壓鑄模具設計對模具壽命的影響

壓鑄模具設計是影響壓鑄模具壽命的另一重要因素，模具設計的優劣，直接影響壓鑄模具壽命。因此，在壓鑄模具設計時必須根據鑄件的特性，充分考量影響模具壽命的因素，合理地設計模具結構，要在前期對于影響模具壽命的鑄件設計及時提出改進意見，或采取合理的措施予以解決。

1、模具強度是否足夠

模具強度是否足夠是影響模具壽命的重要因素，對于這一點中國目前大部分企業，包括壓鑄企業在采購模具時，普遍特別關注模具價格，甚至認為，只要能壓鑄出合格產品就行，對于模具大小，模具強度是否足夠沒有引起足夠重視。同時，很多壓鑄模具制造企業為了取得訂單，往往把模具價格壓低，而在模具制作時能省則省，以降低成本。模具強度如果不夠不僅影響模具可靠性，也影響模具壽命。實際上從壓鑄生產的角度來看，這樣的模具并不經濟。壓鑄模具如果強度不夠，剛性差，模具在不斷的受沖擊、受壓的情況下，就會過早的開裂。并且由于封鋁面太少，會造成模具竄鋁，不及時清理又壓踏模具，造成模具損壞。因此，在模具設計時必須充分考慮模具強度，確保模具壽命。

a 硬度硬度是模具鋼的主要技術指標，模具在高應力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據其工作條件，一般要求保持在HRC40～55范圍。對于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

b 紅硬性在高溫狀態下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180～250℃的溫度范圍內保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550～600℃的溫度范圍內保持這種性能。 鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學成分和熱處理工藝。

c 抗壓屈服強度和抗壓彎曲強度模具在使用過程中經常受到強度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應具有一定的抗壓強度和抗彎強度。在很多情況下，進行抗壓試驗和抗彎試驗的條件接近于模具的實際工作條件（例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強度與沖頭工作時所表現出來的變形抗力較為吻合）。 抗彎試驗的另一個優點是應變量的絕對值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態下變形抗力的差別。

2、模具內澆口速度是否合適，應盡量偏低

壓鑄模具內澆口的設計既是影響鑄件質量的重要因素，同時又直接影響壓鑄模具壽命，因此在壓鑄模具設計時必須高度重視。壓鑄模具內澆口速度越快，對模具型腔的沖擊越大，模具型腔的瞬間升溫越大，模具越容易出現表面龜裂或開裂。壓鑄模具內澆口一般在30-70米/秒為宜，并且在確保產品質量的情況下，盡量偏低，這樣，可以降低對模具的沖擊，從而延長模具壽命。在一定的壓射條件下，內澆口面積過大時，會使填充速度過低，金屬過早凝固，甚至導致充填不足；而過小的內澆口面積，會使噴射加劇，增加熱量損失，產生渦流并卷入過多的氣體，對模具沖刷加劇，導致模具早期報廢。

a. 內澆口截面積的大小，常常是憑經驗在設計繪圖過程中來確定的，單純地依據經驗公式所計算內澆口的截面積，割裂了內澆口截面積與充填速度和充填時間的密切聯系，內澆口截面積與充填速度和充填時間之間存在著不能有效匹配的風險，設計結果能在多大的工藝范圍內進行修改，設計者并不清楚。

b. 內澆口截面積相差懸殊，生產實踐中模具內澆口截面積與壓鑄件不匹配的情況屢見不鮮，當這種不匹配性差距不大時，其表現并不是很明顯，在模具使用中，操作人員常常會感到模具不好用；當其差距較大時就會明顯的表現出來，壓鑄件無法成形、廢品率高、質量不穩定。

c. 生產過程中就會對工藝參數要求很高，工藝的略微波動會造成壓鑄件表面產生各種各樣的缺陷，這樣的模具如果放到一臺性能更高的壓鑄機上生產也有可能順利的生產合格的壓鑄件，但在現有的壓鑄機上是很難正常生產的。

3、模具滑塊鎖緊塊強度是否足夠

由于壓鑄是高速、高壓，壓鑄模具滑塊受的沖擊力非常大，壓鑄比壓一般選擇在400-900公斤/平方厘米，以滑塊投影100×100mm,為例，作用力就有40噸-90噸之大，因此，目前很多壓鑄模具企業在設計模具時普遍為了節省材料，模具設計偏小，鎖緊塊不夠大，強度不夠，從而造成滑塊鎖不住。不但會影響鑄件質量，同時，容易造成竄鋁，造成滑塊卡死，造成模具鎖緊部分變形或開裂，從而損壞模具，影響模具壽命。因此在設計模具時必須確保模具滑塊鎖緊塊強度足夠，確保模具的可靠性，延長模具壽命。

4、模具型腔封鋁面是否足夠

由于壓鑄是高溫、高速、高壓，壓鑄模具竄鋁是時有發生的，究其原因，除了壓鑄參數選擇不當，壓射速度過快，壓力太大，鎖模力不夠等以外，模具設計不合理，封鋁面不夠也是其中重要的原因。如果模具竄鋁，一方面直接影響鑄件的內部質量，另一方面，由于在壓鑄過程中，沒有及時或難以清理，這樣會把模具擠壞，造成模具分型面塌陷。更嚴重的在有滑塊結構的模具中，如果竄鋁竄到滑塊間隙里，在合模時由于鎖模力非常大，會把滑塊或滑塊座擠壞，甚至擠裂模架。這樣的現象在壓鑄企業里經常發生。究其原因，主要是壓鑄企業或模具制造企業為了節省費用，把模具做的過小，封鋁面不夠大而造成的。有一個現象，值得我們反思，日本人是很節約的，但是，日本人做的壓鑄模具基本上比中國大部分廠家做的模具大，為什么？因為壓鑄模具如果僅僅考慮成本，而忽略了模具最關鍵的特性，即：可靠性、成品率、生產效率、壽命，將是得不償失。這也是中國壓鑄模具與國外先進國家模具的差距所在。這個觀念不僅僅是壓鑄模具制造企業需要改變，同樣也是壓鑄模具使用企業應該扭轉的。 因此，在設計模具時應高度關注封鋁面特別是在滑塊部位的封鋁面，必須足夠，以確保不竄鋁，從而延長模具壽命。

5、模具冷卻（加溫）設計是否合理，模具溫度場是否合理

模具冷卻水設計在壓鑄模具的設計中是至關重要環節，在中國大部分壓鑄模具制造廠家，往往對于澆注系統非常重視。

模具的溫度會過高甚至達到無法正常生產的底部；模具也有可能由于溫度過高造成模具變形超標而報廢；更會造成模具壽命大幅度降低；還有就是會造成模具表面高溫氧化失效。

很多廠家在使用模流分析軟件時，往往對于填充部分研究得很多,而對于模具溫度場變化研究的不多。實際上在壓鑄生產中，模具冷卻、模具溫度場變化，對于生產效率、鑄件質量以及模具壽命都是至關重要的。有條件可以使用壓鑄專用模溫機，有助于提高生產效率，提高鑄件質量，同時也可以延長模具壽命。 鋁合金壓鑄模具在使用過程中，由于液態鋁合金在瞬間填充模具型腔使得模具表面承受高溫而表面溫度升高。壓鑄鋁合金產品的冷卻成形是模具材料做為導熱體把鋁合金凝固過程散發的熱量傳遞到模具內部。由于壓鑄成形的產品形狀不規則，即產品的厚度不均勻，那么鑄件產品在凝固過程中所散發的熱量是不同的。模具設計過程中，需要有效的設計模具的內冷卻水道分布使得模具表面溫度差降低到最小。這樣才能減少模具表面溫度差異從而控制壓鑄產品的變形，減少縮孔的發生，保證班產量與生產節拍。 模具溫度場的控制需要在模具設計的初期就考慮周全。也就是說，需要設定好班產量與生產節拍（如：60件產品／小時）從而了解模具在生產過程中所散發的熱功率。在了解模具不同厚薄部分在生產時所散發的熱功率后，計算出冷卻水道的直徑，距離表面的距離，以及冷卻水的流量，從而控制模具表面溫度在240度。 目前常見的問題是，溫度場的建立不是在計算的基礎之上，而且根據經驗大致估計一下冷卻水道距離表面的距離，以及冷卻水道的孔徑。其結果是，模具表面溫度難達到均勻。當模具局部有過熱時，采用大量噴涂脫模劑的方法來冷卻模具。這樣的結果是，模具在使用很短一段時間后，如3000多模次，模具表面出現熱疲勞裂紋。在其后的生產過程中，由于模具持續承受劇烈的冷／熱循環導致模具早期失效達不到預定的8－10萬模次壽命要求。從而大大的減少的模具的壽命。因此，優化模具冷卻（加溫）設計是提高模具成品率、生產效率的關鍵，同時也是延長模具壽命的非常重要途徑。  

6、易損部位是否鑲拼

為了延長模具壽命，在模具設計時，復雜的型腔可以進行分塊加工簡化工藝，對于易出現模具開裂、模具損壞的部位進行鑲拼，一方面便于維修和更換降低模具制造成本；另一方面，鑲拼接縫可以阻隔開裂的延展。也避免了局部開裂延展到其他部位，從而延長模具壽命。

7、減少應力集中的尖角

尖角處容易應力集中，因此，對于壓鑄件，轉角處的尖角，無論從鑄件的澆注過程，還是鑄件質量，以及壓鑄模具壽命都是影響非常大的。因此，在前期與鑄件設計人員探討問題時，應非常關注鑄件的轉角，能大的盡量加大，這一點非常重要。

8、采用先進的技術

為了延長模具壽命，包括中國在內的很多科技人員都在積極探索一些新的技術，如表面新的滲氮技術、鍍鈦，表面微細網格延壽技術等等。因此作為壓鑄模具的制造企業，作為壓鑄模具設計人員，積極探索新的技術，及時跟蹤先進技術，適時采用新的技術提高模具壽命，也是提升壓鑄模具水平、提升企業技術水平的有效途徑。輝旺公司在這方面進行了探索，應用了很多新的技術，取得了很好的效果。