在節(jié)能減排趨勢(shì)下，汽車輕量化越來越受到重視。以鋁合金代替鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)傳統(tǒng)汽車輕量化和新能源汽車開發(fā)，得到越來越多的應(yīng)用。壓鑄模具作為壓鑄工藝的關(guān)鍵工裝，有效壽命對(duì)降低產(chǎn)品成本十分重要。由于模具成形表面溫度不平衡所產(chǎn)生的熱交變應(yīng)力疲勞成為模具失效的主要因素。
1、解決溫度不平衡的方式
（1）對(duì)于壓鑄，通過對(duì)輸入的能量（鋁合金熔液由650℃±10℃降至200~300℃所散發(fā)的能量）進(jìn)行有效的輸出來降低溫度差異。這種模式多用于產(chǎn)品外觀模型較規(guī)范的幾何體零件，通過在模具上設(shè)計(jì)出直列排布的內(nèi)部冷卻管道，用冷卻水直接帶走熱能從而達(dá)到溫度的平衡，局部也可通過調(diào)節(jié)流量進(jìn)行微調(diào)。目前應(yīng)用較多，但也存在一些問題。
（2）根據(jù)溫度場(chǎng)模擬針對(duì)性的設(shè)計(jì)區(qū)域，局部冷卻從而達(dá)到溫度平衡。這其中點(diǎn)式冷卻法在模具成形腔體中突出受熱部位應(yīng)用比較多。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出一種全新的設(shè)計(jì)模式。
2、一般傳統(tǒng)的點(diǎn)冷設(shè)計(jì)方式
傳統(tǒng)的點(diǎn)冷設(shè)計(jì)方式見圖1。冷卻器與工件為螺紋連接，點(diǎn)冷器擰入工件，由于使用的是PT螺紋，所以點(diǎn)冷器與工件之間無滲漏，而點(diǎn)冷管深入工件的冷卻孔，當(dāng)接入冷卻水時(shí)，水通過點(diǎn)冷器的中心管噴出，使冷卻水在工件的冷卻孔中循環(huán)。
點(diǎn)冷器內(nèi)部形成水循環(huán)，冷卻水帶走孔底的熱量，可以減小工件上熱節(jié)尺寸。這種方式，可以有效的實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域的溫度平衡，工藝成熟。但對(duì)于外徑尺寸受限制的部位無法有效應(yīng)用。當(dāng)需要保證模具壁厚的強(qiáng)度，底孔只能使用φ2~4 mm的超點(diǎn)冷，設(shè)計(jì)制造后實(shí)踐中受結(jié)構(gòu)空間，水壓等影響，效果不理想，見圖2。
3、選擇傳熱效果好的材料
選擇了單向?qū)嵝詢?yōu)異的石墨烯材料作為傳導(dǎo)體。由于石墨烯本體比較脆，所以選擇導(dǎo)熱性能好的金屬銀作為基體，石墨烯通過物理氣相沉積在金屬銀上，設(shè)計(jì)了以下裝置，對(duì)多種材料進(jìn)行了篩選，并用測(cè)溫儀對(duì)過程記錄，見圖3。
試驗(yàn)結(jié)果見表1，可以看出有石墨烯的銀導(dǎo)熱性能最好。
4、新型超點(diǎn)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果，選擇了一個(gè)模具鑲件進(jìn)行具體驗(yàn)證。模具上局部點(diǎn)冷設(shè)計(jì)示意圖見圖4
有石墨烯的金屬銀套鑲?cè)牍ぜc(diǎn)冷器插入金屬套中，點(diǎn)冷器冷卻石墨烯傳導(dǎo)體，石墨烯傳導(dǎo)體冷卻工件，這樣就能達(dá)到冷區(qū)工件的目的。可用于細(xì)小工件冷卻，即使鑲件破損，冷卻水也不會(huì)流入產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。現(xiàn)場(chǎng)使用發(fā)現(xiàn)，此鑲件有效壽命由原來的1.5~2萬模次增加到3~4萬模次，效果良好。
5、結(jié)語
新型點(diǎn)冷器可以有效地解決模芯開裂而導(dǎo)致的模芯漏水問題，可提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高點(diǎn)冷結(jié)構(gòu)的使用范圍。
作者：王悅民 豐亮 姜先鋒 楊迎風(fēng)
