金屬型鑄造模具技術發展趨勢探討

摘 要：鑄造業依靠材料和技術的創新來滿足各行各業對零件的要求，進一步挖掘金屬型鑄造模具的廣闊空間，改變傳統行業中重壓鑄模具輕鑄造模具的局面。本文深入分析了金屬型鑄造模具技術的發展趨勢，研究順序凝固精確控溫、快速凝固、復合材料鑄造、半固態金屬鑄造等多項技術在鑄造業中的應用程度和發展方向，凸顯創新模具生產和加強技術研究力度的重要性，引導鑄造模具業不斷加強模具設計人員的專業技能，跟隨技術發展的腳步來提高生產效率，實現成本降低和性能提高的雙重目標。

關鍵詞：金屬型；鑄造模具；技術；趨勢

壓鑄模具在模具生產過程中應用最廣泛，但其高投入、小批量缺點卻始終難以改變，為了有效的降低模具鑄造過程中的誤差和成本，我們提出了金屬型鑄造模具方案，利用各項新興的模具鑄造技術來彌補壓鑄鑄造的不足之處，既能提高零件材料性能，又能豐富市場上各類鑄件的類型，為鑄造業發展提供新方向。

1 順序凝固精確控溫技術

現階段多數工廠在處理模具溫度控制問題時都是采取人工模式，技術人員憑借經驗和現場感覺來判斷工藝條件成熟程度，傳統模具溫度控制方式雖然準確性較高，但是難以跟上工業化發展腳步，產品質量參差不齊、低生產效率問題影響著總進度。現代控制、信息技術的快速發展為不同行業的改革提供了良好的契機，而金屬型鑄造模具應充分利用新興技術的優勢之處，配置適合模具生產的控溫元件、溫度傳感器，利用計算機和操作系統來實時、動態的控制生產進度和模具溫度。順序凝固精確控溫技術既實現了有序補縮的目標，也滿足了順序凝固的要求，通過設置參數來控制晶粒的生長方向，對于產品生產來說是實現高物理、力學性能的重要流程。如今已有多家公司利用順序凝固精確控溫技術來制造耐高熱、耐疲勞、特殊受力方向以及高腐蝕性的產品，滿足各行各業對產品的特殊要求。

2 快速凝固技術

多數金屬型鑄造過程中平均冷卻速率要低于50K/s，而過長的鑄件冷凝時間會造成了晶粒粗大的現象，加大了發生元素偏析的概率。針對高性能要求的制件可以使用熱處理模式來改變不完美的組織。冷凝速度和模溫之間存在矛盾關系，無論是加快還是降低冷凝速度，都會對澆鑄或組織造成不良影響。通常情況下超過100K/s的冷卻速率都會獲得超細的晶粒，且析出相擁有超高分散度和韌性。國外機械公司已經開發出一種加熱冷卻系統，開啟該系統能在14s內完成從320e到30e的轉變，而在金屬型鑄造模具中使用該技術無疑是可行的，設置冷水水道到模腔中，利用感應加熱板來調節模溫，既不影響晶粒大小，又能保證材料的高性能，避免了熱處理帶來的高人力、物力開支。

3 復合材料鑄造技術

機械產品在超更多樣化、特殊化的方向發展，工業生產和居民生活對材料的要求也越來越高，加快了鑄造零件性能的提升速度。為了不斷提高金屬材料的物理或化學性能，利用非連續增強材料的特殊成分來滿足符合材料的要求，通過加入晶須、顆粒等材料來加大強度、韌性，材料行業的迅猛發展造就了規定方式排列增強相方式，同時利用控制順序凝固技術的優勢，通過調節排列方式來鑄造零件，使其帶有其他材料不具備的特殊性能，在區別于其他普通單相組織材料的基礎上提供更全面、詳化的發展空間，而復合材料鑄造技術也會應用更廣泛。

4 半固態金屬鑄造技術

多數發達國家已經廣泛將半固態金屬鑄造技術應用于鑄造業，該類技術充分考慮了金屬鑄造中樹枝網絡骨架產生的問題，強烈攪拌處于凝固過程的金屬，使其呈現出顆粒狀組織，半固態金屬液的形成對下一步鑄造無疑是有益的。半固態金屬液附帶的流動性使其能承擔更多擠壓的工作，所以針對有特殊要求、形狀的材料來說，半固態金屬液能同時滿足形狀和性能兩方面要求，且不會發生縮裂、氣孔、強鑄造應力等現象，保證小偏差的尺寸和收縮量，鑄造出細小的晶粒，不斷延長模具壽命，省略了加工過程的復雜流程。現代鑄造業應尋找近凈成形技術和金屬鑄造工序的契合點，通過半固態金屬鑄造技術來完成兩者的銜接，滿足模具重力、擠壓等方面要求。

5 快速制造鑄件和鑄模快速驗證技術

鑄造樣件在實際研究和生產中至關重要，而鑄造樣件的方法通常采取傳統的翻砂法，采取材料切削加工的次數也較多，但無論從投入成本還是時間上來說，這兩種方法都存在不足之處。快速原型機的推出解決了傳統模式費時費力的問題，利用蠟質模型快速鑄造零件，但會對原型機造成一定損害，且效率不高。現階段有公司使用砂型盒來鑄造零件，實現了小批量生產目標，且在鑄造過程中能快速的觀察排溢、澆鑄等系統的運行狀態，方便及時作出調整。流體充型模擬軟件能幫助生產者節省實際操作中的流程，但是卻未能及時的反應生產問題。砂型盒實現了快速制造鑄件目的，且衍生出鑄模快速驗證技術，無論是從快速性、并行性還是全面性、協調性來來說都是極強的，鑄造公司在確定設計方案后可以立即投入到模具生產過程中，降低投入物力和人力，同時提高一次鑄模成功率，針對砂型鑄造過程中出現的問題能及時、快速的發現和解決。

[參考文獻]

[1]肖長存，杜德喜.金屬型鑄造模具水冷工藝試驗[J].鑄造工程，2012（4）：20-22.

[2]石光玉，于洪照，相子強.解決鑄鋼件熱裂缺陷的工藝方法分析和選擇[J].中國鑄造裝備與技術，2005（4）：8-11.