壓鑄模具常見失效

1、1壓鑄模具常見失效形式下面結(jié)合工廠實(shí)際情況分析了壓鑄模具的失效形式和失效機(jī)理。1.1熱裂熱裂是模具最常見的失效形式，如圖1所示。熱裂紋通常形成于模具型腔表面或內(nèi)部熱應(yīng)力集中處，當(dāng)裂紋形成后，應(yīng)力重新分布，裂紋發(fā)展到一定長度時(shí)，由于塑性應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)力松弛使裂紋停止擴(kuò)展。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋尖端附近出現(xiàn)一些小孔洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，最后裂紋間相互連接而導(dǎo)致模具失效。國1模具熱裂失效圖模具整悻斷裂1.2整體脆斷整體脆斷是由于偶然的機(jī)械過載或熱過載導(dǎo)致模具災(zāi)難性斷裂。材料的塑韌性是與此現(xiàn)象相對應(yīng)的最重要的力學(xué)性能。材料中有嚴(yán)重缺陷或操作不當(dāng)，會(huì)引起整體脆斷，如圖

2、2所示。1.3侵蝕或沖刷這是由于機(jī)械和化學(xué)腐蝕綜合作用的結(jié)果，熔融鋁合金高速射入型腔，造成型腔表面的機(jī)械磨蝕。同時(shí),金屬鋁與模具材料生成脆性的鐵鋁化合物，成為熱裂紋新的萌生源。此外,鋁充填到裂紋之中與裂紋壁產(chǎn)生機(jī)械作用，并與熱應(yīng)力疊加，加劇裂紋尖端的拉應(yīng)力，從而加快了裂紋的擴(kuò)展。提高材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有利于增強(qiáng)材料的抗腐蝕能力。2壓鑄模具常見失效分析方法為了延長模具的使用壽命，節(jié)約成本,提高生產(chǎn)效率，就必須研究模具的失效形式和導(dǎo)致模具失效的原因以及模具失效的內(nèi)部機(jī)理。由于壓鑄模具失效的原因比較復(fù)雜,要從模具的設(shè)計(jì)、材料選擇、工作狀態(tài)等很多方面來進(jìn)行分析。圖3為壓鑄模具常見失效分析圖。圖

3、3壓鑄模具常見失效分析方法2.1裂紋的表面形狀及裂紋擴(kuò)展形貌分析失效模具型腔表面主要是沖蝕坑，大小比較均勻，冒口所對部位有明顯的沖蝕坑外，表面明顯具有一定方向的劃痕，劃痕上分布有大小不等的鋁合金塊狀物。由于正對澆口部位直接受金屬液的沖刷，該部位具有明顯的沖刷犁溝，同時(shí)可觀察到劃痕間有裂紋。裂紋從裂紋源出發(fā)，并向西周擴(kuò)展。裂紋內(nèi)有大量的夾雜物，裂紋邊緣有二次裂紋。由于模具使用時(shí)間短，一般部位表面主要是沖蝕坑和焊合，而澆口所對部位主要為液態(tài)金屬?zèng)_刷形成的犁溝和熱疲勞裂紋。由于高溫液態(tài)金屬的沖刷，模具型腔表面首先沖擊坑及犁溝，模具的表面變得凸凹不平，造成局部應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，

4、這些部位是裂紋產(chǎn)生的危險(xiǎn)部位。另外，分布在模具型腔表面的夾雜物，如氧化物、硫化物等，在熱循環(huán)過程中與基體脫離，直接成為熱疲勞裂紋。一方面夾雜物同集體的彈性模量不同，當(dāng)熱應(yīng)力及機(jī)械力作用時(shí)，在其周圍形成應(yīng)力集中;另一方面在冷卻時(shí)夾雜物與基體有不同的熱收縮，造成鑲嵌應(yīng)力，兩者疊加的結(jié)果，在夾雜物周圍產(chǎn)生很大的應(yīng)力場。應(yīng)力集中的結(jié)果使沖擊坑、犁溝及夾雜物成為疲勞裂紋的誘發(fā)核心和擴(kuò)展優(yōu)取向。2.2殘余應(yīng)力分析壓鑄模具的殘余應(yīng)力較為復(fù)雜,主要是在機(jī)械加工、電火花加工、熱處理及生產(chǎn)過程中熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力等原因產(chǎn)生。模具使用一定時(shí)間后,模具的表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力,裂紋前端無論是平行于裂紋擴(kuò)展方向還是垂直

5、于裂紋的擴(kuò)展方向,都受壓應(yīng)力。型腔表面裂紋前端的殘余應(yīng)力大于裂紋沿深度方向裂紋前端的殘余應(yīng)力,模具的型腔表面溫度變化大,產(chǎn)生的熱應(yīng)力的殘余應(yīng)力要大,而且模具投入使用之前的機(jī)械加工和熱處理過程中模具表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力要大于模具內(nèi)部。由于液態(tài)金屬的沖刷,澆口所對部位的溫度要高于一般部位,加上沖擊力的作用,澆口所對部位的殘余應(yīng)力大于一般部位.殘余應(yīng)力范圍90MPa-420MPa。模具型腔表面殘余應(yīng)力的存在對裂紋的擴(kuò)展有一定的影響,殘余應(yīng)力場中的裂紋擴(kuò)展研究表明,殘余應(yīng)力可以增加裂紋的閉合程度,減緩裂紋的擴(kuò)展速率.模具型腔表面形成的殘余應(yīng)力的大小及壓應(yīng)力存在的深度對減弱模具熱疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展有一定

6、益處。模具經(jīng)過一定時(shí)間使用后,模具表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力,裂紋前端無論是平行于裂紋擴(kuò)展方向還是垂直與裂紋擴(kuò)展方向都受壓應(yīng)力。所以在模具的使用過程中隔一段時(shí)間要進(jìn)行清洗和維修。3提高模具壽命的方法對壓鑄模具失效及提高壓鑄模壽命的研究，無論是從實(shí)驗(yàn)方法還是對模具壽命的估算，都沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使壓鑄模具的使用壽命遇到了一個(gè)瓶頸，因此提高模具壽命是工程界一個(gè)十分艱巨的任務(wù)。3.1精心設(shè)計(jì)壓鑄件和壓鑄模具模具的局部開裂、型腔表面磨損以及型壁面交界處的裂紋等失效，往往是由于壓鑄件的工藝設(shè)計(jì)不合理所造成的。因此，設(shè)計(jì)壓鑄件必須注意以下幾點(diǎn)：在滿足壓鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，宜采用薄壁結(jié)構(gòu)，這不僅減輕了壓鑄件

7、的質(zhì)量，而且也減少了模具的熱載荷。壓鑄件壁厚應(yīng)均勻，避免熱節(jié)，以減少局部熱量集中引起模具過早的熱疲勞失效。壓鑄件所有轉(zhuǎn)角處，應(yīng)有適當(dāng)?shù)蔫T造圓角，以避免在模具相應(yīng)部位形成棱角，產(chǎn)生裂紋和塌陷。壓鑄件上應(yīng)盡量避免深而窄的凹穴，以避免模具相應(yīng)部位出現(xiàn)尖劈，使散熱條件惡化而產(chǎn)生斷裂。壓鑄件應(yīng)該有合理的脫模斜度，以避免開模抽芯取件時(shí)擦傷模具型壁。3.2保證模具的加工質(zhì)量模具的加工制造、安裝、裝配的實(shí)際精度對模具的壽命有影響，需要引起重視，其中的磨削加工對模具壽命的影響很大，至少會(huì)從三個(gè)方面對損壞模具壽命：砂輪不鋒利引起的摩擦使模具表面出現(xiàn)磨銷裂紋。摩擦熱使模具表面軟化，降低了模具抗熱疲勞能力和內(nèi)腐蝕能力

8、。表面存在磨銷應(yīng)力，降低了模具的抗熱疲勞能力和機(jī)械疲勞能力。3.3選用優(yōu)質(zhì)鋼材壓鑄模具材料質(zhì)量的提高于改進(jìn)對其熱疲勞壽命的提高影響極大。其中，氣體中雜質(zhì)的含量高、成分偏析及碳化物的不均勻程度嚴(yán)重，都會(huì)降低模具的熱疲勞壽命。鋼中的夾雜物往往是萌生裂紋的核心，夾雜物的尺寸大于某一臨界尺寸后，疲勞強(qiáng)度隨夾雜物顆粒尺寸的加大而下降。疲勞強(qiáng)度的下降與顆粒尺寸的立方成正比12。采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝采用先進(jìn)的毛坯鍛造工藝有兩個(gè)目的，一是使碳化物分布均勻，二是形成合理的流線分布，以提高鋼材的耐磨性和各項(xiàng)同性以及抗咬合能力1。采用合理的熱處理規(guī)范作為壓鑄模具材料必須具有較高的熱強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，這樣才有可能獲

9、得高的熱疲勞抗力和耐磨性。從壓鑄工作條件和提高抗熱疲勞性能出發(fā)，回火溫度應(yīng)盡量提高一些，但必須低于二次硬化溫度。此外，為了使一次回火生成的馬氏體充分回火，以及使殘余奧氏體馬氏體化，還應(yīng)采取二次回火。采用表面強(qiáng)化處理采用表面強(qiáng)化工藝提高模具表面的強(qiáng)度、耐磨性及耐蝕性，可以延長熱裂紋萌生的孕育期，防止熱裂紋的擴(kuò)展，由此提高模具的使用壽命。常見的表面強(qiáng)化處理有：噴丸強(qiáng)化法、壓應(yīng)力冷作撞擊法、蒸汽處理法、電火花放電強(qiáng)化法、高頻淬火、軟氮化、鎢鎳合金沉積法等123。采用良好的操作規(guī)程在操作前預(yù)熱模具是十分重要的。不僅可以提高鋼的韌性。同時(shí)也可以減少模具斷面的溫度梯度，以降低模具的熱應(yīng)力。但預(yù)熱模具溫度不

10、能太高，過高的預(yù)熱溫度則會(huì)降低表層的屈服強(qiáng)度，反而會(huì)降低模具的使用壽命。合金的冶煉和保溫也都應(yīng)該嚴(yán)格按操作規(guī)范執(zhí)行，特別是重視精練排氣，減少材料內(nèi)部的裂紋源3。要進(jìn)一步提高模具的使用壽命，最重要的就是開發(fā)新的鋼種并運(yùn)用;建立全面的質(zhì)量管理制度，提高職工的綜合素質(zhì)。4小結(jié)壓鑄過程中模具的多種失效方式是影響壓鑄模具使用壽命的因素,本文結(jié)合工廠實(shí)際情況，通過對壓鑄模具失效及原因分析,系統(tǒng)地提出了若干改進(jìn)方法,進(jìn)而提高模具使用壽命。本文研究的內(nèi)容對提高壓鑄模具的壽命有一定指導(dǎo)作用。冷作模具質(zhì)量的好壞將直接影響其制品的質(zhì)量,模具的壽命又決定著零件的生產(chǎn)成本及經(jīng)濟(jì)效益,而影響冷作模具的因素很多。所以,冷作

11、模具的失效形式也是各種各樣。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，針對冷作模具的幾種基本失效形式，提出有效的預(yù)防措施。對于早期失效的模具，主要表現(xiàn)有如下三種失效類型：斷裂失效：包括塑性斷裂失效、疲憊斷裂失效、蠕變斷裂失效、低應(yīng)力脆性失效等。變形失效：包括過量的彈性和塑性變形失效。表面損壞失效：包括磨損失效、腐蝕失效、表面疲憊（點(diǎn)蝕或剝落）失效等?？量痰墓ぷ鳁l件，使得冷作模具的使用壽命比其它模具要短許多。因此，為了延長冷作模具的使用壽命，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，需要查明模具失效的根本原因，并采取有效的措施加以解決。1斷裂。這是冷作模具最常見的一種損壞形式，主要是因?yàn)檩d荷超過模具材料的強(qiáng)度極限或模具產(chǎn)生應(yīng)力集中所造成

12、的。例如：凸模折斷、凹模及緊固圈開裂、頂桿斷裂、鑲塊疲憊開裂等。2變形。由于冷作成形時(shí)作用的工作模具上的載荷非常大，直接承受壓力作用的工作模具，將會(huì)產(chǎn)生一定的彈性變形或塑性變形，使得模具無法使用而報(bào)廢。例如：凹模型腔的彈性膨脹，凸模的鐓粗、彎曲，頂料桿的鐓粗，墊塊的中心壓塌等等變形。3磨損。由于毛坯潤滑、軟化處理、模具熱處理強(qiáng)度等方面的原因，使得冷作模具與其它模具一樣，常發(fā)生型腔表面早期磨損損環(huán)失效。如韌帶工作面表面粘金屬、點(diǎn)蝕、剝落或尺寸急劇變化等。當(dāng)模具零件產(chǎn)生上述這些缺陷時(shí)，就不能成形出合格的緊固件產(chǎn)品，勢必會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃。預(yù)防措施為了防止模具早期失效，有效的延長模具的使用壽命，主

13、要從以下幾方面采取相應(yīng)的預(yù)防措施。一、模具材料。由于冷作模具承受單位擠壓力較大，所以應(yīng)選擇強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性好的高性能模具材料；由于凸模的工作條件比凹模更易受偏心力的作用，所以，凸模材料的耐磨性應(yīng)該選得比凹模材料更高些。二、熱處理。模具熱處理包括：冷作模具胚料鍛造后的及時(shí)回火以細(xì)化晶粒，粗加工后的回火以消除應(yīng)力，電火花、線切割后的去應(yīng)力低溫回火。經(jīng)驗(yàn)表明，直徑80mm的模具，宜采用棒料直接機(jī)加工，無需再鍛造，因?yàn)殄懺觳划?dāng)反而會(huì)造成過燒、粗晶、偏析等缺陷。模具淬火和回火時(shí)還應(yīng)注重加熱速度、保溫時(shí)間、淬火溫度、冷卻速度、回火次數(shù)、表面硬度等。模具淬火加熱時(shí)溫度過高，輕易造成模具的過熱、過燒，沖擊韌性下降，導(dǎo)致早期斷裂。假如淬火溫度過低，會(huì)降低模具的硬度、耐磨性及疲憊抗力，輕易造成模具的塑性變形、磨損失效。淬火加熱時(shí)還要注重采取保護(hù)措施，防止表面氧化和脫碳，脫碳將造成淬火軟點(diǎn)和軟區(qū)，降低模具的耐磨性、疲憊強(qiáng)度，影響其使用壽命。淬火冷卻速度過快和游溫過低，模具輕易產(chǎn)生淬火裂紋。假如回火溫度太低，而且不夠充分，將無法消除淬火過程中的殘余應(yīng)力，使模具的韌性降低，輕易發(fā)生早期斷裂。三、模具設(shè)計(jì)冷作模具