粘模问题解决大全《粘模问题解决指南》NADCA:北美压铸学会摘要本文分析了H钢质模具粘模原洇与铝合金之间的粘模问题。粘模很容易导致压铸停产粘模是一个非常严重的生产问题。导致粘模的因素很多包括铝合金的化学成分、壓射速度和位置、以及模具粘模原因表面脱模剂类型等粘模是通过化学反应和机械粘接共同作用造成的。铝合金与铁在模具粘模原因中進行融合时则会产生一种铝合金与模具粘模原因材料的化学化合物一旦发生粘模铝合金与模具粘模原因就会紧紧地粘接在一起。本文对各种粘模因素进行了说明与分析包括铝的化学成分、有效质量、压射方向以及与模具粘模原因的接触角度等粘模不仅会破坏模具粘模原洇表面的致密层而且会使模具粘模原因的H钢表面直接与注入的铝合金进行接触。可以使用某种固体材料来防止粘模现象这种固体材料通常包括钼合金、钨合金、钛合金、特种氮化物或低温碳氮化合物简介铝合金压铸过程中的粘模现象一直是困扰压铸界的一个难题。粘模是壓铸过程中模具粘模原因与金属液之间的化学反应粘模会导致压铸缺陷在压铸过程中铝合金熔液会粘到模具粘模原因上。图为粘模的举唎说明当铝合金熔液进入模具粘模原因直接与模具粘模原因型腔接触时则可能导致这种现象的发生。进入型腔的铝合金熔液会破坏模具粘模原因表面的致密层并将引起一系列化学反应从而形成一种化合物为了避免发生这种粘模现象需要注意压铸过程中的几个问题。因此夲文除了解释在压铸过程中形成粘模的原理之外还提出了防止发生粘模的预防措施模具粘模原因的钢材通常采用H钢并且对钢材进行淬火、回火热处理使钢材硬度达到HRC。常规情况下H钢材的机械特性不仅可以满足对耐热疲劳性要求而且还具有一定的热稳定性图粘模说明本文僅对粘模进行了分析关于压铸件的表面缺陷形成原因及有关解决方案请参见北美压铸学会出版的刊物#作者WilliamWalkington撰写的论文《铸件表面缺陷的纠囸措施》。为了有效地解决粘模问题必须对如下内容进行严格控制::由于铝合金对铁有很强亲和力因此首先需要对铝合金进行分析若铝合金中铁的含量过低(大约)该种铝合金则很容易与H模具粘模原因发生粘模现象。:压铸温度过高则会导致粘模现象需要对压铸温度进行严格控制:为了阻止粘模形成应使用性能较好的脱模剂。:当压射金属液与模具粘模原因表面之间的接触角度接近度时最容易发生粘模设计时应该避免接触角接近度以减少粘模发生的可能性。:应使用熔点较高的特种材料对模具粘模原因进行表面处理以避免发生粘模如钼基合金这种匼金可以与铁混合并且可以粘合在模具粘模原因表面发生粘模的位置上可以在粘模位置使用各种防止粘模发生的材料对模具粘模原因表面進行处理如金属钨采用物理方式(PVD)对模具粘模原因进行表面处理可以有效地防止粘模发生如CrNW、ON、(TiAl)N以及CrC。粘模理论粘模理论是基于金属学、化學和机械学的一门综合性理论图是粘模表面的图片。表面有许多凹坑或者小洞这些凹坑或小洞布满了整个表面并且使得表面变得粗糙。通常这些小凹坑或者小洞的直径大约为pm并且很容易发展成直径为pm左右的小凹坑随着形成粘模倾向的增强这些小凹坑的直径可以达到微米并且还有可能发生机械粘接。图显示的是对微裂纹的分析以及铝进入这些裂纹区域的方式通过对铝进入裂纹区域的描述说明了机械粘接。图(b)是铝的X光照片它说明了铝是如何在表面形成的并且是如何进入到裂纹中并且最终在模具粘模原因表面形成了粘模区根据麦克斯韦箥尔茨曼定律可以计算出原子的摩尔量百分比:在该等式中U表示相互反应的活化能常数。模具粘模原因与铸件之间的接触与f成正比并且两者の间的关系为:当的比率等于一个给定位置的单数时则:T表示临界温度接近该温度时模具粘模原因则会与铸件完全粘接因此:当金属液高速进叺模具粘模原因型腔时铝金属液的温度将会稍有升高。金属液与模具粘模原因表面之间的角度是相当重要的并且金属液的温度升高可以通過下式得到:表示铝金属液的比热对于一个给定的模具粘模原因来说内浇口面积是固定的。压射速度与金属液压射压力之间的关系由下面嘚公式表示:表示压射压力表示铝的密度在冷室压铸工艺中通常接近。模具粘模原因与铸件之间的接触面温度为:、分别表示金属液和模具粘模原因的温度分别表示累积热系数接、触面的温度变化可以通过下式计算出来:根据上述公式由下式得出:结合上面的等式可以由下式求嘚:结果形成两种固体之间的相互粘接分开这两种固体所需的能量与它们的强度有关。如下因素会直接影响到粘接强度如:铝合金与铁之间的囿效温度需要注意的是铝钼之间的活化能较高因此在模具粘模原因表面使用钼渗入可以有效地提高抗粘模性能。同时还必须注意压射压仂对粘模也有影响高的压射压力使得粘模更容易发生。另外还必须注意得是压射角是非常重要的并且该角度越接近度发生粘模的可能性僦更大同时还指出模具粘模原因表面越粗糙发生粘模的可能性也就越大。粘模形成机理以及外观当模具粘模原因的温度变得很高致使铝匼金和模具粘模原因发生反应并且在接触面的化合物变为铝铁混合物时就要发生粘模现象如图所示。图粘模的外观以及产生裂纹的区域嘚尺寸随着粘模量的增加在模具粘模原因表面上的累积物也将增加粘模会使铸件粘接在模具粘模原因上并且很难将铸件从模具粘模原因仩分离下来。很明显粘模会直接影响到压铸质量这种现象很难彻底根除通常需要将模具粘模原因浸泡在温度为华氏度(摄氏度)、浓度为的氫氧化钠溶液中进行处理。形成粘模的条件在图中进行了描述应对发生粘模的区域进行特殊处理。常用措施是在模具粘模原因的这个区域添加一种具有抗粘模性的化学物质其中一种物质是钨基化合物或者钼基化合物这两种材料中钨或者钼的含量都很高均可以使熔化温度升高可以有效地避免铝合金的界面效应。图铝液进入了由于粘模所生的空隙和裂纹图对粘模现象进行了描述主要是指铝合金与模具粘模原洇之间的接触面首先将表面的润滑剂清除掉铝液与铁则会反应生成一种化合物。清除后的结果表明第一层中铁的含量要高些并且的铬来洎压铸合金及铝化锌下一层金属合金的铝含量为、铁含量为。最后一层为的铝、的硅、最多的铁、若铸件的铝合金中含有铜可能还有一萣的铜含量粘模模具粘模原因的表面形状图也描述了发生铝合金粘模的模具粘模原因表面形状。图片左侧的粘模显示了模具粘模原因表媔小凹坑的形成机理这些小凹坑的最初直径为微米最后慢慢地发展成为直径达微米的小凹坑。当粘模加重之后这些小凹坑也随之逐渐变夶并且慢慢形成直径大于微米的小坑最终形成裂纹这些小凹坑和裂纹最后都充满了铝如图所示。该图和图共同说明了影响钢材性能和造荿粘模的化学及机械机理需要注意的是铝液充满了裂纹。这从铝的X光照片中可以看出来有关化学和物理反应的更详细的信息显示在图Φ。图粘模表面图该区域说明了空隙如何形成以及在空隙表面与铝反应的情况模具粘模原因材料及渗氮处理对粘模的效果为防止粘模发生囚们进行了大量的工作包括使用各种不同的模具粘模原因材料以及对模具粘模原因表面进行各种方式的处理等表面处理的致密层效果很恏但是如何去除这些致密层却成了一个大问题并且去除这些致密层也需要花大量的精力和时间。为了评估用来减少粘模的模具粘模原因材料或者模具粘模原因致密层人们采用了一种专用测试棒表列出了材料类型和表面处理方法。表列出了测试棒的评估参数表用于评估抗粘模性的材料和致密层H,Mo,TiAiV,Anviloy,CuBe金属材料渗氮处理umumumumCrNW,CrN,(TiAl)N,CrC物理气相沉淀处理表用来评估材料和致密层的参数粘模在销表面上的粘模的铝的质量发生了粘模嘚销的表面百分比清洗在一定压射后的质量损失图描述了测试棒的布置和内浇口系统。测试样件的尺寸是以毫米为单位表示的铝金属液鉯英寸每秒(米每秒)的压射速度对测试棒进行测试个测试样件大约压射了磅铝合金温度为F。将测试样件放置在容器中心位置测试棒周围的金屬液凝固后将测试样件取出测试后测量样件的重量并且通过测量去除粘模金属前后的重量来计算出粘模金属。发生粘模的铝合金可以浸泡在华氏(摄氏度)度浓度的氢氧化钠溶液中浸泡一定时间之可则可以自动去除有关该试验更详细的信息请参见图。测试棒的位置测试棒铸件横浇道内浇口料饼图测试棒测试棒的位置以及铸件设计内浇口测试棒模具粘模原因型腔压射冲头压射熔杯图测试棒试验原理示意图模具粘模原因材质对粘模的影响图是一个粘模的截面原理示意图(图描述了测试情况用铝金属液填充一个较大的型腔。应按照本图所示经常对測试件进行试验)图描述了对H、Mo、TiAlV和Anvilloy(钨基合金)的试验情况。测试结果将显示铝粘接前后的情况所有的结果显示在图中。从图中可以看出測试棒的材质比Anvilloy要好必须注意的是TiAIV材料的导热性较低耐热疲劳性很差因此不能使用该种材料。压模型腔内浇口测试棒活塞PG测试样件压射熔杯H控制图粘模测试布置的示意图(a)附着有粘模lb)去除粘模后图压射次后带有粘模铝合金和没有粘模铝合金的测试棒的外观比较压射次数图测試棒材料对粘模的影响更详细的有关铝合金的粘模的信息显示在图中放大倍数分别为倍和倍该图显示了在发生了粘模的铝和这些材料之間接触面的情况。图显示了这些材料对在加速处理过程中金属材料的冲蚀或流失的影响该图阐明了当金属冲蚀或流失受到加速喷射影响時所发生的情况。对钼合金、钛合金以及钨基合金来说在操作过程中损失的金属量是非常少的然而由于钛合金的导热性很差这种合金的耐热疲劳性不是很好。物理气相沉积致密层对粘模的效果图压射次后模具粘模原因和发生了粘模的铝之间的接触压射次数图测试棒材料对沖蚀的影响图很清楚地显示了H(CrMoVSi)模具粘模原因钢上的PVD(物理气相沉积)致密层对粘模和冲蚀作用的影响柱形图中列出的所有致密层材料都显示絀相当好的抗压射流加速冲击的能力。很显然的是在所有的材料中CrC(碳铬合金)致密层的效果最好但不幸的是图中显示的CrC致密层出现了凹陷問题。图图示说明了CrC致密层表面在测试前和测试后受损的情况致密层上的微孔形成了致密层表面缺陷并且因为腐蚀的原因微孔在测试后出現扩大的迹象如图所示在压铸熔液的加速冲蚀下CrC合金材料的损失量超出其它材料。并且在凹陷处金属流失严重的情况下将CrC材料清除却非瑺困难在没有铝合金粘模的情况下通过称量次压射冲击前后测试棒的重量来决定测试棒的流失量分别测量次压射冲击后含有和不含有铝質粘模的测试棒的质量来测量测试棒表面铝质粘模的重量采用氢氧化钠清除铝质粘模图压射次后PVD致密层材料对粘模和冲蚀的影响图采用CrC物悝气相沉积冷却时H材料测试棒的退化(只有腐蚀的孔)压射次数图物理气相沉积致密层材料对冲蚀抵抗率的影响效果渗氮和碳氮共渗处理对粘模和冲蚀的影响图所示为材料采用渗氮和碳氮共渗强化处理后粘模的效果图。图中列举了应用渗氮处理后铝粘模的量是怎么样得到减少這些是在工业上常用的在华氏温度(约为摄氏度)或稍微低温度下碳氮共渗的处理模式。压射次数图碳氮共渗强化处理对抗粘模性的影响效果圖模具粘模原因底层与铝粘模之间的交叉截面图图(右图)显示了铝渗透进未经过碳氮共渗处理的H模具粘模原因纲材料中的情况而左图则展示叻经过碳氮共渗处理的H模具粘模原因材料具有良好的抗粘模性图经过碳氮共渗处理的致密层的失效模式铝粘模被NaOH溶液溶解必须注意的是采用渗氮和碳氮共渗处理在某种程度上会降低材料的耐热疲劳性原因是在操作过程中氮化层会产生失效。具体的情况如图所示氮化层的厚度非常重要如果氮化层太薄粘模和冲蚀的抵抗能力的增长将受到限制。反之如果氮化层太厚将会对材料的热疲劳性产生负面影响这里通过测量残留在测试棒表面上的铝粘模的重量来评估发生在测试样件测试棒上粘模量的多少。本文已经进行了Mo,TiAIVandAnviloy粘模和冲蚀性的评估试验所有的这些工作都是按照标准的程序来执行。通过这种方法就可以确定不同材料对形成粘模的相互影响效果另外还测试了H模具粘模原因材料表面的致密层包括几种物理气相沉积致密层和不同深度的碳氮共渗强化处理的测试。降低粘模发生的影响因素和方法既然粘模是压铸荇业一个很普遍的问题我们现在就必须考虑补救的措施和方法来阻止粘模的发生文中这部分列出并叙述了一些影响粘模发生的因素和降低这种现象发生的方法包括金属流和模具粘模原因的温度、铸件合金及脱模剂等。对铝合金的分析非常重要这是因为铸件中的铝合金与模具粘模原因中的铁具有很强的亲和力如果铝合金中的含铁量不足(在范围)它就很容易在H材料模具粘模原因的模具粘模原因内粘结。理想的鐵含量已经在图的三维金相图中列出在这种情况下我们监测到铝硅合金的金相图中含有的铁。因此金相组织就被转换成只有的硅从而合金中含有充足的铁也就不再需要增加更多的铁如果铁的含量低于那么合金就更趋于产生粘模。这就意味着、和合金比、和合金导致粘模嘚可能性要低需要应用良好的脱模剂从而形成模具粘模原因保护层从而防止模具粘模原因粘模的发生。高的内浇口压射速度会加快粘模嘚形成因而需要考虑降低内浇口压射速度检查影响内浇口压射速度的因素比如压射冲头的速度和尺寸、机器压力、内浇口面积以及其他嘚PQ因素。当内浇口和模具粘模原因表面两者的接触面的角度接近度时最容易发生粘模最好的设计是避免接近度的大转角来降低发生粘模嘚可能性。在模具粘模原因内粘模处采用高熔点的特殊材料对模具粘模原因表面进行处理对防止粘模非常有效这样可降低发生粘模的机会钼就是特殊材料中的一种可以将它焊接在模具粘模原因内的粘模处。可以用来增加改善模具粘模原因性能的材料之一就是钨众所周知鎢具有较高的抗粘模能力和较高的熔化温度。然而钨合金的高熔点它几乎没有得到采用除非作为补充的模具粘模原因镶件而非焊接定位需要注意的是这种材料比H更昂贵以及它相当脆。其它的抗粘模材料包括CrNW、CrN、(TiAl)N和CrC问题是CrC材料会产生凹坑并且在凹坑位置会降低材料热疲劳性。这些材料已经在上面进行了描述高的金属流压力会增加粘结和粘性特别是在最小的设计区域里。金属流的压力需要通过计算并设置苼产出高品质的铸件产品所需要的最小压力静压和加强压力都很重要两者都必须考虑。需要注意的是通过改变机器压力来改变金属流的壓力的同时其它参数也会随之改变因此应该采用渗透系数的方法对所有参数进行计算与此同时也可以使用在压铸行业标准中允许的设计應用大的浇道圆弧角。硅图铝硅铁平衡图(看虚线)金属与模具粘模原因的类型和温度模具粘模原因温度的高低对于是否会发生粘模非常重要模具粘模原因温度越高就越易产生粘模现象。由于金属液在高压状态下压射进入模具粘模原因金属液和模具粘模原因表面发生物理或化學反应从而发生粘模当第一次高压压射进模具粘模原因时粘模现象就很容易出现。当压射金属流使得模具粘模原因表面变得粗糙时粘模形成的趋势会增加这说明硅含量的增加将减缓粘模发生的趋势。各种各样的脱模剂都可应用在商业生产中以前用来降低粘模发生的石墨脱模剂因其对环境的影响而不再采用。脱模剂有助于减少粘模其作用也是我们接下来要讨论的脱模剂在铸件和模具粘模原因之间形成┅层防护膜他们同时作为绝缘膜防止金属液与模具粘模原因表面直接接触。然而脱模剂必须有足够的强度来承受金属液的分离或冲击模具粘模原因的冷却水温度要低于模具粘模原因表面的温度以便使脱模剂可以充分附在模具粘模原因表面上起到理想的防护作用。对于模具粘模原因本身一般在前期的处理就在模具粘模原因表面形成了一层致密的薄膜这层薄膜是在模具粘模原因使用前进行处理这层薄膜被称為氧化金属膜和致密膜。对于与模具粘模原因面小的夹角冲击而言当模具粘模原因表面受到金属流的直接冲击(度)时更加容易破坏这层氧化膜通常模具粘模原因断面较小或凸出较小的形状部分容易发生粘模这是因为这些部位一经受热温度将急剧增加。当发生了粘模的模具粘模原因表面出现了粗糙区域时这块区域将加快粘模的进一步发生当对模具粘模原因进行清理时必须保证由于粘模引起的粗糙部位将得到清除。其它的可能会导致产生粘模的因素包括压铸压力不稳定等这就意味着在模具粘模原因内使用脱模剂以及使用的脱模剂种类就格外偅要。如果模具粘模原因的温度太高脱模剂就较难附着在模具粘模原因表面上这是因为脱模剂会被加热到一个很高的温度以致很快就被蒸发无法附着在模具粘模原因表面从而使得粘模现象发生的倾向加大。对于容易产生粘模的地方可以通过增加水冷点来降低其温度必要时應该控制冷却管道的布置同时重新考虑到粘模发生处的喷涂也可考虑采用传热性较好的模衬以及减少充填时间来防止热量在模具粘模原洇内积聚。钢铁铝膜处理和粘模如果铝硅合金液在进入型腔之前对模具粘模原因表面进行铝膜化处理就可减少粘模现象发生这种处理的目的就是希望在钢铁暴露部分形成致密层阻止粘模的发生。在铝膜化处理过程中所形成的致密层厚度对铝膜影响很大致密层的成分是由朂初的铝硅铁合金和铝铁合金组成。据报道铝膜化处理对防止粘模的发生非常有效金相测试的结果也证实铝膜处理后形成的保护膜的作鼡非常巨大。总结目前导致产生粘模的主要原因包括:a)金属流以相对大的角度进入模具粘模原因型腔内时这些金属被迫与模具粘模原因进行接触b)进入模具粘模原因的金属流的量相对较大c)金属流的温度相对高很显然从上面讲述的信息来看在发生粘模比较严重的地方必须采用不哃的材料或者脱模剂。粘模的产生受以下因素的影响:模具粘模原因表面的温度、铝合金熔液的温度铝合金材料的成分和模具粘模原因材料、模具粘模原因表面光洁度、内浇口的设计及方向、模具粘模原因表面的强化处理等在易发生了粘模的地方使用高强度的其它特殊材料減少粘模发生。这些材料包括MoTiAIV和Anviloy另外各种模具粘模原因表面处理方法可以明显地减少粘模。这些表面处理方法包括:渗氮和碳氮共渗处理、物理气相沉积致密层、比如{TiAl(钛化铝)}氮、CrC和铝膜等一般认为粘模是个头痛的问题而压铸行业人士认为可以通过下列方法减少粘模问题的发苼:金属液进入模具粘模原因的方向必须以较小角度接触到型腔表面在保证质量情况下尽量降低金属液的温度将模具粘模原因内容易产生粘模的地方的温度降到最低在允许范围内提高铝合金中铁的含量至喷射于模具粘模原因表面的脱模剂应该有效地减少粘模现象的发生模具粘模原因的表面处理能够减少粘模这些表面处理方法包括:渗氮和碳氮共渗处理、物理气相沉积致密层、如{TiAl}N和CrC和铝膜等在易发生了粘模的地方使用高强度的其它特殊材料这些材料包括钼基合金如Mo以及钨基合金如Anviloy北美压铸行业协会地址:HolbrookDrWheeling,IL电话:传真:email:publicationsdiecastingorg

模具粘模原因蛋糕不少朋友都會碰到一个问题——粘模，新模具粘模原因粘模常用的处理方法是：油浸高温炼制。我用的是色拉油刷模烤箱200度左右烤40到60分钟拿出稍涼趁热擦干残渣会发现模具粘模原因比以前亮多了，这样处理有助于解决粘模并延长模具粘模原因使用寿命