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1、压铸铝合合金零件件失效分分析摘要：本本文结合合工厂的的压铸模模具的实实际失效效情况，总总结分析析了压铸铸模的主主要失效效形式,系统地地提出了了分析压压铸模具具失效的的方法和和手段。从从工程实实用的角角度提出出了避免免早期失失效、提提高模具具寿命的的方法。 压压铸是一一种节能能、低价价、高效效的金属属成形方方式。压压铸件具具有尺寸寸精度高高，表面面光洁，强强度和硬硬度高的的特点，一一般不需需要机械械加工或或稍经加加工便可可使用，适适合批量量生产。但但是在使使用过程程中，由由于各种种原因压压铸模容容易失效效。关键字:压铸模模具 失失效 提提高寿命命1 压铸铸模具常常见失效效形式下面面结合工工厂实际
2、际情况分分析了压压铸模具具的失效效形式和和失效机机理。1.1热裂裂热热裂是模模具最常常见的失失效形式式，如图图1所示示。热裂裂纹通常常形成于于模具型型腔表面面或内部部热应力力集中处处，当裂裂纹形成成后，应应力重新新分布，裂裂纹发展展到一定定长度时时，由于于塑性应应变而产产生应力力松弛使使裂纹停停止扩展展。随着着循环次次数的增增加，裂裂纹尖端端附近出出现一些些小孔洞洞并逐渐渐形成微微裂纹，与与开始形形成的主主裂纹合合并，裂裂纹继续续扩展，最最后裂纹纹间相互互连接而而导致模模具失效效。1.2整整体脆断断整体体脆断是是由于偶偶然的机机械过载载或热过过载导致致模具灾灾难性断断裂。材材料的塑塑韧性是是与
3、此现现象相对对应的最最重要的的力学性性能。材材料中有有严重缺缺陷或操操作不当当,会引引起整体体脆断，如如图2所所示。1.3侵蚀蚀或冲刷刷这是是由于机机械和化化学腐蚀蚀综合作作用的结结果,熔熔融铝合合金高速速射入型型腔,造造成型腔腔表面的的机械磨磨蚀。同同时,金金属铝与与模具材材料生成成脆性的的铁铝化化合物,成为热热裂纹新新的萌生生源。此此外,铝铝充填到到裂纹之之中与裂裂纹壁产产生机械械作用,并与热热应力叠叠加,加加剧裂纹纹尖端的的拉应力力,从而而加快了了裂纹的的扩展。提提高材料料的高温温强度和和化学稳稳定性有有利于增增强材料料的抗腐腐蚀能力力。2 压铸模模具常见见失效分分析方法法为了了延长模模
4、具的使使用寿命命,节约约成本,提高生生产效率率,就必必须研究究模具的的失效形形式和导导致模具具失效的的原因以以及模具具失效的的内部机机理。由由于压铸铸模具失失效的原原因比较较复杂,要从模模具的设设计、材材料选择择、工作作状态等等很多方方面来进进行分析析。 图图3为压压铸模具具常见失失效分析析图。图 3 压铸模模具常见见失效分分析方法法2.1裂纹纹的表面面形状及及裂纹扩扩展形貌貌分析失效效模具型型腔表面面主要是是冲蚀坑坑，大小小比较均均匀，冒冒口所对对部位有有明显的的冲蚀坑坑外，表表面明显显具有一一定方向向的划痕痕，划痕痕上分布布有大小小不等的的铝合金金块状物物。由于于正对浇浇口部位位直接受受金
5、属液液的冲刷刷，该部部位具有有明显的的冲刷犁犁沟，同同时可观观察到划划痕间有有裂纹。裂裂纹从裂裂纹源出出发，并并向西周周扩展。裂裂纹内有有大量的的夹杂物物，裂纹纹边缘有有二次裂裂纹。由由于模具具使用时时间短，一一般部位位表面主主要是冲冲蚀坑和和焊合，而而浇口所所对部位位主要为为液态金金属冲刷刷形成的的犁沟和和热疲劳劳裂纹。由于于高温液液态金属属的冲刷刷，模具具型腔表表面首先先冲击坑坑及犁沟沟，模具具的表面面变得凸凸凹不平平，造成成局部应应力远远远大于名名义应力力，产生生应力集集中的现现象，这这些部位位是裂纹纹产生的的危险部部位。另另外，分分布在模模具型腔腔表面的的夹杂物物，如氧氧化物、硫硫化物
6、等等，在热热循环过过程中与与基体脱脱离，直直接成为为热疲劳劳裂纹。一一方面夹夹杂物同同集体的的弹性模模量不同同，当热热应力及及机械力力作用时时，在其其周围形形成应力力集中;另一方方面在冷冷却时夹夹杂物与与基体有有不同的的热收缩缩，造成成镶嵌应应力，两两者叠加加的结果果，在夹夹杂物周周围产生生很大的的应力场场。应力力集中的的结果使使冲击坑坑、犁沟沟及夹杂杂物成为为疲劳裂裂纹的诱诱发核心心和扩展展优取向向。2.2残余余应力分分析压铸铸模具的的残余应应力较为为复杂,主要是是在机械械加工、电电火花加加工、热热处理及及生产过过程中热热冲击产产生的热热应力等等原因产产生。模模具使用用一定时时间后,模具的的
7、表面的的残余应应力为压压应力,裂纹前前端无论论是平行行于裂纹纹扩展方方向还是是垂直于于裂纹的的扩展方方向,都都受压应应力。型型腔表面面裂纹前前端的残残余应力力大于裂裂纹沿深深度方向向裂纹前前端的残残余应力力,模具具的型腔腔表面温温度变化化大,产产生的热热应力的的残余应应力要大大,而且且模具投投入使用用之前的的机械加加工和热热处理过过程中模模具表面面产生的的残余应应力要大大于模具具内部。由由于液态态金属的的冲刷,浇口所所对部位位的温度度要高于于一般部部位,加加上冲击击力的作作用,浇浇口所对对部位的的残余应应力大于于一般部部位.残残余应力力范围990MPPa-4420MMPa。模具具型腔表表面残余
8、余应力的的存在对对裂纹的的扩展有有一定的的影响,残余应应力场中中的裂纹纹扩展研研究表明明,残余余应力可可以增加加裂纹的的闭合程程度,减减缓裂纹纹的扩展展速率.模具型型腔表面面形成的的残余应应力的大大小及压压应力存存在的深深度对减减弱模具具热疲劳劳裂纹的的萌生和和扩展有有一定益益处。模具具经过一一定时间间使用后后,模具具表面的的残余应应力为压压应力,裂纹前前端无论论是平行行于裂纹纹扩展方方向还是是垂直与与裂纹扩扩展方向向都受压压应力。所所以在模模具的使使用过程程中隔一一段时间间要进行行清洗和和维修。3 提高模模具寿命命的方法法对压压铸模具具失效及及提高压压铸模寿寿命的研研究，无无论是从从实验方方
9、法还是是对模具具寿命的的估算，都都没有一一个统一一的标准准，使压压铸模具具的使用用寿命遇遇到了一一个瓶颈颈，因此此提高模模具寿命命是工程程界一个个十分艰艰巨的任任务。 3.1精心心设计压压铸件和和压铸模模具模具具的局部部开裂、型型腔表面面磨损以以及型壁壁面交界界处的裂裂纹等失失效，往往往是由由于压铸铸件的工工艺设计计不合理理所造成成的。因因此，设设计压铸铸件必须须注意以以下几点点：(11)在满满足压铸铸件结构构强度的的条件下下，宜采采用薄壁壁结构，这这不仅减减轻了压压铸件的的质量，而而且也减减少了模模具的热热载荷。 (2)压压铸件壁壁厚应均均匀，避避免热节节，以减减少局部部热量集集中引起起模具
10、过过早的热热疲劳失失效。(33)压铸铸件所有有转角处处，应有有适当的的铸造圆圆角，以以避免在在模具相相应部位位形成棱棱角，产产生裂纹纹和塌陷陷。(44)压铸铸件上应应尽量避避免深而而窄的凹凹穴，以以避免模模具相应应部位出出现尖劈劈，使散散热条件件恶化而而产生断断裂。(55)压铸铸件应该该有合理理的脱模模斜度，以以避免开开模抽芯芯取件时时擦伤模模具型壁壁。3.2保证证模具的的加工质质量模具具的加工工制造、安安装、装装配的实实际精度度对模具具的寿命命有影响响，需要要引起重重视，其其中的磨磨削加工工对模具具寿命的的影响很很大，至至少会从从三个方方面对损损坏模具具寿命：(1)砂轮不不锋利引引起的摩摩擦
11、使模模具表面面出现磨磨销裂纹纹。(22)摩擦擦热使模模具表面面软化，降降低了模模具抗热热疲劳能能力和内内腐蚀能能力。(33)表面面存在磨磨销应力力，降低低了模具具的抗热热疲劳能能力和机机械疲劳劳能力。3.3选用用优质钢钢材压铸铸模具材材料质量量的提高高于改进进对其热热疲劳寿寿命的提提高影响响极大。其其中，气气体中杂杂质的含含量高、成成分偏析析及碳化化物的不不均匀程程度严重重，都会会降低模模具的热热疲劳寿寿命。钢钢中的夹夹杂物往往往是萌萌生裂纹纹的核心心，夹杂杂物的尺尺寸大于于某一临临界尺寸寸后，疲疲劳强度度随夹杂杂物颗粒粒尺寸的的加大而而下降。疲疲劳强度度的下降降与颗粒粒尺寸的的立方成成正比
12、12 。(11)采用用先进的的毛坯锻锻造工艺艺采用用先进的的毛坯锻锻造工艺艺有两个个目的，一一是使碳碳化物分分布均匀匀，二是是形成合合理的流流线分布布，以提提高钢材材的耐磨磨性和各各项同性性以及抗抗咬合能能力 1 。(22)采用用合理的的热处理理规范作为为压铸模模具材料料必须具具有较高高的热强强度和回回火稳定定性，这这样才有有可能获获得高的的热疲劳劳抗力和和耐磨性性。从压压铸工作作条件和和提高抗抗热疲劳劳性能出出发，回回火温度度应尽量量提高一一些，但但必须低低于二次次硬化温温度。此此外，为为了使一一次回火火生成的的马氏体体充分回回火，以以及使残残余奥氏氏体马氏氏体化，还还应采取取二次回回火。
13、(33)采用用表面强强化处理理采用用表面强强化工艺艺提高模模具表面面的强度度、耐磨磨性及耐耐蚀性，可可以延长长热裂纹纹萌生的的孕育期期，防止止热裂纹纹的扩展展，由此此提高模模具的使使用寿命命。常见见的表面面强化处处理有：喷丸强强化法、压压应力冷冷作撞击击法、蒸蒸汽处理理法、电电火花放放电强化化法、高高频淬火火、软氮氮化、钨钨镍合金金沉积法法等 123 。(44)采用用良好的的操作规规程在操操作前预预热模具具是十分分重要的的。不仅仅可以提提高钢的的韧性。同同时也可可以减少少模具断断面的温温度梯度度，以降降低模具具的热应应力。但但预热模模具温度度不能太太高，过过高的预预热温度度则会降降低表层层的屈
14、服服强度，反反而会降降低模具具的使用用寿命。合合金的冶冶炼和保保温也都都应该严严格按操操作规范范执行，特特别是重重视精练练排气，减减少材料料内部的的裂纹源源 33 。要进进一步提提高模具具的使用用寿命，最最重要的的就是开开发新的的钢种并并运用;建立全全面的质质量管理理制度，提提高职工工的综合合素质。4小结 模具的多多种失效效方式是是影响压压铸模具具使用寿寿命的因因素,本本文结合合工厂实实际情况况，通过过对压铸铸模具失失效及原原因分析析,系统统地提出出了若干干改进方方法,进进而提高高模具使使用寿命命。本文文研究的的内容对对提高压压铸模具具的寿命命有一定定指导作作用。参考考文献11 杨杨欲国.压铸
15、工工艺及设设备DD.北北京：机机械工业业出版社社，19995.22 赖赖华清.压铸工工艺及模模具DD.北北京：机机械工业业出版社社，20006.33 李李蕴林.压铸工工艺分析析及改进进D.武汉汉：华中中理工大大学，119933.附件四：重庆理工工大学第第十八届届“开拓杯杯”竞赛作作品指导导教师推推见表编 号作品名称称压铸铝合合金零件件失效分分析作品类别别（A ） A、自自然科学学类学术术论文 B、科科技发明明制作 C、哲哲学社会会科学类类学术论论文与社社会调查查报告申报者负责人姓名性别所在学院院班级朱建男材料学院院07933-5合作者程星宇男材料学院院07933-5陈玲伟男材料学院院07933
16、-5谢康鹏男材料学院院07933-4指导教师师姓名所在学院院黄福祥材料学院院指导教师师对作品的的推荐意见见（包括对对作品的的真实性性、科学学性、先先进性、实实际应用用价值、现现实指导导意义的的说明）指导教师师签名：年 月月 日注：1、此此表置于于作品最最后一页页，上报报时间：9月330日2、教师师推荐意意见必须须手写。重庆理工工大学第第十八届“开拓杯杯”参赛作作品诚信信书论文题目目：压铸铸铝合金金零件失失效分析析作者：朱朱建该论文应应系作者者（群）在在指导老老师指导导下，查查阅相关关背景书书籍，经经过实际际调查、试试验，独独立完成成的。如若发现现抄袭、剽剽窃、雷雷同现象象，一律律不与参参赛，并并给予相相应处分分！指导老师师签字：作 者签签字：学 院院 盖 章：校学生会会科技部部20100-6-6
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