)。對(duì)于各種內(nèi)澆口的設(shè)計(jì)，請(qǐng)參閱相關(guān)資料，本文不再贅述。下面主要就澆口設(shè)計(jì)中的局部細(xì)節(jié)對(duì)模具“適應(yīng)性”的影響加以淺述。
內(nèi)澆口導(dǎo)向角度對(duì)壓鑄件成型的影響在模具使用中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)澆口的導(dǎo)向角對(duì)壓鑄件的填充起著一個(gè)至關(guān)重要的作用，不恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)向角度將會(huì)導(dǎo)致模具的“適應(yīng)性”大大降低 下面以摩托車(chē)上常見(jiàn)的一種零件—緩沖體為例加以說(shuō)明。
該產(chǎn)品采用的合金為：ADC12，壓鑄件重量(包含凈重和渣包)705克，平均壁厚4.3mm，單腔內(nèi)澆口面積145mm2。
使用設(shè)備：280T壓鑄機(jī)壓射頭直徑Φ60模具結(jié)構(gòu)為一模兩腔，主要工藝參數(shù)為：保溫溫度630℃、模具溫度220℃、快壓射行程95mm、快壓射手輪開(kāi)度4.5圈。
生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在圖3所示部位產(chǎn)品油污、夾皮(所謂夾皮是指：壓鑄件局部出現(xiàn)分層)嚴(yán)重;不同的操作人員生產(chǎn)，廢品率相差較大，這就是—個(gè)典型的模具“適應(yīng)性”差的現(xiàn)象;技術(shù)熟練的操作人員基本上能正常生產(chǎn)，熟練程度稍差的人員，幾乎不能正常生產(chǎn)。
1)從模具填充上分析
從壓鑄系統(tǒng)的澆道部分可看出，其扇形角度很小，內(nèi)澆口導(dǎo)向角幾乎為零，金屬液進(jìn)入型腔后就快速的沖擊到型腔對(duì)面，封閉兩側(cè)的兩個(gè)渣包造成圖3所示的局部區(qū)域內(nèi)的空氣、脫模劑混和氣體等無(wú)法正常排出，導(dǎo)致壓鑄件局部夾皮油污嚴(yán)重。
2 )從人的因素分析
人的因素方面，主要在于脫模劑的噴涂控制，由于壓鑄生產(chǎn)是采用手工噴涂脫模劑，每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)不同，噴涂差異較大。如果脫模劑噴涂過(guò)多，則產(chǎn)生廢品，噴涂過(guò)少又易發(fā)生粘模。
由于模具排氣不暢，稍微的噴涂差異，就會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢只有個(gè)別技術(shù)熟練的操作人員才能進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)脫模劑噴涂量的要求，到了一個(gè)近乎苛刻的地步。
根據(jù)上述分析，解決問(wèn)題的思路在于改善缺陷部位的排氣;最后決定仍然利用原有的澆排系統(tǒng)，通過(guò)改變內(nèi)澆口的導(dǎo)向角來(lái)改進(jìn)圖4。在A處所示部位增加了內(nèi)澆口的導(dǎo)向角。通過(guò)內(nèi)澆口導(dǎo)向角度的更改，改善了模具的填充質(zhì)量，提高了模具的“適應(yīng)性”。
澆口與壓鑄件本體結(jié)合處細(xì)節(jié)的處理在生產(chǎn)殼類(lèi)零件時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生的一個(gè)問(wèn)題是壓鑄件在內(nèi)澆口處開(kāi)裂，造成產(chǎn)品報(bào)廢。仔細(xì)觀察壓鑄件開(kāi)裂部位會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的裂紋均是沿著內(nèi)澆口的前沿向壓鑄件內(nèi)部延伸的;其形成的主要原因在于內(nèi)澆口處的局部尖角所形成的內(nèi)部應(yīng)力較大。而澆口的去除，多數(shù)是靠敲擊去除的，操作人員在去除澆口時(shí)，由于澆口處局部受力較大，造成了壓鑄件開(kāi)裂。
針對(duì)此類(lèi)開(kāi)裂問(wèn)題，可對(duì)模具做一個(gè)簡(jiǎn)單的處理，消除局部尖角即可。對(duì)模具處理后，壓鑄件未再發(fā)生過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題。
三、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述實(shí)例分析，我們可以看出，壓鑄模具的內(nèi)澆口設(shè)計(jì)對(duì)于壓鑄模具的“適應(yīng)性”的影響是很大的，一個(gè)合理的內(nèi)澆口參數(shù)是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、保證模具“適應(yīng)性”的基礎(chǔ);但同時(shí)，內(nèi)澆口的局部細(xì)節(jié)的處理不當(dāng)往往是模具“適應(yīng)性” 差的重要因素;合理的內(nèi)澆口設(shè)計(jì)加上局部細(xì)節(jié)的優(yōu)化組合是提高模具“適應(yīng)性”的有效途徑，也是改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率的根本保證。
本文公式說(shuō)明：這是一個(gè)在各種參考資料上都能見(jiàn)到的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，公式的計(jì)算比較筒單，需要注意的是，公式中s和z的取值是不包含其后面的%的。
