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設(shè)計說明書（論文）
鎖蓋的模具設(shè)計
序 言
壓鑄是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種高效率、少無切削的金屬成型精密鑄造方法。與其他鑄造方法相比，由于壓鑄工藝的生產(chǎn)流程短、工序簡單而集中，不需要繁多的設(shè)備和龐大的工作場所，且鑄件質(zhì)量優(yōu)、精度高、表面光潔度好，所以不僅可以節(jié)省大量的機械加工工序、設(shè)備和工時，而且具有金屬工藝出品率高，節(jié)省能源、節(jié)省原材料等優(yōu)點，所以壓鑄是一種“好、快、省”的高經(jīng)濟效益的鑄造方法。目前，壓鑄這種工藝方法已廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)中，如兵器、汽車、摩托車和航空航天行業(yè)的產(chǎn)品零部件，以及電器儀表、無線電通信、電視機、計算機、農(nóng)業(yè)機具、醫(yī)療器械、洗衣機、電冰箱、鐘表、照相機、建筑裝飾和日用五金等各種產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)方面。
現(xiàn)在我國生產(chǎn)的一些壓鑄件，最小的只有幾克，最大的鋁合金鑄件重達(dá)50kg，最大的直徑可達(dá)2m。一些國家則依靠技術(shù)進(jìn)步促使鑄件薄壁化、輕量化，因而導(dǎo)致以往以鑄件產(chǎn)量評價一個國家鑄造技術(shù)發(fā)展水平的觀念發(fā)生了根本性的改變，轉(zhuǎn)而用技術(shù)進(jìn)步的水平作為衡量一個國家鑄造水平的重要依據(jù)。而鑄件質(zhì)量的好壞最終取決于壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計、澆注系統(tǒng)設(shè)計以及排溢系統(tǒng)(包括抽真空)設(shè)計是否合理。
壓鑄是將熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)合金澆入壓鑄機的壓室，在高壓力的作用下，以極高的速度充填在壓鑄模的型腔內(nèi)，并在高壓下使熔融合金冷卻凝因而成形的高效益、高效率的精密鑄造方法。金屬壓鑄模成型技術(shù)是目前成型有色金屬結(jié)構(gòu)件的重要成型工藝方法, 金屬壓鑄模是壓鑄成型的重要工藝裝備。模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業(yè)部門中，占有舉足輕重的地位。工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75%，精加工的50%及塑料零件的90%是由模具完成的。
本次鎖蓋的模具設(shè)計基于UG平臺進(jìn)行三維造型與仿真加工。UG是一套集CAD、CAM于一身的大型軟件，其功能強大，造型過程簡單而且方便快捷，同時還可以對三維零件進(jìn)行仿真加工，動畫演示，相應(yīng)可生成數(shù)控加工程序，直接傳輸?shù)綌?shù)控銑機床即可對零件進(jìn)行加工。使用該軟件進(jìn)行設(shè)計，能直觀、準(zhǔn)確地反映零、組件的形狀、裝配關(guān)系，可以使產(chǎn)品開發(fā)完全實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造的無紙化生產(chǎn),并可使產(chǎn)品設(shè)計、工裝設(shè)計、工裝制造等工作并行開展，大大縮短了生產(chǎn)周期。
模具制造的工藝方法可以分為鍛造、熱處理、切削加工、表面處理和裝配等，其中以切削加工為主要的加工方法。切削加工大體可以分為切削機床加工、鉗加工和特殊加工等，通常模具零件的加工工藝路線一般應(yīng)遵循普通機械加工工藝的基本原則。壓鑄模零件的加工大體可以分為模板加工、孔及孔系加工、成型零件加工等，對不同的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其自身的實際情況選擇合適的加工方法。
隨著世界科技進(jìn)步和機床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，數(shù)控技術(shù)是機械加工自動化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的水平。
第1章 壓鑄件結(jié)構(gòu)及工藝分析
1.1任務(wù)介紹
主要內(nèi)容及基本要求：
1.完成鎖蓋的模具設(shè)計
2.在UG或其他三維軟件平臺上完成模具零件的三維建模
3.完成模具的裝配
4.設(shè)計說明書一份，字?jǐn)?shù)不少于10000字。
1.2壓鑄零件的分析
本次設(shè)計的零件為鎖蓋的模具設(shè)計，如下圖1-1所示：
圖1-1 鎖蓋產(chǎn)品圖
生產(chǎn)批量100，000件，鑄件要求無欠鑄、氣孔、疏松、裂紋等缺陷。
產(chǎn)品原始信息
產(chǎn)品大小 ： 52.6*48.8*12.4 單位：MM
產(chǎn)品平均壁厚：3.5MM
材質(zhì) ： 鋁合金（YL113）
重量 ： 19.5 g
縮水率： 1.005
其物理和力學(xué)性能為：密度2.71g/ mm3,固相線與液相線溫度分別為538 oC和593oC，抗拉強度320 MPa,屈服強度160 MPa，硬度80HB，剪切強度190 MPa，疲勞強度140 MPa。
壓鑄鋁合金的使用性能和工藝性能都優(yōu)于其他壓鑄合金，而且來源豐富，所以在各國的壓鑄生產(chǎn)中都占據(jù)極重要的地位，其用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他壓鑄合金。鋁合金的特點是：比重小、強度高；鑄造性能和切削性能好；耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好。鋁和氧的親和力很強，表面生成一層與鋁結(jié)合得很牢固的氧化膜，致密而堅固，保護(hù)下面的鋁不被繼續(xù)氧化。鋁硅系合金在雜質(zhì)鐵含量較低的情況下，粘模傾向嚴(yán)重。鋁合金體收縮值大，易在最后凝固處形成大的集中縮孔。
用于壓鑄生產(chǎn)的鋁合金主要是鋁硅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金三種。純鋁鑄造性能差，壓鑄過程易粘模，但因它的導(dǎo)電性好，所以在生產(chǎn)電動機的轉(zhuǎn)子時使用。
鋁合金中主要合金元素及雜質(zhì)對其性能影響如下：
硅：硅是大多數(shù)鋁合金的主要元素。它能改善合金在高溫時的流動性，
提高合金抗拉強度，但使塑性下降。硅與鋁能生成固熔體，它在鋁中的溶解度隨溫度升高而增加，溫度577℃時溶解度為1.65%，而室溫時僅為0.2%。在硅含量增加到11.6%時，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動性，收縮率減小，無熱裂傾向。二元系鋁硅合金耐蝕性高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好、比重和膨脹系數(shù)小。硅能提高鋁鋅系合金的抗蝕性能。當(dāng)合金中硅含量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質(zhì)又較多時，就會產(chǎn)生游離硅，硅含量越高，產(chǎn)生的游離硅就越多。游離硅的硬度很高，由它們所組成的質(zhì)點的硬度也很高，加工時刀具磨損厲害，給切削加工帶來很大的困難。此外，高硅鋁合金對鑄鐵坩鍋熔蝕嚴(yán)重。硅在鋁合金中通常以粗針狀組織存在，降低合金的力學(xué)性能，為此需要進(jìn)行變質(zhì)處理。
銅：銅和鋁組成固溶體，當(dāng)溫度為548℃時，銅在鋁中的溶解度為
5.65%，室溫時降至0.1%左右。銅含量的增加可提高合金的流動性、抗拉強度和硬度，但降低了耐蝕性和塑性，熱裂傾向增大。壓鑄通常不用鋁銅合金，而用鋁硅銅合金。
該產(chǎn)品的成型材料是鋁合金，該材料密度小,熔點為560～660度,強度較高,耐磨性能較好,導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，機械切削性能良好，但由于鋁與鐵有很強的親和力，容易粘模，加入Mg以后可得到改善。鋁壓鑄，其鋁很容易就粘在模具表面上，造成鉚接柱拉傷、拉斷，澆注口堵塞現(xiàn)象.
1.3擬定模具結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)壓鑄件的產(chǎn)品信息，產(chǎn)品生產(chǎn)所需的數(shù)量，產(chǎn)品的強度和精度有較高要求，綜合實際考慮，該產(chǎn)品采用一模二穴的成型方法。
1.4壓鑄工藝分析及計算
根據(jù)壓鑄件的產(chǎn)品信息，產(chǎn)品生產(chǎn)所需的數(shù)量，產(chǎn)品的強度和精度有較高要求，綜合實際考慮，該產(chǎn)品采用一模二穴的成型方法。
（1）鎖模力計算
根據(jù)壓鑄產(chǎn)品選擇壓鑄機，鎖模力通常的計算方式為用模具分型面上承受金屬壓力的投影面積乘以鑄造比壓乘以安全系數(shù)。
鎖模力的計算如下：
T=K*A*P
其中： T 為鎖模力，單位為N;
K 為安全系數(shù)，冷室壓鑄機一般取1.2
A 為鑄造投影面積，單位mm2 （包括鑄件、料、頭、流道、溢流井等，約相當(dāng)于鑄件的1.8倍）
P 為壓射比壓，單位Mpa。
單位換算1T=10KN= 100000N
該產(chǎn)品的鑄件投影面積為 1674*1.8=3013 mm2
由于該產(chǎn)品為壓鑄件，壓射比壓取值為50Mpa 。
故該產(chǎn)品的鎖模力為：
T=K*A*P=1.2*3013*50*2/10*100=361.55 KN
1.5壓鑄機的選用
根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇鎖模力大于361.5（KN）的機臺（如圖）即可，結(jié)合鋁合金機臺設(shè)備考慮，本次模具設(shè)計采用的是冷壓室壓鑄機，其型號與主要技術(shù)規(guī)格如下：
壓鑄機型號：J1113G
鎖模力/KN：1250
壓射力/KN：85-150
機臺資料圖片
第2章 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1確定模具分型面
分型面的定義：壓鑄模的定模與動模接合表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線所決定的，而模具上垂直于鎖模力方向的接合面，即為基本分型面。
壓鑄件分型面設(shè)計的原則：
（1）開模時，能保持鑄件隨動模移動方向脫出定模；使鑄件保留在動模內(nèi)；并且為便于從動模內(nèi)取出鑄件，分型面應(yīng)取在鑄件的最大截面上。
（2）有利于澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的合理布置。
（3）為保證鑄件的尺寸精度，應(yīng)使尺寸精度要求高的部分盡可能位于同一半壓鑄模內(nèi)。
（4）使壓鑄模的結(jié)構(gòu)簡化并有利于加工。
（5）其他：如考慮鑄造合金的性能，避免壓鑄機承受臨界負(fù)荷（或避免接近額定投影面積）。具體設(shè)計詳見裝配圖紙。
型芯
型腔
2.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)對熔融金屬流動方向、壓力傳遞、模具溫度分布、充填時間長短起到重要的調(diào)節(jié)和控制作用，澆注系統(tǒng)設(shè)計直接影響鑄件的機械性能和模具壽命。
澆注系統(tǒng)設(shè)計一般步驟：
內(nèi)澆口設(shè)計→澆道設(shè)計→過水設(shè)計→渣包設(shè)計
內(nèi)澆口寬度的選取及內(nèi)澆口設(shè)計的原則：
1. 金屬液從鑄件壁厚處向壁薄處填充
2. 金屬液進(jìn)入型腔后不宜立即封閉分型面，溢流面和排氣槽
3. 內(nèi)澆口的位置要使進(jìn)入型腔的金屬液先流向遠(yuǎn)離澆口的部位
4. 從內(nèi)澆口進(jìn)入的金屬液，不宜正面沖擊型芯
5. 澆口的位置應(yīng)便于切除
6. 避免在澆口部位產(chǎn)生熱節(jié)
7. 金屬液進(jìn)入型腔后的流向要沿著鑄件上的肋和散熱片
8. 選擇內(nèi)澆口位置時，應(yīng)使金屬液流程盡可能短
2.2.1內(nèi)澆口的設(shè)計
根據(jù)其各自應(yīng)用范圍和特點，針對本次設(shè)計零件的形狀，選擇端面?zhèn)葷部?，使金屬液首先填充可能存留氣體的型腔底側(cè)，將底部的氣體排出后，再逐步充滿型腔，避免壓鑄件中氣孔缺陷的產(chǎn)生。
內(nèi)澆口面積的計算
鑄件設(shè)計完成后，測量澆鑄體積（產(chǎn)品+溢料）的體積，在壓鑄件的填充時間及填充數(shù)度選定后，內(nèi)澆口面積可采用下式計算：
Ag=V/Vg*t
其中：
Ag— 內(nèi)澆口截面積（mm2）
V — 鑄件的體積 （mm3）（包括渣包和產(chǎn)品）
Vg—充填速度 （m/s）
t —充填時間（s）
內(nèi)澆口類型
對應(yīng)參數(shù)的計算：
充填時間的計算
充填時間是指熔融金屬自到達(dá)澆口(gate)起算，至模穴(cavity)及溢流井完全充填完畢為止，所經(jīng)過的時間。理論上，充填時間是越短越好；但實際上，充填時間受以下限制：
(a) 逃氣
(b) 模具沖蝕
(c) 機器性能
以下列公式(NADCA)計算出填充時間：
t＝k[(Ti－Tf＋SZ)/(Tf－Td)]×T
其中k＝0.0346 秒/mm
Ti＝熔湯進(jìn)入模具溫度，取650oC
Tf＝合金最低流動溫度，取595oC
S＝容許凝固百分率，取0%
Z＝轉(zhuǎn)換系數(shù) 2.5oC/%
Td＝模具溫度，取240oC
T鑄件厚度，取3.5mm
t＝0.0346× [(650－595＋0.0×2.5)/(595－240)]×3。5
＝0.005(秒)
鑄件體積的計算
V= 7144*2.5=18000mm3 （包括渣包和產(chǎn)品）
內(nèi)澆口充填速度的計算
對于不同壁厚的鎂、鋁、鋅壓鑄合金的充填速度不同：
本產(chǎn)品平均壁厚為3.5MM, 材質(zhì)為鋁合金，內(nèi)澆口填充速度為40m/s
本產(chǎn)品的內(nèi)澆口面積為：
Ag=V/Vg*t=18000/40000*0.005=90 mm2
考慮到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)問題，內(nèi)澆口寬度L取值為36mm,所以內(nèi)澆口厚度H= Ag/L=90/36=2.5mm
根據(jù)金屬流動連續(xù)性原理：沖頭面積 X 沖頭速度 = 內(nèi)澆口面積 X 充型速度。
1.? 充型速度：40 m/s
2.??沖頭面積：π×502 / 4 = 1962.5 mm2 (沖頭直徑ф50)
沖頭速度：90 mm2 x 40000mm/s ÷ 1962.5 mm2 = 1447mm/s ≈14 m/s
3.???模溫240℃
當(dāng)金屬液澆入壓室后，壓室充填以低速0.6 m/s進(jìn)行，當(dāng)壓室100%充滿時，開始高速壓射，用0.01s加速到14m/s，即橫澆道100%充滿時，沖頭速度達(dá)到14m/s，金屬液以40 m/s內(nèi)澆口速度填充型腔，當(dāng)金屬液填充型腔完畢后，進(jìn)行強制減速，在0.01s內(nèi)，沖頭速度從14 m/s減速到1.5 ~ 1.0 m/s，可防止飛邊產(chǎn)生，從而獲得理想壓鑄件。
2.2.2直澆道設(shè)計
直澆道是金屬液從壓室進(jìn)入型腔前首先經(jīng)過的通道。臥室冷壓室壓鑄模直澆道的由澆口套、澆道鑲塊和澆道推桿組成。澆口套與壓鑄機的壓室端面密封對接。澆口套在壓鑄模的澆注系統(tǒng)中起著承前啟后的作用，直澆道就是在澆口套中形成的。
1.澆口套與壓室的連接方式
澆口套與壓室的連接方式，根據(jù)澆口套結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為連接式和整體式。本次設(shè)計采用整體式結(jié)構(gòu)即將壓室與澆口套制成整體，這樣易于內(nèi)孔的精度容易保證。
2.澆口套參數(shù)的確定
直澆道由壓鑄模上澆口套構(gòu)成，能保證壓射沖頭動作順暢，有利于壓力傳遞。
直徑D：根據(jù)壓鑄件重量、所需比壓、在壓室的充滿度(一般占2/3)來選擇沖頭直徑，也就是直澆道的直徑D。
厚度H：稱為余料，取直徑的1/2～1/3，為了易脫模，設(shè)1°30’～2o斜度。
3.澆口套的配合精度
澆口套的配合精度有：澆口套與模板孔的配合精度、澆口套內(nèi)孔與壓射沖頭的配合精度和定位孔與壓鑄機壓室法蘭的配合精度。
(1)澆口套與模板孔的配合精度為（H7/h6）
(2)澆口套內(nèi)孔與壓射沖頭的配合精度：
由參考文獻(xiàn)[2]表1-14查得J1113G壓鑄機壓室直徑為50mm，由參考文獻(xiàn)[2]表5-6 查得澆口套內(nèi)孔與壓射沖頭的配合精度如下表2-1所示：
表2-1 澆口套內(nèi)孔與壓射沖頭的配合精度
壓室基
本尺寸
尺寸偏差
澆口套D（F8)
壓室Do(H7)
壓射沖頭d(E8)
>30～50
+0.064
+0.025
+0.025
0
-0.050
-0.089
(3)定模座板或澆口套的定位孔與壓鑄機壓室法蘭的配合精度為（E8）
澆口套
2.2.3橫澆道設(shè)計
圖2-4 扁梯形
橫澆道的尺寸參數(shù)如下：
D=（5～8）T
=（3～4）
W=D+/D
其中---橫澆道截面積mm2
---脫模斜度 =
D----橫澆道深度(mm）
T----內(nèi)澆口厚度
W----橫澆道寬度（mm）
取D=5T=8mm
=3=325=75 mm2
W=D+/D=8+75/5=16mm
至此，整個澆注系統(tǒng)設(shè)計完畢，各部位參數(shù)均已選定，進(jìn)而繪制出模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖2-5所示：
圖2-5 澆注系統(tǒng)
2.3排溢系統(tǒng)的設(shè)計
2.3.1溢流槽的設(shè)計
設(shè)置溢流槽可作為接納型腔中的氣體、氣體夾雜物及冷污金屬，還可以作調(diào)節(jié)型腔局部溫度、改善充填條件以及必要時作為工藝搭子頂出鑄件之用。
渣包的作用：
1. 排除型腔中的氣體、涂料、殘渣等冷污金屬液，與排氣槽配合，迅速將型腔內(nèi)的氣體引出；
2. 控制金屬液充填的流動狀態(tài)，防止局部產(chǎn)生渦流；
3. 轉(zhuǎn)移縮孔、酥松、氣孔和冷隔的部位；
4. 調(diào)節(jié)模具各部位的溫度，改善模具熱平衡狀態(tài)，減少鑄件表面流痕、冷隔和澆不足的現(xiàn)象；
5. 幫助鑄件脫模頂出，防止鑄件變形或在鑄件表面有頂針痕跡；
6. 溢流槽的總體積占合金量的10%~30%，根據(jù)型腔體積，鑄件壁厚來考慮，溢口面積為水口面積的60%~75%；溢口厚度：0.2~0.5mm，溢口厚度不應(yīng)大于內(nèi)澆口厚度以保證增壓效果。溢流槽與排氣槽連接，減小型腔內(nèi)壓力，排出氣體。數(shù)量根據(jù)需要位置的多少來決定。
過水設(shè)計原則：
1. 改善湯流阻力
2. 增加產(chǎn)品強度便于后
3. 加工不影響產(chǎn)品外觀
溢流槽設(shè)計及參數(shù)的確定
在分型面上設(shè)置溢流槽是一種簡單適用的常用方式。為了后序工藝的需要，而保持溢流包與壓鑄件的整體連接，將溢流槽開設(shè)在動模一側(cè)。溢流槽的截面形狀一般有三種，橢圓形、方形和梯形，本次設(shè)計采用橢圓形溢流槽，如下圖2-6所示：
圖2-6溢流槽
根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]表5-7確定溢流槽的相關(guān)尺寸:
溢流口厚度h=0.5～0.8mm,取0.6mm;
溢流口長度l=2～3mm,取2mm;
溢流口寬度S=8～12mm,取8mm;
溢流槽半徑r=5～10mm,取5.5mm;
溢流槽長度中心距b>(1.5～2)S,取b>1.5S=12mm。
為了便于脫模，溢口脫模斜度做成，溢口與鑄件連接處應(yīng)有(0.3～1)mm的倒角,以便清除。
2.3.2排氣道的設(shè)計
排氣道是在填充過程中讓型腔和澆注系統(tǒng)內(nèi)的氣體得以逸出的通道。為使型腔內(nèi)的氣體盡可能地被金屬液有序有效地排出，應(yīng)將排氣道設(shè)置在金屬液最后填充的部位。
結(jié)合實際情況，選用在分型面上開設(shè)排氣道，這種布局易于加工和修正而且排氣效果也很理想。
本次設(shè)計在分型面上開設(shè)的排氣道的截面形狀是扁平狀的，由參考文獻(xiàn)[2]表5-8可查得推薦的尺寸如下：
排氣槽深度：0.10～0.15mm
排氣槽寬度：8～25mm
為了便于溢流和余料的脫模，扁平槽的周邊也應(yīng)有～的斜角或過渡圓角。
溢流槽與排氣形式
2.4模具溫度及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
在生產(chǎn)過程中，模具溫度對鑄件質(zhì)量和模具壽命影響很大，溫度太高易產(chǎn)生粘模、鑄件表面粗糙、縮孔和裂紋等缺陷，由于粘模，開模時摩擦力增大，使局部拉力成倍提高，使模具動作不能準(zhǔn)確自如，造成模具損壞。模具溫度最好是控制在180oC至280oC之間。
金屬鋁液的溫度高達(dá)650oC左右，隨著壓鑄循環(huán)次數(shù)的增加，模具溫度也會越來越高。為了能夠壓鑄出高品質(zhì)的鑄件，使用普通的冷卻方式難以達(dá)到要求，必須在模具不同部位采取局部冷卻方式。
模仁冷卻形式
2.5成型零件的設(shè)計
成型零件包括：型腔、固定型芯、活動型芯等。它們是根據(jù)壓鑄件的不同結(jié)構(gòu)形式和模具制造工藝的需要，將相互對應(yīng)的幾何構(gòu)件組合在一起，形成成型空腔的。因此，成型零件的拼接形式、尺寸精度、幾何形狀、機械強度等因素，對壓鑄件的質(zhì)量有直接的影響。
2.5.1成型零件的結(jié)構(gòu)形式
成型零件的結(jié)構(gòu)形式，大體可以分為整體式和組合式兩類。由于型腔外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用整體結(jié)構(gòu)很難加工，所以可選擇完全組合式結(jié)構(gòu)。
2.5.2成型尺寸的確定
成型零件上構(gòu)成壓鑄件形狀的相關(guān)尺寸為成型尺寸，成型尺寸的確定對壓鑄件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸精度有直接影響。
成型尺寸可按以下四點來確定：
(1)選擇合適的成型收縮率。
由參考文獻(xiàn)[2]表1-12鋁鎂合金的計算收縮率Φ為0.5%
(2)分析成型零件受到?jīng)_蝕后的變化趨勢。
行腔內(nèi)腔D及其深度H的尺寸趨于損耗變大，是趨于增大尺寸，應(yīng)向偏小的方向取值，即應(yīng)選取接近最小的極限尺寸；型芯外廓d及其高度h的尺寸趨于損耗變小，是趨于變小尺寸，應(yīng)向偏大的方向取值，即應(yīng)選取接近最大的極限尺寸；中心距離及位置尺寸c不會因損耗而變化，稱為穩(wěn)定尺寸，應(yīng)保持成型尺寸接近于最大和最小兩個極限尺寸的平均值。
(3)消除相對位移或壓射變形產(chǎn)生的尺寸誤差。
成型零件在相對移動時，由于種種原因會出現(xiàn)移動不到位或壓射變形的現(xiàn)象，從而引起壓鑄件尺寸變化，如高度尺寸和側(cè)孔的中心距尺寸會由于飛邊的出現(xiàn)而變大，而側(cè)孔的深度也會由側(cè)抽芯沒有回復(fù)到原來位置而變淺，所以說由相對位置產(chǎn)生的誤差也有趨大或趨小之分，因此，在確定這些部位的成型尺寸時，應(yīng)采取必要的補償措施。
(4)脫模斜度尺寸取向的影響。
為便于脫模，幾乎所以的成型零件都在脫模方向上設(shè)置脫模斜度，一般設(shè)置脫模斜度=。
2.5.3成型尺寸的計算
（1）由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，它必須有以
一些性能:
1. 必須具有足夠的強度、剛度，以承受塑料熔體的高壓；
2.有足夠的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進(jìn)行熱處理，使其硬度達(dá)到HRC50以上；
3. 對于成型會產(chǎn)生腐濁性氣體的塑料還應(yīng)選擇耐腐濁的合金鋼理；
4. 材料的拋光性能好，表面應(yīng)該光滑美觀。表面粗造度應(yīng)在Ra0.4以下；
5. 切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好；
6. 熔焊性能要好,以便修理；
7. 成型部位應(yīng)須有足夠的尺寸精度?？最惲慵镠8~H10，軸類零件為h7~h10。
（2） 型腔、型芯工作部位尺寸的確定
經(jīng)查有關(guān)資料可知鋁合金塑料的收縮率是0.3%～0.7%
平均收縮率為: S=（0.3%+0.7%）/2=0.5%
1）型腔的徑向和深度尺寸
式中 —模具型腔的徑向尺寸；
—壓鑄件外部形狀的徑向尺寸；
—模具型腔的深度尺寸；
—壓鑄件外部形狀的高度尺寸；
k—壓鑄件平均收縮率；
—壓鑄件尺寸偏差；
—模具的制造偏差。
2）型芯的徑向尺寸和高度尺寸
式中 —模具型芯的徑向尺寸
—壓鑄件內(nèi)部形狀的徑向尺寸
—模具型芯的高度尺寸
—壓鑄件內(nèi)部形狀的深度尺寸
3）中心距尺寸
式中 —模具上型腔或型芯的中心距尺寸；
—壓鑄件凸臺或凹槽的中心距尺寸
各工作部位尺寸計算結(jié)果見零件圖紙
通常，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進(jìn)行收縮率計算
2.6推出機構(gòu)的設(shè)計
2.6.1推出機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的選擇
本次模具設(shè)計采用一次推出機構(gòu)。一次推出機構(gòu)是指壓鑄件在固化成型開摸后，通過單種或多種推出元件，用一次推出動作，即可將壓鑄件推出的機構(gòu)。最常用的結(jié)構(gòu)形式有推桿推出機構(gòu)、推管推出機構(gòu)、卸料板推機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)等。本次模具設(shè)計即采用推桿推出機構(gòu)。
2.6.2推桿的設(shè)計
1.推桿形式的選擇
推桿推出端的端面形狀根據(jù)壓鑄件被推出時所作用的部位不同而不同，分為平面
2.推桿截面形狀的選擇
推桿推出段的截面形狀根據(jù)壓鑄件被推出部位的形狀、成形鑲塊鑲拼的實際情況，常見的推桿推出段的截面形狀有圓柱形、扁平形和半圓形。圓柱形推桿是最常用的一種形式，易于加工、易于更換和維修，又容易保證尺寸配合精度和形位精度的要求，同時還具有滑動阻力小，不易卡滯等特點；扁平形推桿多用于深而窄的立壁和立肋的壓鑄模中；半圓形推桿多在壓鑄件外邊緣和成型零件鑲縫處采用，以加大推桿的推出面積，半圓形推桿易于加工，但推桿孔加工較為困難。根據(jù)設(shè)計零件端蓋的特點，采用圓柱形推桿。
3.推桿尺寸的設(shè)計
推桿直徑按推桿端面在鑄件上允許承受的許用應(yīng)力決定。推桿數(shù)量根據(jù)鑄件形狀、大小考慮，推桿布置應(yīng)使鑄件各部位受頂壓力均衡。
由參考文獻(xiàn)[3]表4-24可查得本次模具設(shè)計所選推桿的尺寸參數(shù)如下表2-2所示：
表2-2 常用推桿的尺寸系列 mm
A
(f9)
基本尺寸
2
偏差
-0.006
-0.031
推桿截面積可按下列公式計算：
式中 A-------推桿前端截面積
------推桿承受的總推力N
n-------推桿數(shù)量，
[p]------許用受推力Mpa，由參考文獻(xiàn)[3]表4-21查得p=50Mpa
推桿排位示意圖
2.6.3推桿的配合
推桿與推桿孔的配合精度與壓鑄合金有關(guān)，其確定以保證推桿順利導(dǎo)滑推出并且不溢料為原則。由參考文獻(xiàn)[3]表4-25可查得具體配合尺寸如下表2-3：
表2-3推桿的配合
配合部位
配合精度及參數(shù)
推桿與孔的配合精度
H7/e8
推桿與孔的導(dǎo)滑封閉長度/mm
=15
推桿加強部分直徑D/mm
D=d+4
推桿前端長度L/mm
L=++1010d
推板推出距離/mm
=+5 >
推板固定板厚度
15h30
推桿臺階直徑與厚度、/mm
=D+b，=4～8
2.6.4推出機構(gòu)其他設(shè)計
1.復(fù)位桿的設(shè)計
復(fù)位桿是控制推出機構(gòu)在合模狀態(tài)時，回復(fù)到原來位置的主要零件之一,其結(jié)構(gòu)如圖2-8所示：
圖2-8 復(fù)位桿
2.導(dǎo)柱和導(dǎo)套的設(shè)計
動、定模的導(dǎo)柱和導(dǎo)套，主要是保證在安裝和合模時的正確位置，在合模過程中保持導(dǎo)柱、導(dǎo)套首先一起定向作用，防止型腔、型芯錯位，其結(jié)構(gòu)如圖2-9，2-10所示：
圖2-9導(dǎo)柱
圖2-10導(dǎo)套
2.7模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.7.1模具結(jié)構(gòu)類型的選擇
2.7.2模具結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計
模具結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)件有定模座板、動模板、動模支撐板、墊塊以及模座等。
1.模板尺寸的估定
確定模板尺寸時，一般先按基本的結(jié)構(gòu)考慮，即假定沒有側(cè)抽芯機構(gòu)，或模板上未開有大的缺口槽的情況下，大體估算有關(guān)尺寸。
(1) 模板的厚度H
H=h/C
式中 H-----模板的厚度,mm
h-----壓鑄件的高度, mm
C-----經(jīng)驗系數(shù),通常為0.5～0.67,取C=0.5
經(jīng)測量壓鑄件的高度h =30.5 mm,
則H=h/C=30.5/0.5=61 mm
(2) 模套尺寸
根據(jù)壓鑄件在分型面上的投影的最大外廓尺寸,每邊加一個距離e,從而決定模套尺寸a×b，通常取e=20～50 mm。
經(jīng)測量：壓鑄件在分型面上的投影的最大外廓尺寸為48mm×52mm，則模套尺寸為90mm×90mm。
2.模板的強度計算
在壓鑄成型過程中，壓鑄模從合模到填充以及增壓保壓階段，模具均受到高壓的沖擊。模具主要承受由壓射壓力和增壓壓力形成的脹型力，從而引起模具結(jié)構(gòu)的變形。
本次設(shè)計的型腔形狀為矩形,同樣選擇矩形套板,則矩形套板在某處邊長的側(cè)壁厚度可按下列公式計算:
=ph =p h
式中 ()-------在邊長為()的側(cè)面所承受的總壓力N
()-------套板內(nèi)腔的邊長 mm
p--------壓射比壓,Mpa, p =30～120 Mpa
h--------型腔深度,mm
t--------矩形套板在邊長為的側(cè)壁厚度,mm
H--------套板厚度,mm
------模具材料的許用強度，鋁合金材料=82～100 Mpa
經(jīng)測量零件有==42mm，h=30.5mm, H=100mm
則=ph=30×42×30.5=38430N=
=
=15mm
3.導(dǎo)向和定位設(shè)計
動、定模的導(dǎo)柱和導(dǎo)套，主要是保證在安裝和合模時的正確位置，在合模過程中保持導(dǎo)柱、導(dǎo)套首先一起定向作用，防止型腔、型芯錯位。
設(shè)計要點：導(dǎo)柱、導(dǎo)套的剛性，耐磨性；導(dǎo)滑段直徑和長度的確定；導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模塊中的位置；導(dǎo)柱、導(dǎo)套的尺寸和配合精度。大型模具采用方導(dǎo)柱、導(dǎo)塊結(jié)構(gòu)，可避免動、定模因熱膨脹差異對導(dǎo)向精度的不利影響。
(1)導(dǎo)柱導(dǎo)滑段直徑
d= k
式中 A— 模具分型面上表面積；
k— 比例系數(shù)0.07～0.09
模具分型面上表面積A=42×42
則d= k =0.08×42=3.36mm
(2)導(dǎo)柱導(dǎo)滑長度e
導(dǎo)柱導(dǎo)滑長度應(yīng)大于高出分型面的型芯的最大值a與導(dǎo)柱導(dǎo)滑段直徑d之和。
2.7.3壓鑄模的技術(shù)要求
1.壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的配合公差
金屬壓鑄模在高溫狀態(tài)下工作，因此，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件在組裝配合時，不僅要求在室溫下達(dá)到一定的配合精度，而且要求在高溫工作條件下，仍能保證個部分結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定、動作可靠。
(1)結(jié)構(gòu)零件的徑向配合精度
端蓋屬于固定零件,故由參考文獻(xiàn)[2]表9-4查得固定零件的徑向配合精度如下表2-4所示：
表2-4 固定零件的徑向配合精度
工作條件
配合精度
典型配合零件舉例
受熱較小的零件
導(dǎo)柱、斜銷、定位銷等的固定部位
(2)結(jié)構(gòu)零件的軸向配合精度
結(jié)構(gòu)零件的軸向配合應(yīng)保證在結(jié)構(gòu)件組裝后,不應(yīng)有超出允許范圍的軸向竄動。
在組裝時，成型鑲塊的分型面應(yīng)允許高出套板分型面0.05～0.10mm。
2.壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的形位公差和表面粗糙度
(1) 壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的形位公差
形位公差是零件表面形狀和位置的偏差, 由參考文獻(xiàn)[2]表9-6可確定壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的形位公差精度等級,如表2-5所示：
表2-5 壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的形位公差精度等級
有關(guān)要素的形位要求
選用高度
套板兩平面的平行度
5級
鑲塊上型芯固定孔的軸心線對其分型面的垂直度
7～8級
鑲塊分型面對其側(cè)面的垂直度
6～7級
導(dǎo)柱固定部位的軸線與導(dǎo)滑部分軸線的同軸度
5～6級
導(dǎo)套內(nèi)徑與外徑軸線的同軸度
6～7級
鑲塊的分型面、滑塊的密封面、組合拼塊組合面的表面粗糙度
≤0.05
(2) 壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的表面粗糙度
壓鑄模結(jié)構(gòu)零件的表面粗糙度直接影響到壓鑄模的正常運作和使用壽命。成型零件應(yīng)有較高的表面質(zhì)量，并沿著壓鑄件脫模的方向研磨，不允許有劃傷等表面缺陷。
壓鑄模各工作部位結(jié)構(gòu)零件的表面粗糙度，由參考文獻(xiàn)[2]表9-7可確定，如下表2-6所示：
表2-6 壓鑄模各工作部位結(jié)構(gòu)零件的表面粗糙度
結(jié)構(gòu)零件
表面粗糙度
成型零件表面和澆注通道的所有表面
0.1～0.2
成型零件和澆注系統(tǒng)各零件的配合表面
≤0.4
導(dǎo)向零件、推桿、斜銷等零件的配合表面
≤0.8
模具分型面、各模板間的結(jié)合面
≤0.8
結(jié)構(gòu)零件的支撐面和臺肩表面
≤1.6
非工作的非配合表面
≤6.3
3.壓鑄模模具結(jié)構(gòu)材料的選擇
除成型零件外，模具結(jié)構(gòu)的常用材料應(yīng)能保證模具結(jié)構(gòu)的強度、剛度要求和在壓鑄過程中不產(chǎn)生不允許的變形。
模具結(jié)構(gòu)的常用材料及熱處理要求，由參考文獻(xiàn)[2]表9-8可確定，如下表2-7所示：
表2-7 模具結(jié)構(gòu)的常用材料及熱處理要求
模具結(jié)構(gòu)零件
模具結(jié)構(gòu)材料
熱處理要求
導(dǎo)柱、導(dǎo)套、斜銷等
SUJ2、T8A、T10A
50～55HRC
推桿
4Cr5MoV1Si,3Cr2W8
45～50HRC
T8A、T10A
50～55HRC
復(fù)位桿
SUJ2、T8A、T10A
50～55HRC
動、定模套板
45鋼
調(diào)質(zhì)220～250HB
模座、定模座板、推板等
30～45鋼、Q235
回火
4.壓鑄模總裝的技術(shù)要求
壓鑄?？傮w裝配的技術(shù)要求如下：
(1) 模具分型面對定、動模座板安裝平面的平行度
模具分型面對定、動模座板安裝平面的平行度可查參考文獻(xiàn)[2]表9-9確定，如下表2-8所示：
表2-8 模具分型面對座板安裝平面的平行度規(guī)定
被測面最大直線長度
≤160mm
公差值
0.06
(2)在分型面上，定模鑲塊和動模鑲塊應(yīng)分別與定模套板和動模套板齊平或允許略高，但高出量在0.05～0.10mm范圍內(nèi)。
(3)模具安裝在壓鑄機上合模后，成型鑲塊上的分型面應(yīng)保持良好的閉合狀態(tài)，允許有不大于0.05mm的局部間隙。
(4)導(dǎo)住、導(dǎo)套對定、動模座板安裝平面的垂直度
導(dǎo)住、導(dǎo)套對定、動模座板安裝平面的垂直度可查參考文獻(xiàn)[2]表9-10確定，如下表2-9所示：
表2-9 導(dǎo)住、導(dǎo)套對定、動模座板安裝平面的垂直度規(guī)定
有效導(dǎo)滑長度
≤40mm
公差值
0.015
(5)各安裝面應(yīng)光滑平整，各模板的邊緣均應(yīng)倒角
2.8延長壓鑄模具壽命的幾個關(guān)鍵問題
壓鑄模具生產(chǎn)對于大量復(fù)雜，高韌性的鋁、鋅、鎂、銅合金零件的生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟的生產(chǎn)方式。壓鑄生產(chǎn)的不斷發(fā)展，很大程度上取決于汽車工業(yè)中壓鑄件的大量使用，在汽車工業(yè)中，減輕汽車的重量顯得越來越重要。在長期的生產(chǎn)中，人們都把焦點放在怎樣延長模具壽命方面。
在過去的十年中，ASSAB公司在發(fā)展壓鑄模具鋼來滿足這種要求方面起了主導(dǎo)作用，開發(fā)了VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。壓鑄模使用商通過使用這些優(yōu)質(zhì)的模具鋼材及與之緊密相聯(lián)的熱處理工藝，在生產(chǎn)和模具使用成本方面中受益。人們已經(jīng)認(rèn)識到良好的產(chǎn)品設(shè)計，模具設(shè)計及壓鑄生產(chǎn)條件的日益改善，能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
下面就一些常見問題作一些探討：
一：設(shè)計方面：
a:冷卻水道
冷卻水道應(yīng)處于使整個模腔表面溫度盡可能均勻的位置，從冷卻和力學(xué)角度看，管道表面需光滑。
b:流道、澆口及溢流
要得到最佳的壓鑄效果，冷卻系統(tǒng)必須和“熱區(qū)”（流道、澆口、溢流和型腔）有一定的熱平衡。因此，流道、澆口和溢流設(shè)計相當(dāng)重要。在型腔內(nèi)很難填滿的部位，應(yīng)設(shè)溢流，以使壓鑄金屬流到這些部位。在具有相同尺寸的一模多型腔模具中，所有的流道必須具有相同的流道長度和橫截面積，澆口和溢流也必須完全相同。
澆口的位置和流道的厚度及寬度對金屬注入速度相當(dāng)關(guān)鍵，流道的設(shè)計應(yīng)使金屬流暢地進(jìn)入型腔各個部分，而不是噴射狀的注入，澆注金屬過快流動會引起模具侵蝕。
二：模具制造
壓鑄模具的制造，以下因素至關(guān)重要：
機械加工性；電火花加工；熱處理；尺寸穩(wěn)定性；表面處理；可焊補性。
a:機械加工性
馬氏體系的熱作工具港的機械加工性主要受像硫化錳等非金屬夾雜物及鋼材硬度的影響。因為壓模的性能可以通過降低鋼材中雜質(zhì)含量而得到改善，如硫和氧，因此發(fā)展了具有極低硫和氧含量的VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。
切削加工的最佳組織是球化退火的鐵素體基體上均勻分布著球化狀的良好碳化物，這樣使鋼材有極低的硬度。均質(zhì)化處理使VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME有硬度約180HB的均勻組織。這些鋼種每一批都具有非常均勻的機械加工性。對于VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的車削，銑削和鉆孔等。常用的機械加工參數(shù)可以在產(chǎn)品資料中查閱，每一批都具有非常均勻的機械加工性，對于VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的車削、銑削和鉆孔等。常用的機械加工參數(shù)量可以在產(chǎn)品資料中查閱。
b:電火花加工
今年來，制造壓鑄模具已普遍采用電火花加工（EDM）。電火花加工的發(fā)展一方面擴展了這種方法的通用性，同時也顯著的提高了操作技術(shù)，生產(chǎn)力和加工精度，電火花加工繼續(xù)發(fā)展成為大多數(shù)制模公司的一個主要的加工方法，可同樣容易的加工經(jīng)濟淬硬或退火的鋼材。
電火花加工的基本原理是在石磨或銅電極（陽極）和鋼材（陰極）之間的不導(dǎo)電介質(zhì)中放電，模具的侵蝕通過放電來控制，操作過程中，負(fù)電極進(jìn)入鋼材中獲得所需形狀，電火花加工中鋼材的表面溫度非常高，從而使其熔化和蒸發(fā)，在表面產(chǎn)生了一層熔化后再凝固的較脆層，緊接著這層的是再淬硬層和回火層。電火花加工對模具表面性能產(chǎn)生了不利的影響，破壞了鋼材的加工性能，由于這個原因，作為一種預(yù)防措施，推薦一下幾步加工方式：
C:淬火和回火后鋼材的電火花加工
A 傳統(tǒng)的機械加工
B 淬火和回火
C 粗放電加工避免“電弧”和太快的除去率，“幼電火花加工”即低電流高頻
D 研磨和拋光電火花層
E 比原來回火溫度低15℃回火
d:鋼材退火后的電火花加工
A 傳統(tǒng)的機械加工
B 粗放電加工，同上C
C 研磨和拋光電火花層，這減少了加熱和淬火時間開裂的危險，多次分級預(yù)熱到淬火溫度。
e:熱處理
熱作工具鋼通常是以軟性退火狀態(tài)供貨。在機械加工后，為了得到最佳的高溫屈服強度，抗回火性，韌性和延展性，必須進(jìn)行熱處理。鋼材的性能受淬火溫度和時間，冷卻速度和回火溫度控制。
高奧氏體化溫度對模具的熱屈服強度和抗軟化有利的影響，可以降低熱龜裂的產(chǎn)生。8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME的性能可用1050℃的奧氏體化溫度取代正常的1020℃來提高，而VIDAR SUPREME用1010℃取代990℃。
另一方面，由于晶粒變粗和淬火時晶界碳化物析出的增加而降低了韌性和延展性，這能導(dǎo)致嚴(yán)重的破裂，所以這種方法應(yīng)限于小型模具和型芯的熱處理。
高硬度對抗熱龜裂性具有有利的影響，但是對鋁壓鑄模推薦硬度不宜超過HRC48，銅不超過HRC44，硬度越高，破裂和完全失效的危險越大，然而，通過發(fā)展高韌性的VIDAR SUPREME和8407 SUPREME，失效的危險性已大大下降。淬火冷卻速度對VIDAR SUPREME、8407 SUPREME、QRO 90 SUPREME和所有其他同樣類型鋼種有很大影響。
緩慢的冷卻速度得到好的尺寸穩(wěn)定性，但使鋼材有得到不良顯微組織轉(zhuǎn)變的風(fēng)險。
淬火時太慢的冷卻速度能降低鋼材的破壞韌性?？斓睦鋮s速度如鹽羽淬火能產(chǎn)生最好組織，因而得到最高的模具壽命。權(quán)衡模具淬火變形和壽命，在大多數(shù)情況下，優(yōu)先考慮模具的使用壽命而采取較快的淬火冷卻速度。脫碳和滲碳可以引起早期熱龜裂，模具應(yīng)冷卻至50—70℃后回火，要得到滿意的組織，第二次回火是必不可少的，第二次回火溫度應(yīng)根據(jù)模具所需的最終使用硬度而決定。
f:尺寸穩(wěn)定性
壓鑄模在淬火和回火時的情形
壓鑄模淬火和回火時，通常會出現(xiàn)變形或扭曲，溫度越高變形越大。
在淬火前，通常要預(yù)留一定加工量以便淬火及回火后通過研磨等工序來調(diào)整模具到最后要求的尺寸。
變形是由于鋼材中的應(yīng)力引起，這些應(yīng)力可分成：機械加工應(yīng)力；熱應(yīng)力；組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力。
機械加工應(yīng)力
此類應(yīng)力產(chǎn)生于機械加工，如車削加工、銑削加工、研磨加工，如果存在內(nèi)部應(yīng)力，它會在加熱時釋放。加熱使材料強度下降，從而通過局部變形來釋放應(yīng)力，這能導(dǎo)致模具整體變形，為了減少熱處理時加熱產(chǎn)生的變形，需要一個消除應(yīng)力的過程，一般推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力消除，在淬火前任何變形都能在精加工時加以調(diào)整。
熱應(yīng)力
模具加熱時產(chǎn)生了應(yīng)力，加熱越快越不均勻，應(yīng)力就越大。模具尺寸加熱時會增加，不均勻的加熱會引起不同部位尺寸的不一致增加，從而產(chǎn)生應(yīng)力和變形，為了使整塊模具溫度均勻通常推薦多段預(yù)熱。應(yīng)盡量緩慢加熱以使整個模具溫度保持一致。以上情況對淬火冷卻也適用。淬火時會產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，一般而言，在可接受的變形范圍內(nèi)，冷卻應(yīng)越快越好。淬火介質(zhì)的均勻性非常重要，尤其在使用壓縮空氣或保護(hù)氣氛時（如在真空爐內(nèi)）。否則，模具溫度的不一致會產(chǎn)生明顯的變形，通常也推薦分級淬火。
組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力
當(dāng)鋼材組織轉(zhuǎn)變時這類應(yīng)力會產(chǎn)生，這是因為三種顯微組織鐵素體、奧氏體和馬氏體有不同的密度，即是“體積”。從奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的變化最大，這引起了尺寸的增加。過度快速和不均勻的淬火也會導(dǎo)致局部馬氏體形成，從而引起模具中局部體積增大，而在某些截面上產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力會導(dǎo)致變形，甚至破裂。
g:表面處理
經(jīng)氣體氮化、軟氮化和離子氮化等表面處理能使壓鑄模某些零件產(chǎn)生有利作用，如射筒、噴嘴、流道、澆道、推桿和芯棒。不同化學(xué)成分的鋼材有不同的氮化特性。其他表面處理包括Solvenite，Metallife和Melonite的滲金屬碲鎳處理也可用于壓鑄模。
h:焊補性
許多情況下，通過焊補來修理壓鑄模非常重要。工具鋼的焊補總帶有破裂的危險，但是如果小心而適當(dāng)加熱的話，也可得到好的效果。
焊補前準(zhǔn)備
被焊的部位必須適當(dāng)?shù)拈_U型槽溝，并避免臟物和油脂以確保金屬的順利滲透和融合。
退火后焊接
1 預(yù)熱到至少350℃
2 在此溫度開始焊接，使工件溫度保持在350～475℃，焊接時保持工件溫度恒溫的最好方法是用一個熱控元件置于絕熱箱的箱壁內(nèi)
3 焊接后馬上退火
淬火和回火后的焊接
1 預(yù)熱到至少320℃
2 在此溫度開始焊接，使工件溫度保持在350～475℃，焊接時保持工件溫度恒溫的最好方法是用一個熱控元件置于絕熱箱的箱壁內(nèi)
3 焊補后以20～30℃每小時至50～70℃每小時的速度緩慢冷卻
4 在低于前回火溫度10～20℃的溫度做應(yīng)力回火。
三：模具壽命
壓鑄模具壽命會隨著壓鑄模的設(shè)計和尺寸、壓鑄合金類型，模具的維修和保養(yǎng)而發(fā)生很大變化。
模具可以通過壓鑄前后適當(dāng)?shù)奶幚韥硌娱L壽命：適當(dāng)?shù)念A(yù)熱；正確的冷卻；表面處理；應(yīng)力消除。
適當(dāng)?shù)念A(yù)熱
冷模具和熱的壓鑄金屬間最初的接觸會引起模具嚴(yán)重的熱沖擊應(yīng)力，熱龜裂可能就在第一次壓鑄時出現(xiàn)并迅速擴展導(dǎo)致整體破裂。所以，最重要的模具表面和熔融金屬間的溫度不能太大，由于這一原因，通常推薦預(yù)熱，預(yù)熱溫度隨壓鑄合金類型而定，通常在150～350℃。
模具壓鑄時，推薦以下預(yù)熱溫度：
材料?????????????? 預(yù)熱溫度，℃
錫合金、鉛合金???? 100～150
鋅合金???????????? 150～200
鎂合金???????????? 250～300
銅合金???????????? 300～350
逐步而均勻的預(yù)熱很重要，最好是恒溫的加熱控制系統(tǒng)。
預(yù)熱時，為了達(dá)到平衡，應(yīng)逐步打開冷卻水，要避免所有的驟然冷卻。有鑲塊的模具必須緩慢加熱以便使鑲塊和模托保持一致溫度及逐步膨脹。
正確的冷卻
模具溫度受冷水道和模具表面脫模劑的控制。為了減少熱龜裂的危險性，冷卻水可預(yù)熱到大約50℃，也推薦用恒溫控制的冷卻系統(tǒng)，并不推薦使用低于20℃的冷卻水。停機時間超過幾分鐘時，應(yīng)調(diào)節(jié)冷水流量，以便模具不至于冷卻得太快。有一點非常重要，即潤滑劑（脫模劑）要非常好得附于模具表面以避免壓鑄金屬與模具得接觸，例如一個新得或剛修補得模具不應(yīng)有粗糙得金屬表面，因此在試模期有一層氧化薄膜會提供給脫模劑一個良好得附著面亦不失為一個好方法。
表面處理
模具表面加熱到500℃左右一小時然后空冷就可氧化。在蒸汽氣氛中加熱到500℃約30分鐘也可以，形成具有恰當(dāng)厚度得一層良好氧化膜，在使用一段時間后，要去除模具上堆積得脫模劑，可在模腔表面進(jìn)行噴丸處理，這種處理也可密閉一些熱龜裂得裂紋。噴丸處理會在模腔表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，這一定程度上抵消了引起熱龜裂得拉應(yīng)力。受摩擦得一些零件如推桿和射筒，可以通過氮化、碳氮滲來提高壽命。
消除應(yīng)力
壓鑄時，模具表面由于溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)變，這種反復(fù)得應(yīng)變會導(dǎo)致模具局部表面得殘留應(yīng)力產(chǎn)生，在大多數(shù)情況下，這種殘留應(yīng)力是拉應(yīng)力，因此促使熱龜裂的發(fā)生，消除應(yīng)力處理會使模具殘留拉應(yīng)力下降，因此能提高模具壽命，所以我們建議在試模一段時間后進(jìn)行消除應(yīng)力處理，然后在壓鑄1000～2000模次，5000～10000模次后分別進(jìn)行消除應(yīng)力處理。
這種處理可以在以后每隔10000～20000模次重復(fù)一次，以致模具出現(xiàn)少量龜裂，因為表面龜裂的形成會降低殘留應(yīng)力，因此在較嚴(yán)重龜裂產(chǎn)生后再去除應(yīng)力就沒有太大的意義。除應(yīng)力處理的溫度最好定模具熱處理最高回火溫度以下25℃左右，正常情況下，在此溫度保溫2小時。
四：壓鑄對模具鋼材的要求
壓鑄模受嚴(yán)重?zé)岣邷睾蜋C械循環(huán)負(fù)荷，這種負(fù)荷直接提高對壓鑄模材料的要求。因此有許多因素限制了模具壽命。
最重要的是：
熱疲勞（熱龜裂）
侵蝕/腐蝕
破裂（整體破裂）
凹陷
壓鑄合金工作溫度對壓鑄模具壽命影響非常大。對某種特定合金的壓鑄模，由于壓鑄件的設(shè)計，表面光潔度，生產(chǎn)速度，壓鑄時過程控制，模具設(shè)計，模具材料及其熱處理，加工公差范圍等也會很大程度上改變模具壽命。
熱疲勞
熱疲勞由于許多次溫度循環(huán)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力造成的逐漸破裂，它是發(fā)生于模具表面薄層的一種微表面層現(xiàn)象。
壓鑄時模具受冷熱變化，從而在模具表層產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)變，逐漸導(dǎo)致熱疲勞裂紋。典型的熱疲勞損壞是被稱為“熱龜裂”的一種表面破裂，在一下圖中作了很好描述。
在近十五年，人們花了很大精力來了解熱疲勞過程以及材料性能和熱疲勞的關(guān)系，正由于此，Uddeholm公司建立了一套模仿熱疲勞破壞的裝置，目的是為了改善和發(fā)展模具材料，目前已發(fā)展了優(yōu)質(zhì)工具鋼VIDAR SUPREME，8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。
影響熱疲勞的因素
熱疲勞裂紋是由熱循環(huán)應(yīng)力，拉應(yīng)力和塑性應(yīng)變等多種因素組合在一起形成的，如果以上因素中任何一個不存在的話，熱疲勞既不會產(chǎn)生也不會擴展。塑性應(yīng)變使裂紋出現(xiàn)，而拉應(yīng)力使裂紋擴展。
下列因素影響熱疲勞
模具溫度因素；預(yù)熱溫度；模具表面溫度；模具高溫保持時間；冷卻速度；基本的模具材料性能；熱膨脹系數(shù)；熱傳導(dǎo)系數(shù)；高溫屈服強度；抗回火性；蠕變強度；延展性。
2 應(yīng)力集中部位
圓角、孔和尖角
粗糙表面
模具溫度循環(huán)
預(yù)熱溫度
最重要的是表面和金屬溶液的溫差不能太大。因此，模具需要預(yù)熱，預(yù)熱溫度不低于150℃，
因為鋼材在此溫度的斷裂韌性是室溫時的兩倍。
模具表面溫度
模具表層溫度和熱疲勞的出現(xiàn)密切相關(guān)，溫度達(dá)600℃時，熱膨脹和應(yīng)力正好是熱作鋼所能承受的，但是溫度再高會明顯的產(chǎn)生熱龜裂危險，模具表面溫度主要取決于預(yù)熱溫度、金屬壓鑄溫度、壓鑄產(chǎn)品設(shè)計、模具形狀和尺寸，模具材料的高溫性能。
高溫保持時間
較長的高溫保持時間增加，模具有過度回火和蠕變的危險，這就意味著鋼材的機械強度下降和相應(yīng)的抗熱負(fù)荷和機械負(fù)荷能力下降。
冷卻速度
表面冷卻速度相當(dāng)重要，較快的冷卻會產(chǎn)生較大應(yīng)力，從而導(dǎo)致早期裂紋，冷卻劑的選擇通常從模具壽命和生產(chǎn)率兩方面綜合考慮，但大多數(shù)生產(chǎn)商由于環(huán)保問題把冷卻劑從油性冷卻劑改成水性冷卻劑。
基本的模具材料性能
熱膨脹系數(shù)
低的熱膨脹系數(shù)意味著較小的膨脹體積，亦即較低的熱應(yīng)力累積。
熱傳導(dǎo)性
高的熱傳導(dǎo)性降低了熱溫差，從而降低了熱應(yīng)力，在實驗中很難預(yù)測和研究什么樣一個程度的熱傳導(dǎo)性會影響到熱應(yīng)力。
高溫屈服強度
高的高溫屈服強度有利于對抗熱龜裂。
抗回火能力
如果鋼材最初具有的高溫屈服強度，會在高溫狀態(tài)長時間使用而降低，這就意味著熱龜裂破壞會加速，因此模具材料有良好的長時間高溫抗軟化性能顯得非常重要。
蠕變強度和抗回火性相關(guān)的軟化會因機械負(fù)荷的作用而明顯加速。模具材料同時處于高溫和機械負(fù)荷狀態(tài)，因此一種好的模具材料應(yīng)具備高溫下抗機械負(fù)荷作用的能力，此能力可以數(shù)字化以高溫蠕變強度表示。事實上，通過實驗已證明恒溫和循環(huán)機械負(fù)荷也會產(chǎn)生熱龜裂。
延展性
延展性是鋼材抵抗塑性變形而不產(chǎn)生裂紋的能力以數(shù)字化表示。鋼材在特定的高溫屈服強度及溫度循環(huán)下，延展性的好壞是主宰鋼材在最初的熱疲勞破壞中產(chǎn)生可見裂紋的因素。延展性對裂紋擴展的影響逐漸減少。
材料的延展性主要取決于夾雜物和偏析即鋼的純度和均勻性。因此Uddeholm公司的壓鑄模具鋼就是一種特殊的方法來處理。通過特殊的熔煉和精煉技術(shù)，控制鍛造的方法，特殊的細(xì)微化熱處理，已使鋼材的延展性大大改善，特別是大塊材料的中心部位也大大改善。
應(yīng)力集中
內(nèi)圓、孔和尖角的幾何形狀造成的應(yīng)力
鎖蓋結(jié)構(gòu)圖
參考文