压铸铝合金零件失效分析
摘要：本文结合工厂地压铸模具地实际失效情况，总结分析了压铸模地主要失效形式，系统地提出了分析压铸模具失效地方法和手段.从工程实用地角度提出了避免早期失效、提高模具寿命地方法.
压铸是一种节能、低价、高效地金属成形方式.压铸件具有尺寸精度高,表面光洁，强度和硬度高地特点，一般不需要机械加工或稍经加工便可使用，适合批量生产.但是在使用过程中，由于各种原因压铸模容易失效.
关键字：压铸模具失效提高寿命
1 压铸模具常见失效形式
下面结合工厂实际情况分析了压铸模具地失效形式和失效机理.
1.1 热裂
热裂是模具最常见地失效形式，如图1所示.热裂纹通常形成于模具型腔表面或内部热应力集中处，当裂纹形成后，应力重新分布，裂纹发展到一定长度时，由于塑性应变而产生应力松弛使裂纹停止扩展.随着循环次数地增加，裂纹尖端附近出现一些小孔洞并逐渐形成微裂纹,与开始形成地主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接而导致模具失效.b5E2RGbCAP
1.2整体脆断
整体脆断是由于偶然地机械过载或热过载导致模具灾难性断裂.材料地塑韧性是与此现象相对应地最重要地力学性能.材料中有严重缺陷或操作不当，会引起整体脆断，如图2所示.P^anqFDPw
1.3侵蚀或冲刷
这是由于机械和化学腐蚀综合作用地结果，熔融铝合金高速射入型腔,造成型腔表面地机械磨蚀.同时,金属铝与模具材料生成脆性地铁铝化合物，成为热裂纹新地萌生源.此外,铝充填到裂纹之中与裂纹壁产生机械作用，并与热应力叠加，加剧裂纹尖端地拉应力，从而加快了裂纹地扩展.提高材料地高温强度和化学稳定性有利于增强材料地抗腐蚀能
力.DXDiTa9E3d
2压铸模具常见失效分析方法
为了延长模具地使用寿命，节约成本,提高生产效率，就必须研究模具地失效形式和导致模具失效地原因以及模具失效地内部机理.由于压铸模具失效地原因比较复杂，要从模具地设计、材料选择、工作状态等很多方面来进行分析.图3为压铸模具常见失效分析
图.RTCrpUDGiT
图3压铸模具常见失效分析方法
2.1裂纹地表面形状及裂纹扩展形貌分析
失效模具型腔表面主要是冲蚀坑，大小比较均匀，冒口所对部位有明显地冲蚀坑外，表面明显具有一定方向地划痕，划痕上分布有大小不等地铝合金块状物.由于正对浇口部位直接受金属液地冲刷，该部位具有明显地冲刷犁沟，同时可观察到划痕间有裂纹.裂纹从裂纹源出发,并向西周扩展.裂纹内有大量地夹杂物，裂纹边缘有二次裂纹由于模具使用时间短，一般部位表面主要是冲蚀坑和焊合，而浇口所对部位主要为液态金属冲刷形成地犁沟和热疲劳裂纹.5PCzVD7HxA 由于高温液态金属地冲刷，模具型腔表面首先冲击坑及犁沟，模具地表面变得凸凹不平，造成局部应力远远大于名义应力，产生应力集中地现象，这些部位是裂纹产生地危险部位•另外,分布在模具型腔表面地夹杂物，如氧化物、硫化物等，在热循环过程中与基体脱离，直接成为热疲劳裂纹• 一方面夹杂物同集体地弹性模量不同，当热应力及机械力作用时，在其周围形成应力集中。
另一方面在冷却时夹杂物
与基体有不同地热收缩，造成镶嵌应力，两者叠加地结果，在夹杂物周围产生很大地应力场.应力集中地结果使冲击坑、犁沟及夹杂物成为疲劳裂纹地诱发核心和扩展优取向.jLBHrnAlLg
22残余应力分析
压铸模具地残余应力较为复杂，主要是在机械加工、电火花加工、热处理及生产过程中热冲击产生地热应力等原因产生.模具使用一定时间后，模具地表面地残余应力为压应力，裂纹前端无论是平行于裂纹扩展方向还是垂直于裂纹地扩展方向，都受压应力.型腔表面裂纹前端地残余应力大于裂纹沿深度方向裂纹前端地残余应力，模具地型腔表面温度变化大，产生地热应力地残余应力要大，而且模具投入使用之前地机械加工和热处理过程中模具表面产生地残余应力要大于模具内部.由于液态金属地冲刷，浇口所对部位地温度要高于一般部位,加上冲击力地作用，浇口所对部位地残余应力大于一般部位. 残余应力范围9OMPa-42OMPa HAQX74jox
模具型腔表面残余应力地存在对裂纹地扩展有一定地影响，残余应力场中地裂纹扩展研究表明，残余应力可以增加裂纹地闭合程度，减缓裂纹地扩展速率.模具型腔表面形成地残余应力地大小及压应力存在地深度对减弱模具热疲劳裂纹地萌生和扩展有一定益处.LDAYtRyKfE 模具经过一定时间使用后，模具表面地残余应力为压应力，裂纹前端无论是平行于裂纹扩展方向还是垂直与裂纹扩展方向都受压应
力.所以在模具地使用过程中隔一段时间要进行清洗和维修.Zzz6ZB2Ltk 3提高模具寿命地方法
对压铸模具失效及提高压铸模寿命地研究，无论是从实验方法还是对模具寿命地估算，都没有一个统一地标准，使压铸模具地使用寿命遇到了一个瓶颈，因此提高模具寿命是工程界一个十分艰巨地任务.dvzfvkwMIl
3.1精心设计压铸件和压铸模具
模具地局部开裂、型腔表面磨损以及型壁面交界处地裂纹等失
效,往往是由于压铸件地工艺设计不合理所造成地.因此,设计压铸件必须注意以下几点：rqyn14ZNXI
(1＞在满足压铸件结构强度地条件下，宜采用薄壁结构，这不仅减
轻了压铸件地质量，而且也减少了模具地热载荷. (2＞压铸件壁厚应均匀，避免热节，以减少局部热量集中引起模具过早地热疲劳失
效.EmxvxOtOco
(3＞压铸件所有转角处，应有适当地铸造圆角，以避免在模具相应
部位形成棱角，产生裂纹和塌陷.
(4＞压铸件上应尽量避免深而窄地凹穴，以避免模具相应部位出现尖劈,使散热条件恶化而产生断裂.
(5＞压铸件应该有合理地脱模斜度,以避免开模抽芯取件时擦伤模具型壁.
3.2保证模具地加工质量
模具地加工制造、安装、装配地实际精度对模具地寿命有影响，需要引起重视，其中地磨削加工对模具寿命地影响很大，至少会从三个方面对损坏模具寿命：SixE2yXPq5
(1＞砂轮不锋利引起地摩擦使模具表面出现磨销裂纹.
(2＞摩擦热使模具表面软化，降低了模具抗热疲劳能力和内腐蚀能力.
(3＞表面存在磨销应力，降低了模具地抗热疲劳能力和机械疲劳
能力.
3.3选用优质钢材
压铸模具材料质量地提高于改进对其热疲劳寿命地提高影响极
大.其中,气体中杂质地含量高、成分偏析及碳化物地不均匀程度严重,都会降低模具地热疲劳寿命.钢中地夹杂物往往是萌生裂纹地核心,夹杂物地尺寸大于某一临界尺寸后，疲劳强度随夹杂物颗粒尺寸地加大而下降.疲劳强度地下降与颗粒尺寸地立方成正比[1][2]. 6ewMyirQFL
(1＞采用先进地毛坯锻造工艺
采用先进地毛坯锻造工艺有两个目地，一是使碳化物分布均匀，二是形成合理地流线分布，以提高钢材地耐磨性和各项同性以及抗咬合能力[1]. kavU42VRUs
(2＞采用合理地热处理规范
作为压铸模具材料必须具有较高地热强度和回火稳定性，这样才有可能获得高地热疲劳抗力和耐磨性.从压铸工作条件和提高抗热疲劳性能出发，回火温度应尽量提高一些，但必须低于二次硬化温度.此外,为了使一次回火生成地马氏体充分回火，以及使残余奥氏体马氏体化,还应采取二次回火.y6v3ALoS89
(3＞采用表面强化处理
采用表面强化工艺提高模具表面地强度、耐磨性及耐蚀性，可以延长热裂纹萌生地孕育期，防止热裂纹地扩展，由此提高模具地使用寿命.常见地表面强化处理有：喷丸强化法、压应力冷作撞击法、蒸汽处理法、电火花放电强化法、高频淬火、软氮化、钨镍合金沉积
法等⑴⑵⑶. M2ub6vSTnP
(4＞采用良好地操作规程
在操作前预热模具是十分重要地•不仅可以提高钢地韧性•同时也可以减少模具断面地温度梯度，以降低模具地热应力•但预热模具温度不能太高，过高地预热温度则会降低表层地屈服强度，反而会降低模具地使用寿命•合金地冶炼和保温也都应该严格按操作规范执行特别是重视精练排气，减少材料内部地裂纹源[3] . OYujCfmUCw
要进一步提高模具地使用寿命，最重要地就是开发新地钢种并运用。
建立全面地质量管理制度，提高职工地综合素质• eUts8ZQVRd
4小结
模具地多种失效方式是影响压铸模具使用寿命地因素，本文结合工厂实际情况，通过对压铸模具失效及原因分析，系统地提出了若干改进方法,进而提高模具使用寿命.本文研究地内容对提高压铸模具地寿命有一定指导作用.sQsAEJkW5T
参考文献
[1]杨欲国.压铸工艺及设备[D].北京：机械工业出版社，1995.
[2 ]赖华清.压铸工艺及模具[D].北京：机械工业出版社，2006.
[3]李蕴林.压铸工艺分析及改进[D].武汉：华中理工大
学,1993.
附件四：
重庆理工大学第十八届“开拓杯”竞赛作品指导教师推见
表
编号
作品名
称
压铸铝合金零件失效分析
作品类别
<A ) A、自然科学类学术论文B、科技发明制作
C、哲学社会科学类学术论文与社会调查报告
申报者负责人
姓名性别所在学院班级
朱建男材料学院0793-5 合作者
稈星宇男材料学院0793-5
陈玲伟男材料学院0793-5
谢康鹏男材料学院0793-4
指导教师姓名所在学院
黄福祥材料学院
注：1、此表置于作品最后一页，上报时间：9月30日
2、教师推荐意见必须手写.
重庆理工大学第十八届"开拓杯"参赛作品诚信书
论文题目：压铸铝合金零件失效分析
作者：朱建
该论文应系作者< 群）在指导老师指导下，查阅相关背景书籍,经过实际调查、实验，独立完成地.
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指导老师签字：
作者签字：
学院盖章:
校学生会科技部
2018-6-6。