锌合金模具制造技术优化

1.锌合金模具的制作概述

用锌合金材料制作核心零件的模具称为锌合金模具。模具用锌合金的化学成分及其特性分别见表4-4和表4-5。

表4-4 模具用锌合金的化学成分（质量分数） （%）

表4-5 模具用锌合金的特性

锌合金可以通过铸造的方法制作冲裁、弯曲、拉深、注射、吹塑和陶瓷等模具的核心零件（凸、凹模等）。大量实践证明，用铸造法代替机械加工制作模具零件（特别是形状复杂有立体曲面的模具），可以缩短模具制作周期、简化模具结构、降低模具成本。这种制模方法对新产品试制、老产品改造、中小批量、多品种产品的生产有显著的经济效益。

但锌合金的抗压强度不高，所能承受的工作温度低，致使其应用范围受到限制。

锌合金模具的铸造方法，按其用途和要求以及工厂条件不同大致有以下几种：

（1）砂型铸造法 锌合金砂型铸造与普通砂型铸造不同的是采用敞开式铸型。

（2）金属型铸造法 这是一种直接用金属制件，或用加工好的凸模（或凹模）作为铸型铸造模具的方法。在某些情况下，也可用容易加工的金属材料制作一个样件作铸型。

（3）石膏型铸造法 利用样件或制件翻制石膏型，用石膏型浇注锌合金凸模或凹模。这种石膏型铸造适用于浇注复杂、精细花纹和图案的型腔模具。

图4-16 锌合金型孔凹模的铸造示意图

1—模架 2—凸模 3—锌合金凹模 4—模框 5—落料孔芯 6—干砂

2.锌合金模具制作实例

例1 锌合金型孔凹模的铸造。图4-16所示为型孔凹模铸造示意图，这是一套凸模用高硬度的金属材料制作，凹模用锌合金材料制作的实例。

在锌合金铸造前应做好准备工作：按设计要求加工好凸模，将凸模安装在上模座上；在下模座上安装模框（应使凸模位于模框中部），正对凸模安放落料孔芯；在模框外侧周围填充湿砂并压实，预防合金熔液泄漏；将模框内清理干净后按图4-17所示的工艺顺序完成凹模的浇注和装配、调试工作。

图4-17 锌合金型孔模制作流程图

这种浇注方法称为模内浇注法，适用于合金用量在20kg以下的冷冲模具。合金用量在20kg以上的模具，冷凝时所散发的热量较大，为防止模架受热变形，可采用模外浇注法，即在另一平板上单独浇注出来，然后再装入模架中。

这两种方法，适用于浇注形状简单、加工各种不同板料厚度的冲裁模。

1）凹模模框的制作。一般可用2～4mm钢板焊接而成，其尺寸大小应根据凹模的设计尺寸确定。图4-18和图4-19所示为推荐的两种模框形式。

图4-18 可调试模框示意图

a）可调模框 b）Г形钢板 c）U形卡子

图4-19 厚模框示意图

锌合金凹模的落料孔可采用机械加工的方法获得，也可在浇注时把落料孔芯浇出。落料孔芯可用耐火砖或红砖磨制而成，或用型砂或铁芯制成。

2）熔化合金。将合金碎块装入加热的坩埚中进行熔化（坩埚及所用的各种工具等务必干净，无氧化皮、锈迹等杂质），为净化液体合金中的气体，待合金完全熔化后加入合金总质量0.1%～0.3%的氯化锌或氯化铵进行除气精炼。最高熔化温度应控制在420～450℃。

3）凸模预热。浇注前对工艺凸模必须进行150～200℃的预热，以防止合金冷却过快，导致狭窄处和边角处出现浇不满现象。

4）浇注。该成分的锌合金适宜的浇注温度为420～450℃。浇注前应将合金液面的浮渣清除干净，用不锈钢棒搅拌合金，使其成分均匀化，防止浇注过程产生偏析和叠层等缺陷。

例2 锌合金曲形端面凸、凹模的铸造。图4-20所示为利用金属型（金属样件）铸造鼓风机叶片的锌合金冲模的示意图。其工艺过程如图4-21所示。

1）制作样件。样件是锌合金制模的关键，其尺寸精度和表面粗糙度直接影响所制模具的质量。最好用合格的原件作制模的样件，在不可能的情况下，可用手敲的方法制作样件。其间除了确保尺寸公差和形位公差外，也要考虑表面粗糙度等因素。

样件必须有足够的刚度和强度，以防存放或浇注时发生变形而影响模具精度。如果刚度不足，可用焊接加强肋或加强圈的方法来提高刚度。

2）铸型的制作。制作铸型可按下述顺序进行：将样件置于型砂内并找正；把样件下面的型砂撞紧撞实，清除分型面上的型砂后撒上分型砂，如图4-20b所示。将另一砂箱置于砂箱1上制成铸型，如图4-20c所示。把上、下砂箱分开，将预先按尺寸制成的模框放上并压上防止砂箱移动的压铁，如图4-20d、e所示。(www.xing528.com)

3）锌合金浇注。浇注时，考虑合金浇注时的收缩，浇注合金的厚度应为所需厚度的2～3倍。开始冷凝时，用火焰喷灯加热上面和周围，以便均匀冷凝固化，即完成图4-20d所示的上模浇注。然后取出样件，再放入图4-20e所示的模框内进行浇注。如此，鼓风机叶片冲压模的核心零件（凸、凹模）完成制作。

图4-20 金属型铸造鼓风机叶片冲模的示意图

a）鼓风机叶片 b）、c）铸型制作 d）、e）浇注 1—砂箱 2—模型（或样件） 3—型砂 4—模框 5—压铁 6—锌合金

图4-21 金属型铸造鼓风机叶片冲模的工艺过程

例3 锌合金模具型腔的铸造。下面以目前较多采用的石膏型精密铸造方法来说明其工艺过程。

1）模型设计。制作石膏模型时，应注意以下几方面的设计工作：①确定分型面；②确定脱模斜度和工艺补偿部分；③确定型腔尺寸等。

在确定分型面时，除确保容易分型外，还应考虑一定的脱模斜度。当脱模斜度超过产品的允许值时，在石膏铸型浇注合金前可将多余部分修去。对模型上的一些深槽、窄缝处应增加工艺补偿部分。该部分待铸模后用切削加工的方法去除。

在确定型腔尺寸时，既要考虑塑料本身的收缩率，也应考虑合金的收缩率。型腔尺寸可按下式确定：

D=D₀+D₀(α+β)+C

式中 D——模具型腔尺寸（mm）；

D₀——制件尺寸（mm）；

α——塑料收缩率；

β——合金收缩率；

C——待修饰量（mm）。

2）石膏模型材料及制作。石膏是一种价格低廉、来源方便，具有良好仿形性能的材料。用石膏制作出的模型轮廓清晰、表面光滑、尺寸精度高，其缺点是强度低，性脆，易吸湿。

铸型用石膏的技术要求，见表4-6。

表4-6 铸型用石膏的技术要求

石膏模型的制作过程如下：

①配制石膏浆。将石膏粉烘干，按模型所需石膏粉质量，取石膏粉与水的质量比为55:45配制石膏浆。待石膏粉浸入水中逸出气泡时，将其搅拌均匀呈稀糊状即可进行浇注。

②制作模框。在模型表面涂抹或喷刷脱模剂。根据模型大小，用木板或铁板、玻璃板等制成模框，用模框将原型围在一个平台上，周围用油泥将缝隙封好，以免浇注时膏浆流出。在原型表面涂刷脱模剂（一般用皂液较好），待其干燥后即可浇注石膏浆。

③分模和修型。石膏在凝固时要放出大量的热，待其温度降到室温，凝固基本结束并具有一定强度时，即可进行分模。由于模型大小不等，对中、小模型而言，凝固时间一般在0.5～1h。

分模后对局部破损处用石膏粉进行修补，待干燥后用极细的砂纸打光。

3）石膏铸型材料及制作。石膏铸型材料与石膏模型不同。石膏铸型要求在420～450℃有足够的强度，因此通常选用粒度为74μm（200目）的精细高强度熟石膏粉，并掺入粒度为74μm（200目）、质量分数为25%～30%的石英粉和5%左右的耐火水泥。此外，还掺入少量的填充物（如氧化钙、氯化钡、酒精或细木屑等）。

①铸型的制作。石膏铸型的制作方法与石膏模型的制作方法相同。主要是制作模框、配制浆料、在模型表面喷涂脱模剂、进行浇注和凝固、分型等工艺过程。

②铸型的烘干。石膏型精铸是在干型热态下浇注锌合金模具，石膏铸型要在150℃左右浇注石膏，如果在150℃以下浇注，由于石膏的吸湿性很强，可以很快吸收空气中的水分，造成铸型产生大量气泡而导致失败。

石膏一般经过两段预热：第一阶段为室温至100℃左右，保持8～10h；第二阶段为200～230℃，保持20～30h。烘干时升温不宜过快，否则铸型应力大易变形，甚至开裂。

4）合金浇注及要点：

①避免高温锌合金熔液直接冲刷石膏铸型，可采取雨淋式浇注或设置挡板浇注，以避免铸型急剧升温造成开裂。

②浇注合金时，当合金冲型超过型腔后要缓慢细流浇注或断续分次浇注，并用喷灯烘烤，以确保合金上部保持高温，实现顺序凝固。

③为了避免合金产生缩孔、疏松等缺陷，可设置冷铁、冒口及在模具型腔处设置冷却水管等措施。

④为了获得清晰的细微花纹和图案以及提高其致密度，可采用加压的措施予以实现。