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壓鑄粘模缺陷在實(shí)際生產(chǎn)中極為常見，直接影響產(chǎn)品外觀，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使鑄件表面脫皮、缺肉、拉傷拉裂，特別是有密封性要求的鑄件，粘模嚴(yán)重會(huì)造成鑄件局部漏氣，導(dǎo)致鑄件直接報(bào)廢。粘模缺陷的本質(zhì)是壓鑄合金和鋼模具結(jié)合在一起，鑄造材料粘在模具表面上。在壓鑄過程中，金屬液進(jìn)入模具型腔，會(huì)對(duì)模具表面會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理沖擊，也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，金屬液對(duì)模具造成的物理化學(xué)作用，使模具表面產(chǎn)生細(xì)小的凹坑。每一次壓射都會(huì)造成模具表面發(fā)生變化，模具表面的小凹坑會(huì)慢慢變大，時(shí)間累積后，凹坑達(dá)到一定程度，會(huì)使鋁液進(jìn)入并與鋼模具相結(jié)合。模具表面本來會(huì)有致密的氧化層，在氧化層破裂后開始滲鋁，此時(shí)開始形成的金屬間化合物相 Al Fe Si。這些相以擴(kuò)展的方式向鋼中長大，而此擴(kuò)散受時(shí)間和溫度控制。此時(shí)，粘鋁缺陷顯現(xiàn)。下面從四個(gè)方面分析粘鋁的影響因素及解決措施。
1、 模具和表面涂層
粘鋁對(duì)于模具而言，是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械磨損和化學(xué)反應(yīng)過程，對(duì)模具的表面有很大的損傷，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致模具失效。模具需要使用好的材料，進(jìn)行合理的表面處理，能有效減少粘鋁的情況。
1.1 模具材料
對(duì)于鋁合金壓鑄的模具鋼材應(yīng)具備：1）優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和韌性；2）優(yōu)良的高溫耐磨性和抗熱疲勞性；3）良好的熱處理性和切削加工性。如表1所示 ，常 用 的 模 具 鋼 有 國 產(chǎn) 的4Cr5Mo Si V 鋼、瑞典一勝百的 8407、日本的SKD61、美國的 H13 等。模具廠家應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，選用適當(dāng)?shù)哪＞卟牧稀?/p>
1.2 模具表面硬度
模具的表面硬度不足，耐磨性就越差，會(huì)使模具產(chǎn)生熱疲勞失效，出現(xiàn)裂紋和點(diǎn)蝕，進(jìn)而產(chǎn)生粘鋁；若模具表面硬度太高，會(huì)使模具產(chǎn)生脆性開裂。所以，需要選用合理的模具表面硬度。如 H13 鋼一般在淬火后的最佳硬度為 44-48HRC，再針對(duì)不同結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行細(xì)化選擇。大型型腔為提高韌性避免早期開裂，可以適當(dāng)降低硬度；型芯主要是發(fā)生彎曲變形失效，發(fā)生裂紋失效情況很少，則可以減小其韌性而提高硬度。對(duì)于尺寸大的鋁合金鑄件或形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具，熱處理工藝難度很大可以適當(dāng)降低硬度；反之，中小型鋁合金壓鑄模具可以適當(dāng)提高硬度。
1.3 模具表面粗糙度
模具表面應(yīng)該具有合理的粗糙度。粗糙度過大對(duì)模具損害較大，但不是粗糙度越小越好，要避免模具表面過度拋光?？梢詫?duì)模具表面進(jìn)行噴砂、氧化處理和用細(xì)砂紙打磨等方法處理，這樣利于脫模劑分布均勻，也可以防止鏡面表面造成的壓鑄合金與模具表面產(chǎn)生粘結(jié)，使模具表面產(chǎn)生針孔。推薦模具表面粗糙度如表2所示。
1.4 表面處理
表面涂層對(duì)模具的保護(hù)是極為重要的，常用的處理方法有 CVD 涂層、PVD涂層、氧化、滲氮、各種條件下進(jìn)行的鹽浴處理。滲氮處理可能是模具處理中最常用的處理方法，該方法對(duì)抗侵蝕性能也是極為有利的，但處理方法不恰當(dāng)?shù)那闆r下，可能會(huì)損害抗熱龜裂性能。氧化處理也是常用的處理方法。在模具初次使用時(shí)，將模具進(jìn)行輕微氧化。通常在空氣或者純氧氣環(huán)境中加熱到 450-550℃，保持 1-2h,使模具表面產(chǎn)生 1-10μm的氧化層，該氧化層主要由 C、Si 和 Fe的氧化物等組成，已有研究證明，該氧化層對(duì)模具具有很大的保護(hù)作用，能極大程度的抵抗沖蝕磨損。從先階段研究成果來看，對(duì)于該氧化層的產(chǎn)生和控制，很可能是以后模具表面處理的最主要方向。然而考慮到模具失效的多重原因，在模具強(qiáng)化時(shí)使用單一的表面處理來實(shí)現(xiàn)抵抗所有失效形式是很困難的，很多研究已經(jīng)開始考慮設(shè)計(jì)組合涂層系統(tǒng)。
在模具粘鋁后，傳統(tǒng)方式都是使用砂輪、油石進(jìn)行拋光處理，這種方式容易造成模具損傷。也可以使用氫氧化鈉溶液進(jìn)行清洗處理，對(duì)模具損傷相對(duì)小一些，但是不容易處理徹底，價(jià)格也稍高。
2、 合金液
2.1 合金液中的鐵含量
已有大量實(shí)驗(yàn)證明，合金液中的 Fe 含量對(duì)鋁合金壓鑄粘鋁缺陷有確切影響。
Fe 是 Al-Si合金中的主要雜質(zhì)，它主要來自爐料和熔煉工具。如果 Fe 含量過多，會(huì)大大降低合金的流動(dòng)性，使合金的充填性能惡化；若 Fe 含量過低，會(huì)使合金液中的 Fe 與 Al、Si 等反應(yīng)，生成金屬間化合物相 Al Fe Si，產(chǎn)生粘鋁現(xiàn)象。所以，合金液中的 Fe 含量是一個(gè)重要的檢查因素，應(yīng)該保持在一定范圍內(nèi)，不能偏高或偏低。如 ADC12 的 Fe含量應(yīng)保持在 0.6-1.3%之間。
2.2 雜質(zhì)
合金液中若雜質(zhì)較多，會(huì)直接沖刷模具表面，增加模具表面的粗糙度，使粘鋁現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。所以合金液都需要進(jìn)行精煉，減少雜質(zhì)的產(chǎn)生。
3、 噴涂
噴涂是壓鑄生產(chǎn)過程中必不可少的工藝。噴涂可以使模具表面形成隔離層，防止合金液與模具直接粘附在一起，能有效減少金屬液對(duì)模具的直接沖刷效果，還可以提高鑄件表面質(zhì)量，使鑄件表面光滑。噴涂工藝中，對(duì)于脫模劑有下列要求：
1、揮發(fā)點(diǎn)低，在 100-150℃時(shí)，稀釋劑能很快地?fù)]發(fā)掉，不增加型腔內(nèi)氣體；
2、涂覆性好，在模具低溫處不產(chǎn)生堆積，而在模具高溫區(qū)能產(chǎn)生隔離層，保證其離型性能，并易于清理；
3、對(duì)模具及鑄件不產(chǎn)生腐蝕作用；
4、對(duì)環(huán)境污染盡可能小，即無味、不析出或分解出有害氣體；
5、性能穩(wěn)定，在空氣中不易揮發(fā)，保存期內(nèi)，不沉淀，不分解等。常使用的脫模劑品牌有漢高、肯天、奎克和 EPS 等。
在噴涂時(shí)，需要保證脫模劑能起到良好的效果。如在模具溫度高于 300℃后，會(huì)產(chǎn)生萊頓弗羅斯效應(yīng)，使脫模劑完全與模具表面分離，不能產(chǎn)生隔離層，而失去了噴涂的作用。在噴涂時(shí)，需要正對(duì)模具表面成 90 度，并保持一定距離，噴涂足夠的時(shí)間。在粘模處，極有可能是噴涂不到位，使金屬液直接與模具沖刷，所以要及時(shí)調(diào)整檢查噴涂工藝。
4 、壓鑄工藝
4.1 充填速度
充填速度對(duì)粘鋁的影響也是非常直觀的。充填速度過快，會(huì)帶來一系列問題，對(duì)模具有很大的損傷。當(dāng)充填速度過快，會(huì)使金屬液呈顆粒狀或霧狀進(jìn)入型腔，對(duì)模具型腔有很劇烈的沖刷作用，或者直接破壞脫模劑表層，粘附在型腔壁上，產(chǎn)生粘鋁缺陷。所以，驗(yàn)證充填速度的合理性，對(duì)粘鋁缺陷有極大的幫助。推薦的澆口速度如表3。
4.2 模具溫度
模具溫度對(duì)粘鋁的影響也是顯而易見的。在生產(chǎn)過程中，模具溫度不合理，不僅會(huì)產(chǎn)生各種各樣的產(chǎn)品質(zhì)量問題，如冷隔、氣泡、縮孔、粘鋁等，還會(huì)影響模具的壽命模具壽命。單從粘鋁缺陷來看，模溫過高，會(huì)使脫模劑失效，充填速度過快，并增加模具和合金液的親和力，加快模具與合金液的化學(xué)反應(yīng)。所以，在模溫較高的地方，務(wù)必保證溫度維持在合理范圍，一般鋁合金鑄件，開模后 1-3s 內(nèi)測(cè)量模具型腔表面溫度，不能大于 300℃，以 240±40℃為宜，在噴涂后合模之前 1-3s 內(nèi)測(cè)量模具型腔表面溫度，不能低于 160℃。最常用的冷卻方式有水冷、熱管導(dǎo)熱、模溫機(jī)控制等。
對(duì)于模具內(nèi)部冷卻，最常用的是水冷卻，包括局部冷卻和整體冷卻。在模具設(shè)計(jì)階段需要仔細(xì)分析模具的受熱情況，可以通過模流軟件進(jìn)行分析，然后在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾铀?。點(diǎn)冷卻是水冷卻的一種常見且有效方式，它是針對(duì)模具型芯、模具深腔或個(gè)別局部溫度較高的位置進(jìn)行冷卻。而對(duì)于模具表面冷卻，一般是靠噴涂過程完成。噴涂的冷卻能力，實(shí)際是脫模劑中的水在起冷卻作用。脫模劑的濃度太高，會(huì)大大降低模具的表面冷卻能力，也容易使模具表面產(chǎn)生積碳，而脫模劑濃度太低，又不能生成保護(hù)層，起不到模具保護(hù)作用。所以，脫模劑的濃度也需要根據(jù)產(chǎn)品來適當(dāng)調(diào)整，保證既能起到保護(hù)模具作用，也能對(duì)模具表面有較好的冷卻作用。
5、 小結(jié)
引起粘鋁缺陷的因素有很多，在解決時(shí)要仔細(xì)觀察，從多方面分析考慮。本文從四個(gè)方面分析了粘鋁產(chǎn)生的原因，并提出一些相應(yīng)的對(duì)策措施，對(duì)壓鑄從業(yè)者有一定的參考價(jià)值。
本文作者：重慶隆鑫壓鑄有限公司 林旺
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