摘要：壓鑄件包緊力在鋁合金在模具內(nèi)的冷卻開始到頂出鑄件的過程中，始終是動(dòng)態(tài)變化的。重點(diǎn)分析模具材料與合金材料隨溫度變化對(duì)應(yīng)有不同的熱膨脹系數(shù)，模具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)不同壓鑄合金選擇不同的收縮率。壓鑄工廠在生產(chǎn)中因?yàn)闇囟茸兓斐傻捻敵鲨T件故障可以通過溫度的調(diào)整來解決。

壓鑄合金的凝固過程中，鑄件的收縮對(duì)模具產(chǎn)生包緊力，模具材料也在溫度變化中收縮，鑄件與模具的協(xié)同變化造成包緊力的動(dòng)態(tài)變化。鑄件從模具頂出后有一定的溫度，在冷卻至室溫時(shí)還會(huì)收縮。模具設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦鑄件的收縮率為0.4%~0.7%。這種動(dòng)態(tài)的變化造成模具設(shè)計(jì)者選擇收縮率出現(xiàn)困難。實(shí)際上鑄件的包緊力與起模斜度，模具光潔度，頂桿布局，離型劑濃度，模具溫度，鑄件溫度等都緊密相關(guān)。本課題僅從模具和鑄件的收縮率，熱膨脹系數(shù)進(jìn)行分析，提供模具設(shè)計(jì)時(shí)選擇模具收縮率的參數(shù)。并提供了一種壓鑄生產(chǎn)廠家在遇到因?yàn)闇囟茸兓鸬蔫T件頂出困難時(shí)的有效對(duì)策。

1.金屬材料的熱膨脹系數(shù)

壓鑄過程中涉及到的熱膨脹系數(shù)主要是模具鋼和壓鑄材料兩個(gè)方面。

1.1.模具鋼的熱膨脹系數(shù)：

壓鑄模具材料常用8407，DIEVAR，H13，SKD61等都屬于同一類型的金屬材料。對(duì)于鋁合金壓鑄，模具預(yù)熱后的正常生產(chǎn)時(shí)的模具溫度范圍在75~425 ℃之間（見圖1）。不同的壓鑄企業(yè)模具使用溫度存在差異，企業(yè)可以根據(jù)大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)確認(rèn)，以根據(jù)模具的使用溫度選擇對(duì)應(yīng)的模具熱膨脹系數(shù)。

圖1：模具材料的溫度與熱膨脹系數(shù)之間的關(guān)系

1.2.鋁合金鎂合金的熱膨脹系數(shù)：

壓鑄鋁合金、鎂合金的熱膨脹系數(shù)主要和Si含量有關(guān)。同一溫度情況下Si含量越高，熱膨脹系數(shù)越小.圖2為3種常用壓鑄材料ADC12，A380，AM50的熱膨脹系數(shù)，豎線是該材料成分需求的中值。壓鑄廠家可以根據(jù)自己公司的常用Si含量進(jìn)行對(duì)應(yīng)查詢熱膨脹系數(shù)。

圖2：壓鑄合金的熱膨脹系數(shù)

2.壓鑄模具收縮率的選定

壓鑄模具設(shè)計(jì)選擇收縮率時(shí)需要根據(jù)模具材料，鋁合金種類，壓鑄時(shí)模具的溫度綜合選擇。

2.1壓鑄件和模具的溫度：

模具設(shè)計(jì)時(shí)采用的收縮率定義是壓鑄件從模具頂出的瞬間開始冷卻到常溫的鑄件尺寸的變化。測(cè)量的壓鑄鋁合金是ADC12，模具是8407時(shí)的溫度變化。熱成像儀測(cè)量模具的Ar1區(qū)域最高溫度是289.5 ℃（鑄件頂出瞬間模具還在快速降溫），測(cè)量的鑄件的外部溫度在350 ℃，內(nèi)部約400 ℃（這種熱成像儀測(cè)量溫度有延遲，溫度低于實(shí)際溫度約50 ℃）(見圖3)

圖3：模具的熱成像溫度

2.2模具鋼材料和壓鑄合金材料熱膨脹系數(shù)在不同的溫度下對(duì)應(yīng)表：

常用的3種壓鑄材料為ADC12，A380，AM50的熱膨脹系數(shù)見表1。以壓鑄鋁合金ADC12（熔點(diǎn)580℃）為例，模具材料選擇8407.壓鑄件在模具內(nèi)的溫度t ℃從550℃開始下降到500℃，450℃，400℃，一直到室溫20℃時(shí)，分別對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)r 為25.3,24.8，24.3,23.8等至常溫時(shí)定義為0。對(duì)應(yīng)于鑄件的溫度，模具鋼8407的溫度分別為450℃，400℃，350℃，300℃（較鑄件低100℃）時(shí)的熱膨脹系數(shù)為12.89,12.69,12.51,12.33等。

表1：壓鑄件與模具溫度變化的熱膨脹系數(shù)變化對(duì)應(yīng)表

2.3壓鑄合金的收縮率

從表1中看出，當(dāng)鑄件頂出模具時(shí)，鑄件內(nèi)部的溫度350~400 ℃時(shí)，對(duì)應(yīng)模具溫度為280~300 ℃，此時(shí)ADC12鑄件和8407模具的公稱尺寸接近。經(jīng)過測(cè)試模具和鑄件的溫度，以及統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)中的模具的尺寸溫度變化，確定了表1中合理的推薦值（黑色框外數(shù)據(jù)僅參考）作為模具設(shè)計(jì)需要的參考數(shù)據(jù)。當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，模具溫度與鑄件的溫度變化趨于穩(wěn)定。ADC12在頂出鑄件溫度為370 ℃，模具溫度290 ℃分別對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)為23.6和24.1×10-6℃-1，據(jù)此根據(jù)表1計(jì)算出ADC12的壓鑄件模具設(shè)計(jì)時(shí)收縮率0.005，同理推算出A380和AM50分別為0.006和0.007。

3.鑄件頂出困難的原理及對(duì)策

壓鑄件在模具內(nèi)頂出困難時(shí)采用烘烤鑄件升溫再頂出鑄件的措施。當(dāng)鑄件在模具內(nèi)頂出困難時(shí)，最常用的現(xiàn)場(chǎng)處理問題的方法是在鑄件與模具的結(jié)合部位涂上一層油脂，然后用天然氣烘烤鑄件后能再次頂出鑄件。方法簡(jiǎn)單有效。

圖4：鑄件（公稱尺寸為40mm時(shí)）與模具在不同溫度下的尺寸變化

根據(jù)表1做出鑄件公稱尺寸為40mm時(shí)（其他尺寸斜率一樣）和模具隨溫度的變化關(guān)系曲線見圖4?？梢婅T件和模具的尺寸都會(huì)隨溫度的升高而升高，但是斜率不同，圖4中的A點(diǎn)是鑄件和模具膨脹量等同時(shí)的交叉點(diǎn)，隨溫度的再升高，鑄件的尺寸＞模具的尺寸。

造成鑄件包模頂出困難的原因之一就是生產(chǎn)中的停頓使鑄件溫度下降到C區(qū)附近，鑄件的收縮使尺寸小于模具的尺寸造成包緊力更大。采用烘烤方法使鑄件的溫度上升，熱膨脹量增加到合理B區(qū)，甚至A區(qū),大于了模具的尺寸，使包緊力減小，但也不可以任意溫升過高,這樣會(huì)減少鑄件的強(qiáng)度導(dǎo)致頂穿鑄件。在此過程中可以采用一邊烘烤一邊嘗試頂出的方法，這種方法快速簡(jiǎn)單有效。否則需要下模具由模具工剔除的方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

4、結(jié)論

壓鑄件與模具鋼的熱膨脹斜率不同，其中的相交點(diǎn)是兩者的熱膨脹量相等的點(diǎn)。壓鑄企業(yè)在生產(chǎn)中遇到鑄件包模頂出困難時(shí)采用烘烤鑄件升溫的方法，使鑄件的熱膨脹量達(dá)到斜率的交點(diǎn)附近時(shí)能大幅度的減少鑄件的包緊力，從而順利的頂出鑄件。