浅谈铝合金压铸模具失效的原因与寿命的关系
【摘要】本文对三套铝合金过流继器底座压铸模具使用寿命与模具工况条件、结构、材质等进行分析，对失效样品出现的脆断和热机疲劳、使用寿命与材料性质之间关系进行了探讨。结果表明:(1)铝合金压铸模具失效和寿命与材质密切相关，用3CrZWS模具钢回火HRC43-48 并经氮化的使用寿命较高;(2)热机应力大, 材料抗力不足是压铸模产生疲劳、脆断的主要原因;(3)严格控制工艺和加强产品质量管理是生产、使用部门减少失效损失，提高使用寿命的重要环节。
【关键词】使用和失效情况；原因分析
0.前言
压铸模具是在高温高压下液体金属的反复冲击及热腐蚀条件下工作的模具。由于这类模具通常制造费用高，周期长，模具使用寿命短、过早失效的间题严重影响着压铸产品的质量和生产的正常进行。下面我们对三套失效的过流继电器底座铝合金压铸模具样品，从其工作条件、失效部位结构、材料组织、性能、工艺等方面与使用寿命进行对应分析，并在宏、微观分析基础上探讨该类模具失效的原因和预防过早失效的可能途径。
1.压铸模具的使用和失效情况
1.1模具使用条件
过流继电器底座产品是属于中型铝合金压铸件，模具型腔尺寸约为230×140(毫米)，模具外型尺寸约为300又30(毫米)。由于产品结构要求，模具型腔内有十多处孔、销钉、沟槽等形状较为复杂。压铸设备为J1125(也称250T )和J1140(也称400T)，铝合金压铸温度为60℃左右, 模具外套用玲却水管冷却模具。
所采用的压铸模具材料为3Cr2W8。规定的热处理工艺为1050-1100℃油淬火,经580℃-62℃二次回火，要求HRC4-48，而后经气体氮化570℃7-10小时。实际生产中由于条件限制未能严格按此工艺执行。
1.2模具的失效情况
从生产中选出三套失效的压铸模具样品共 6 件，使用周期有几年时间的、也有几个月时间的，分别代表了该套模具失效部位和裂纹萌生源区。
2.压铸模失效原因分析
压铸模具失效主要有三种形式：
①热疲劳龟裂损坏失效；②碎裂失效；③溶蚀失效。
致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。
①模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。为此，一方面压铸起始时模
模具的失效分析№1 一, 目的 1, 模具设计人员必须熟知如何保证模具设计正确,合理,提高模具寿命,降低成本. 2, 生产中模具失效时,能分析原因,提出改进措施,也是工艺员应掌握的技能. 二, 模具的工作条件 1, 工装模具组成 凹模- 冷镦, 正挤, 反挤, 冲孔, 锥形凸模, 切边凹模, 切边凸模, 孔类` 螺母用凹模等. 套- 推出销套, 衬套 垫- 带孔垫块 轴类冲头–正挤, 反挤, 六方冲头, (螺母冲头), 推出销, 凸模销, 光凸模(无孔) 销, 轴, 杆. 板,块类型- 垫块,切断刀,送料滚,刀体,钳片,夹子,弹簧板,弹簧片 螺旋弹簧–拉,压 弹簧碟簧 板簧 2, 易损件(服役期短,经常更换的件) 冲头, 凹模 重点分析易损件–冲头, 凹模. 3, 模具工作条件 ①挤压冲头工作条件–以活塞销为例 上冲头 上冲头–向下运动, 下冲头–固定不动. 挤压中,上冲头受力大于下冲头. 上冲头受力情况如下: A) 向下运动–反挤坯料,冲头受压应力. B)向上运动–脱离坯料,因摩擦力冲头受拉应力. C)可能因冲头偏心,产生弯曲应力. 结论: 上冲头受力复杂,易导致失效. 上冲头最大名义压力可达2500 MPa. 在尺寸过渡处,由于应力集中, 有时应力更大于此值.
② 冷挤压凹模的工作条件 № 2 冷挤压过程中,凹模型腔表面受很大的压力,该压力使凹模产生巨大的切向拉应力. (以下插图) p 0 材料力学厚壁筒受力分析理论公式 拉应力压应力 P 1R 21 - P 0 R 20 R 20 -R 2 1P 1 -P 0R 21 R 2 0σt σr = ()+ R 2R 20 -R 21()=R 20 -R 2 1 P 1 R 21 - P 0 R 20 -)(R 20 -R 2 1R 2)(R 21 R 20P 1 -P 0① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 当采用整体模时,如下图 P 0 =0 代入①,②式 )(R 20 -R 21R 2 + = σt R 21 R 20P 1R 20 -R 21P 1R 21= P 1R 2 1R 20 -R 21(1+ R 20R 2 ) P 1 R 21 R 2 0R 2 R 20 -R 21()-P 1R 21 R 20 -R 21 =σr =R 20 -R 21 P 1R 21 )R 2 R 2 01-(当R=R 1 时,分别代入公式③,④得 σtR1σrR1= )R 21 R 20 1+(R 20 -R 21P 1R 21)R 21 R 2 1- (R 20 -R 21 P 1R 21=P 1 R 20 -R 21R 20 +R 21= =-P 1
如何提高壓鑄模壽命 (学员自学) 压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较高的使用寿命。但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响，导致模具过早失效而报废，造成极大的浪费。 压铸模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹(龟裂)、磨损、冲蚀等。造成压铸模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修以及热处理的问题。 1、材料自身存在的缺陷 众所周知，压铸模的使用条件极为恶劣。以铝压铸模为例，铝的熔点为580-740℃，使用时，铝液温度控制在650-720℃。在不对模具预热的情况下压铸，型腔表面温度由室温直升至液温，型腔表面承受极大的拉应力。开模顶件时，型腔表面承受极大的压应力。数千次的压铸后，模具表面便产生龟裂等缺陷。 由此可知，压铸使用条件属急热急冷。模具材料应选用冷热疲劳抗力、断裂韧性、热稳定性高的热作模具钢。H13(4Cr5MoV1Si)是目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用H13，现在国内仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8V工艺性能不好，导热性很差，线膨胀系数高，工作中产生很大热应力，导致模具产生龟裂甚至破裂，并且加热时易脱碳，降低模具抗磨损性能，因此属于淘汰钢种。马氏体时效钢适用于耐热裂而对耐磨性和耐蚀性要求不高的模具。钨钼等耐热合金仅限于热裂和腐蚀较严重的小型镶块，虽然这些合金即脆又有缺口敏感性，但其优点是有良好的导热性，对需要冷却而又不能设置水道的厚压铸件压铸模有良好的适应性。因此，在合理的热处理与生产管理下，H13仍具有满意的使用性能。 制造压铸模的材料，无论从哪一方面都应符合设计要求，保证压铸模在其正常的使用条件下达到设计使用寿命。因此，在投入生产之前，应对材料进行一系列检查，以防带缺陷材料造成模具早期报废和加工费用的浪费。常用检查手段有宏观腐蚀检查、金相检查、超声波检查。 (1) 宏观腐蚀检查。主要检查材料的多孔性、偏柝、龟裂、裂纹、非金属夹杂以及表面的锤裂、接缝。 (2) 金相检查。主要检查材料晶界上碳化物的偏析、分布状态、晶料度以及晶粒间夹杂等。 (3) 超声波检查。主要检查材料内部的缺陷和大小。 2、压铸模的加工、使用、维修和保养 模具设计手册中已详细介绍了压铸模设计中应注意的问题，但在确定压射速度时，最大速度应不
模具寿命与失效作业 ⒈模具成型工艺有哪些？ 答：（一）根据不同的工作条件可以分为以下几种： ⑴普通模锻 普通模锻是将加热后或不加热的金属坯料放在模具型腔内，在冲击力或压力作用下，使金属的几何形状发生变化而获得与型腔一致的锻件。 普通模锻包括镦锻和热锻。镦锻又分为冷镦、温镦和热镦。 ⑵挤压成型 挤压是将金属材料放在挤压型腔内，一端施加强大压力，材料在三向受力状态下变形，从而一端的模孔中流出，获得不同零件。 挤压按凸模与材料相对运动方向分类，可分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。按坯料温度可分为冷挤压、温挤压和热挤压。 ⑶拉拔成型 在拉拔时，材料两向受力，一向受压，通过模具的模孔而成型，获得所需形状尺寸的型材、毛坯或零件。拉拔可分为拉丝、拔管。 拉拔所获得的产品具有较高的精度和较低的表面粗糙度，常用于对轧制的棒料、管料的再加工，以提高质量。 ⑷冲压成型 冲压是利用冲模使材料发生分离或变形，从而获得零件的加工方法。冲压可获得形状复杂、精度高和表面质量好的零件，同时生产率很高、成本低。 冲压主要可分为分离工序和成型工序。分离工序包括冲孔、落料、切边、修整等方法。成型工序包括拉深、弯曲、胀形、翻边和校平等。 ⑸压铸成型 压铸是以一定的压力将熔融金属高速压射充填到压铸模型腔内，在压力下凝固而成形铸件的工艺方法。 ⑹塑料成型 塑料成型是在压力的作用下，将粉末状或黏流状的塑料在模具中成型，获得所需形状尺寸的塑料制品。 塑料成型种类﹕模压成型、射出成型﹑注射成型、压铸成型﹑吸塑成型﹑吹塑成型﹑发泡成型﹑中空成型、挤压成型等工艺方法。 （7）其他特殊成型 ①玻璃钢船模具制作工艺 ②全新的模具成型方法（新型模具材料（陶瓷粉）取代石墨材料制造无压浸渍法制造金刚石钻头工艺）是针对无压浸渍法制造金刚石钻头存在模具费用高、模具加工周期长等缺点，研究了一种新型模具材料（陶瓷粉）取代石墨材料，并研究了一种全新的模具成型方法，简化了模具制造工序，降低了成本。 ③烧结式PDC钻头模具成型工艺是针对烧结式PDC钻头底模手工成型困难、生产效率低的问题,采用冷压成型法制作底模,并在实验的基础上,确定了底模的原材料配比和成型压力,为底模加工提供了一种可行的新工艺。 ④注吹塑料中空容器的模具成型工艺方法其具体步骤包括：注塑机的注塑过程及吹塑机的吹塑过程；所述注塑过程包括：a注塑机中的定模具和动模具闭合
压铸模具的管理以及维护保养 模具是压铸生产中三大必备因素之一，模具使用的好坏直接影响到模具的寿命，生产效率和产品的质量，关系着压铸的成本。对于压铸车间来说，模具良好的维护和保养是正常生产顺利进行的有力保障，有利于产品质量的稳定性，在很大程度上降低无形的生产成本，从而提高生产效率。根据在实际生产中遇到的问题，我们探讨一下怎么去把模具的维护保养做得更好。 首先：建立模具档案，做好准备—— （1）也就是给每一套模具在入厂时建立一套完整的使用记录，这是保证以后保养和维护的一个重要依据，每一条都要做的细致，清晰，包括每日的生产模次在内。 （2）作为一名模具管理人员，模具自入厂以后，模具每一部分的结构配件必须要详细记入模具档案里，并且要根据需要，把模具内的易损部分列出，提前准备配件，比如顶杆，型芯，等~~设立易损备件的最低库存量，从而不至于因准备不足而延误生产。因为在公司里这样的教训很多，有备才能无患。如果因为自己没有准备备件而耽误生产，对于压铸企业来说所造成的成本是很大的，时间，人力，保温炉用电（或者液化气）等都不是小数字，最主要是延误了生产，耽误了交货损失会更大！ （3）给模具在做履历卡的同时有必要在模具本身刻上永久性标记，易于分辨。这样只要不傻的人都不会造成装错模具的闹剧。 （4）如果附带有油缸抽芯器的模具，尽快给其配上快换接头，不然每次拆装模具从油缸里漏出的油所浪费的钱足够你支付好几个员工一个月的工资，你也可以用省下来的钱给员工改善一下伙食。这样也大大缩短了压铸操作工装卸模具的时间，一举几得的事。切记买一些质量好的快接头，否则适得其反。 （5）提前制定模具管理规定，对员工进行系统培训，切实的执行下去。 其次，模具在生产过程中的注意事项~提到模具的维护与保养，在很多压铸操作工的脑海里会立即闪现出一个概念，总认为那是模修工的事，和他关系不大，其实正好相反。所有模具的命运如何可以说都在压铸操作工的手里掌握着。打个比方说，你是有一部车，开了几年坏掉了，你能说都是那些个洗车的造成的吗？所以模具在使用过程中以下几点要特别注意： （1）模具冷却系统的使用。模具冷却水在正确使用的情况下不仅延长模具的使用寿命，而且提高生产效率。在实际生产中我们常常忽视了它的重要性，操作工也图省事，接来接去的太麻烦，就不去接冷却水管了，有的公司甚至在定制模具的时候为了节约成本竟然不要冷却水，从而造成了很严重的后果。模具的材料一般都是专用的模具钢通过各种处理制作出来的，再好的模具钢也都有它们使用的极限性，就比如温度。模具在使用状态下，如果模温太高，很容易就会使模芯表面早早出现龟裂纹，有的模具甚至还没有超过2000模次龟裂纹就大面积出现。甚至模具在生产中因为模具温度太高模芯都变了颜色，经过测量甚至达到四百多度，这样的温度再遇到脱模剂激冷的状态下很容易出现龟裂纹，生产的产品也容易变形，拉伤，粘模等情况出现。在使用模具冷却水的情况下可大大减少脱模剂的使用，这样操作工
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
无锡吉冈精密机械有限公司编号JGMD003 版本/版次A/1 文件类别 B 三级文件页码1/3页 文件名称模具寿命管理办法生效日期2013、12、20 为了确保模具的使用处于受控状态,防止已报废模具被使用,并根据模具寿命申请备用模具,使公司对模具的使用寿命进行有效的管理。 2.适用范围 适用于公司的压铸模具。 3.职责 3、1压铸模具工负责对压铸模具寿命的评估申请; 3、2开发负责对压铸模具寿命的评估及判定; 3、3压铸模具由开发工程师及项目工程师进行评估申请及判定。 4、内容: 4、1压铸模具 4、1、1在新模试产合格后移交至压铸车间时,模具工根据《模具库管理办法》建立模具履历等相关资料。在生产现场每一次归还模具时,模具工在模具履历上填写使用的相关模数,并根据《压铸模具保养规程》进行保养。当模具生产使用到寿命时,及时提交<模具寿命评估表>。压铸模具使用寿命判定如下: (1)当压铸模的总寿命达到表1的额定使用寿命规定后,若模具已严重磨损无法使用,则需要提交《模具报废申请表》进行审批; (2) 提交《模具寿命评估报告》进行评估后若仍可继续使用,使用的模具则每生产满5000模次后,需进行一次二级保养。 表1 压铸模的额定使用寿命 (万次) 模仁材质压铸合金壁厚≥2、0mm 壁厚≤2、0mm DAC55铝合金8 8 SKD61 锌合金30 30 无锡吉冈精密机械有限公司编号JGMD003 版本/版次A/1 编制审核核准 日期日期日期
文件类别 B 三级文件页码2/3页 文件名称模具寿命管理办法生效日期2013、12、20 4、2、1开发在模具移交至生产的时候,工程师或项目工程师负责提供模具履历档案信息与易 损件,包括模具设计寿命、镶针设计图面、模具水路图等资料。 4、2、2外协单位每次借用/归还模具时需采购按流程填写《固定资产调拨单》,在压铸车间 《模具进出登记表》登记,每次借出模具的生产数量、日期以及维修事项记录于模具履历表内。 4、2、3模具工对每次模具生产完毕后将生产数量记录到模具履历表中,模具生产数量已达 到设计寿命的50%以上的模具由模具工统计出来将统计结果反馈到开发与销售部门,提出计划开备用模具的申请。 4、2、4模具使用部门可以根据模具寿命统计表进行模具寿命评估申请(包括以下三种情况): a、当模具的使用寿命达到模具设计寿命的50%以上,使用部门可以提出申请对模具的状况 进行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中、。 b、对于模具生产状况发生巨大变化时(如模具大面积龟裂或影响到质量要求),材质及氮化不 良寿命不易控制时,模具使用单位可以提前向开发部门提出申请对模具的状况进行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中,并由开发部门组织对提前报废的模具进行分析,找出原因并制定备模改善措施。 c、模具生产数量已超过规定的寿命时,使用部门可以提出申请对模具进行评估,并填写《模 具寿命评估表》。 4、2、5评估小组由开发部门、模具使用部门、品质部门相关责任人组成,并由生产部门主导, 评估小组结合业务状况对模具进行全面、客观的评价定论出临时措施与长期措施。 4、2、6,模具超过寿命评估方案:当模具表面无龟裂且生产出的产品无裂痕或不影响质量、 品质稳定、尺寸良好,外观无缺陷时,可能会临时延长模具使用寿命; 无锡吉冈精密机械有限公司编号JGMD003 版本/版次A/1 文件类别 B 三级文件页码3/3页 文件名称模具寿命管理办法生效日期2013、12、20 编制审核核准 日期日期日期
模具寿命管理规定公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
1. 为了确保模具的使用处于受控状态，防止已报废模具被使用，并根据模具寿命申请备用模具，使公司对模具的使用寿命进行有效的管理。 2.适用范围 适用于公司的压铸模具。 3.职责 压铸模具工负责对压铸模具寿命的评估申请； 开发负责对压铸模具寿命的评估及判定； 压铸模具由开发工程师及项目工程师进行评估申请及判定。 4.内容： 压铸模具 4.1.1在新模试产合格后移交至压铸车间时，模具工根据《模具库管理办法》建立模具履历等相关资料。在生产现场每一次归还模具时，模具工在模具履历上填写使用的相关模数，并根据《压铸模具保养规程》进行保养。当模具生产使用到寿命时，及时提交<模具寿命评估表>。压铸模具使用寿命判定如下： （1）当压铸模的总寿命达到表1的额定使用寿命规定后，若模具已严重磨损无法使用，则需要提交《模具报废申请表》进行审批； (2) 提交《模具寿命评估报告》进行评估后若仍可继续使用，使用的模具则每生产满5000模次后，需进行一次二级保养。 表1 压铸模的额定使用寿命（万次）
4.2.1开发在模具移交至生产的时候，工程师或项目工程师负责提供模具履历档 案信息和易损件，包括模具设计寿命、镶针设计图面、模具水路图等资料。 4.2.2外协单位每次借用/归还模具时需采购按流程填写《固定资产调拨单》，在 压铸车间《模具进出登记表》登记，每次借出模具的生产数量、日期以及维修事项记录于模具履历表内。 4.2.3模具工对每次模具生产完毕后将生产数量记录到模具履历表中,模具生产 数量已达到设计寿命的50%以上的模具由模具工统计出来将统计结果反馈到开发和销售部门，提出计划开备用模具的申请。 4.2.4模具使用部门可以根据模具寿命统计表进行模具寿命评估申请（包括以下三种情况）： a.当模具的使用寿命达到模具设计寿命的50%以上,使用部门可以提出申请对模 具的状况进行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中.。 b.对于模具生产状况发生巨大变化时（如模具大面积龟裂或影响到质量要 求），材质及氮化不良寿命不易控制时，模具使用单位可以提前向开发部门提出申请对模具的状况进行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中，并由开发部门组织对提前报废的模具进行分析，找出原因并制定备模改善措施。 c. 模具生产数量已超过规定的寿命时,使用部门可以提出申请对模具进行评估, 并填写《模具寿命评估表》。 4.2.5评估小组由开发部门、模具使用部门、品质部门相关责任人组成,并由生产
《模具寿命与材料》试卷（A卷） 咸宁职院模具专升本自考助学班0901 一、填空（30分，1分/空） 1．根据模具工作条件，将模具钢划分为、 和三大类。 2．模具失效的基本形式有：、、。 3．表征材料的弹性、塑性、形变强化率、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标的是。 4．影响冷作模具钢性能的决定性因素是。 5．对钢表面具有钝化作用，使钢具有抗氧化能力的合金元素是。6．碳素工具钢的力学性能主要取决于。 7．冷作模具钢的强韧化处理工艺包括、、 、和分级处理。 8．时效硬化钢塑料模的热处理工艺分两步基本工序。首先进行，第二步进行。 9．韧性不是单一的性能指标，而是和的综合表现。10．电镀工艺通常包括、和三个部分。11．碳氮共渗（软氮化）是向钢件表面同时渗入和并 以为主的化学热处理工艺。 12．评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是常温下的和. 。13．热处理工艺性主要包括：、、、过热敏感性，淬火变形与开裂倾向等。 二、不定项选择（20分） 1．模具表面硬化和强化的目的是（） A.提高模具的耐磨性 B.提高模具的耐热性、耐蚀性 C.提高模具的抗咬合性和疲劳强度 D.提高模具的塑性 2．冷作模具材料必须具备适宜的工艺性能，主要包括（） A. 可锻性 B . 可切削性 C. 可磨削性 D. 热处理工艺性等 3．影响模具寿命的主要因素有（） A. 模具结构设计 B. 模具制造质量 C. 模具材料 D. 模具的使用 E. 模具热处理质量与表面强化 4．压铸模用钢3Cr2W8V采用等温退火后组织为（） A. 索氏体与碳化物 B. 莱氏体与碳化物 C. 珠光体与碳化物 D. 托氏体与碳化物 5．其它热作模具材料有（） A. 硬质合金 B. 高温合金 C. 难熔金属合金 D. 压铸模用铜合金 6．塑料模常见的失效形式有（） A. 磨损 B. 塑性变形 C. 断裂 D. 腐蚀 7．对于T7A钢，以下说法正确的是（） A. 钢中不含有硅元素 B. 属于碳素工具钢 C. 是低淬透性冷作模具钢 D. C的质量分数为0.7% 8．常用的压铸模用钢有（） A. 钨系 B. 铬系 C. 铬钼系 D. 铬钨钼系 9．改变表面化学成分的模具表面强化方法有（） A. 高频加热表面淬火 B. PVD C. 软氮化处理 D. TD法 10．目前常用的压铸金属材料主要有（） A. 锌合金 B. 铝或美合金 C. 铜合金 D. 钢铁 三、判断（正确划“√”，错误划“×”，共10分） ( )1. 钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化物（主要是碳化钛、碳化钨）做硬质相，用粉末冶金方法生产的复合材料。 ( )2. 冷作模具的选材原则是：首先要满足模具的使用性能要求，同时兼顾材料的工艺性和经济型。 ( )3. 热作模具钢中合金元素的作用是强化铁素体和增加淬透性，为了防止回火脆性加入了Mn、V等元素。 ( )4. 压铸模用钢3Cr2W8V随着淬火温度的升高，钢的硬度降低，抗拉强度
1.目的 为了确保模具的使用处于受控状态，防止已报废模具被使用，并根据模具寿命申请备用模具，使公司对模具的使用寿命进行有效的管理。 2.适用范围 适用于公司的压铸模具。 3.职责 3.1压铸模具工负责对压铸模具寿命的评估申请； 3.2开发负责对压铸模具寿命的评估及判定； 3.3压铸模具由开发工程师及项目工程师进行评估申请及判定。 4.内容： 4.1压铸模具 4.1.1在新模试产合格后移交至压铸车间时，模具工根据《模具库管理办法》建立模具履历等相关资料。在生产现场每一次归还模具时，模具工在模具履历上填写使用的相关模数，并根据《压铸模具保养规程》进行保养。当模具生产使用到寿命时，及时提交<模具寿命评估表>。压铸模具使用寿命判定如下： （1）当压铸模的总寿命达到表1的额定使用寿命规定后，若模具已严重磨损无法使用，则需要提交《模具报废申请表》进行审批； (2) 提交《模具寿命评估报告》进行评估后若仍可继续使用，使用的模具则每生产满5000模次后，需进行一次二级保养。 表1 压铸模的额定使用寿命（万次）
4.2.1开发在模具移交至生产的时候，工程师或项目工程师负责提供模具履历档案信息和易损 件，包括模具设计寿命、镶针设计图面、模具水路图等资料。 4.2.2外协单位每次借用/归还模具时需采购按流程填写《固定资产调拨单》，在压铸车间《模 具进出登记表》登记，每次借出模具的生产数量、日期以及维修事项记录于模具履历表内。 4.2.3模具工对每次模具生产完毕后将生产数量记录到模具履历表中,模具生产数量已达到设 计寿命的50%以上的模具由模具工统计出来将统计结果反馈到开发和销售部门，提出计划开备用模具的申请。 4.2.4模具使用部门可以根据模具寿命统计表进行模具寿命评估申请（包括以下三种情况）： a.当模具的使用寿命达到模具设计寿命的50%以上,使用部门可以提出申请对模具的状况进 行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中.。 b.对于模具生产状况发生巨大变化时（如模具大面积龟裂或影响到质量要求），材质及氮 化不良寿命不易控制时，模具使用单位可以提前向开发部门提出申请对模具的状况进行评估,并依据模具寿命标准将评估内容填入《模具寿命评估表》中，并由开发部门组织对提前报废的模具进行分析，找出原因并制定备模改善措施。 c. 模具生产数量已超过规定的寿命时,使用部门可以提出申请对模具进行评估,并填写《模具 寿命评估表》。 4.2.5评估小组由开发部门、模具使用部门、品质部门相关责任人组成,并由生产部门主导，评 估小组结合业务状况对模具进行全面、客观的评价定论出临时措施和长期措施。 4.2.6，模具超过寿命评估方案：当模具表面无龟裂且生产出的产品无裂痕或不影响质量、 品质稳定、尺寸良好，外观无缺陷时，可能会临时延长模具使用寿命；
模具失效的主要原因有以下三点 锌合金的浇注温度很低，压铸模的失效形式主要是侵蚀和磨损；铝合金、铜合金压铸模的失效形式主要是热疲劳，微信公众号：hcsteel 但侵蚀，也不能忽视。铝合金压铸模，特别是大型压铸模有时出现开裂。 压铸模的型腔表面，除受到高压高速熔融合金的冲刷外，还吸，收熔融合金在凝固过程中释放的热量，使表面层的温度剧烈上升，与其内部产生很大的温差，表面层产生压应力。当开模后，型腔表面与空气接触，受到压缩空气和涂料的激冷而产生拉应力。于是，型腔表面层受到交变应力作用，超过模具材料的疲劳极限时，产生塑性变形，在晶界处产生裂纹，这种失效称为热疲劳失效。另外，熔融合金中含有氢、氧等活性气体，使模具表面被氢化、氧化。又由于摩擦和液压冲击产生的热冲蚀磨损，加剧了热应力状态，从而产生黏附。推出铸件时，模具受到机械载荷的作用，都会导致模具的失效。总之，模具失效的主要原因有以下三点： ①热交变应力引起的热疲劳。 ②熔融合金对模具材料的化学—物理作用。 ③压铸件脱模时，模具产生的局部应力。 影响压铸模使用寿命的主要原因有：模具的工作和设备条件，使用过程中的维护和保养，压铸件的材质、壁厚、尺寸和形状的影响，以及模具的材质、模具设计与制造工艺和质量等。提高模具的使用寿命，
应从以下几个方面加以考虑： ①采用先进合理的毛坯锻造工艺，使碳化物分布均匀，形成合理的金属流线，提高耐磨性和各向同性以及抗胶合能力。 ②严格控制机加工质量，特别是模具工作零件的磨削加工对模具使用寿命的影响最大，主要表现在磨削时工件表面出现的磨削应力和磨削裂纹、磨削热降低了零件的耐疲劳（热疲劳和冷疲劳）能力及耐蚀能力。 ③采用合理的热处理工艺，保证成形零件具有较高的热强度和回火稳定性，以获得较高的热疲劳抗力和耐磨性。 ④采用表面强化工艺可以阻止热裂纹的扩展，提高模具成形零件表面的强度、耐磨性和耐蚀性。 ⑤模具的装配应严格按照装配工艺进行，以达到模具图样要求。
翻译原文二： Die Life and Die Failure Proper selection of the de material and of the die manufacturing technique determines, to a large extent, the useful life of forming des. Dies may have to be replaced for a number of reasons, such as changes n dimensions due to wear or plastic deformation, deterioration of the surface finish, breakdown of lubrication, and cracking or breakage. In hot impression die forging, the principal modes of die failure are erosion, thermal fatigue, mechanical fatigue and permanent (plastic) deformation. In erosion, also commonly called die wear, material is actually removed from the die surface by pressure and sliding of the deforming material, wear resistance of the die material, die surface temperature, relative sliding speed at the die/material interface and the nature of the interface layer are the most significant factors influencing abrasive die wear. Thermal fatigue occurs on the surface of the die impression in hot forming and results in “heat checking”. Thermal fatigue results from cyclic yelling of the de surface due to contact with the hot deforming material. This contact causes the surface layers to expend, and, because of the very steep temperature gradients, the surface layers are subject to compressive stresses. At sufficiently high temperatures, these compressive stresses may cause the surface layers to deform. When the de surface cools, a stress reversal may occur and the surface layers will then be n tension. After repeated cycling in this manner, fatigue will cause formation of a crack pattern that s recognized as heat checking. Die breakage or cracking is due to mechanical fatigue and occurs in cases where the dies are overloaded and local stresses are high. The dies are subject to alternating stresses due to loading and unloading during the deformation process and this causes crack initiation and eventual failure. Die life and de failure are greatly affected by the mechanical properties of the die materials under the conditions that exist in a given deformation process.
压铸模具失效形式和提高寿命的方法 压铸是一种节能、低价、高效的金属成形方式。压铸件具有尺寸精度高，表面光洁，强度和硬度高的特点，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。 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的失效形式和失效机理。 1.1热裂 热裂是模具最常见的失效形式，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。随着循环次数的增加，裂纹尖端附近出现一些小孔洞并逐渐形成微裂纹，与开始形成的主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接而导致模具失效。 1.2整体脆断 整体脆断是由于偶然的机械过载或热过载导致模具灾难性断裂。材料的塑韧性是与此现象相对应的最重要的力学性能。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。 1.3侵蚀或冲刷 这是由于机械和化学腐蚀综合作用的结果,熔融铝合金高速射入型腔,造成型腔表面的机械磨蚀。同时,金属铝与模具材料生成脆性的铁铝化合物,成为热裂纹新的萌生源。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,加剧裂纹尖端的拉应力,从而加快了裂纹的扩展。提高材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗腐蚀能力。 2 压铸模具常见失效分析方法 为了延长模具的使用寿命,节约成本,提高生产效率,就必须研究模具的失效形式和导致模具失效的原因以及模具失效的内部机理。由于压铸模具失效的原因比较复杂,要从模具的设计、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。 图3 压铸模具常见失效分析方法
模具寿命与失效复习题 （基础题部分） 1、模具分类： （1）按模具所加工材料的再结晶温度分： （2）按模具加工坯料的工作温度分： （3）按模具成形的材料分： （4）按模具用途分： 2、有关技语：模具服役；模具损伤；模具失效（非正常失效和正常失效） 3、磨损分类：按照磨损机理可以分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损、腐蚀磨损。 3.1、有关术语：磨粒磨损；粘着磨损；磨粒磨损；疲劳磨损；及相关磨损机理。 4、影响断裂失效的主要因素；控制断裂的三个主要因素： 5、锻造工序一般可分为：基本工序、辅助工序和修整工序三类。 5.1、锻造工序有关术语：基本工序、辅助工序和修整工序 6、模具表面的加工方法包括：(1)；(2)；（3）；（4）。 6.1、残余应力大小与以下几个因素有关: (1)；(2)；（3）；（4）。 7、模具热处理主要缺陷：(1)；(2)；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）。 8、模具材料分类： 8.1、模具材料有关术语：（1）使用性能：（2）工艺性能： 8.2、模具选材考虑因素：（1）模具工作条件：（2）模具的失效因素：（3）模具所加工的产品：（4）模具结构： 9、冷作模具的种类：。 9.1、各类冷作模具的特点： （1）什么是冲裁模：冲裁模工作条件：冲裁模失效形式：冲裁模性能要求。 （2）什么是拉拔成形模：拉拔成形模工作条件：拉拔成形模失效形式：拉拔成形模性能要求。 （3）什么是冷镦模：冷镦模工作条件：冷镦模失效形式：冷镦模性能要求。 （4）什么是冷挤压模：冷挤压模工作条件：冷挤压模失效形式：冷挤压模性能要求。 9.2、由于拉伸模在工作中受到较大的摩擦力，因而这种模具的失效形式主要是粘着磨损和磨力磨损。 9.3、冷镦模最常见的失效形式：磨损失效和疲劳断裂失效 9.4、锤锻模基本失效形式有：型腔部分的模壁断裂、型腔表面热疲劳、塑性变形、磨损及锤锻模燕尾的开裂。 10.冷作模具用钢按化学成分分类，可以分为： 10.1、常用的冷作模具钢中碳素工具钢有哪些？主要优点？主要缺点？用途？ 10.2. 常用的冷作模具钢中合金钢 （1）9Mn2V钢：主要化学成分及成分特点，性能特点；热加工工艺；主要用途 （2）CrWMn钢：主要化学成分及成分特点，性能特点；热加工工艺；主要用途 （3）Cr12MoV钢：主要化学成分及成分特点，性能特点；热加工工艺；主要用途 11、模具材料的选材依据：(1)；(2)；（3）；（4）。 11.1、热作模具的分类:根据加工形式，热作模具可分为(1)；(2)；（3）。 11.1、根据加工材料，热作模具可分为(1)；(2)；（3）。 11.2、简述热作模具工作时，模具受热的主要原因有哪些？ 11.3、热挤压模：（1）工作条件；（2）失效形式；（3）性能要求。 11.4、热冲切模：（1）工作条件；（2）失效形式；（3）性能要求。 11.5、热压铸模：（1）工作条件；（2）失效形式；（3）性能要求。 12、塑料模具钢的分类:渗碳钢、调质钢、冷作模具钢、耐蚀钢、马氏体时效钢。 12.1、塑料模具钢的成分特点，性能特点，主要用途： （1）渗碳模具钢主要有哪些:成分特点：性能特点；主要用途 （2）调质模具钢主要有哪些:成分特点：性能特点；主要用途 （3）耐蚀模具钢主要有哪些:成分特点：性能特点；主要用途 13、塑料模具的工作条件：1)； 2）；3）； 13.1、工艺性能要求: 1）；2）；3）；4）；5）； 14、塑料模具的类型: 按生产方式可分为：注射成型、挤出成型、压延成型、压制成型。按模具的加
压铸模具材料的选用及其对模具寿命的影响研究 高建军 （闽南理工学院 福建· 石狮362700） 【摘要】本文介绍了压铸模具材料失效的主要原因，并对锌合金压铸模具用钢、铝合金压铸模具用钢、 黑色金属压铸模具用钢的性能要求和常用钢种进行了寿命分析。 【关键词】压铸模模具钢 寿命 【中图分类号】TG305 【文献标识码】A 【文章编号】1009－8534（2012）05－0080－05 前言 压铸是近代金属压力加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成形精密铸造方法，它已广泛应用在国民经济的各行各业中，除用于汽车和摩托车、仪表、工业电器外，还广泛应用于家用电器、农机、无线电、通信、机床、运输、造船、照相机、钟表、计算机、纺织器械等行业［1］。模具材料作为承载模具设计、热处理的主体和制造方面的主要对象。它在模具工业起着重要的作用，对模具制造工艺的难易程度、模具热处理工艺的是否得当、模具寿命能否长久起到主导性作用。 1压铸模具材料的性能要求 1．1压铸模失效的主要原因［2，3］1）热疲劳 热疲劳是由于压铸过程中模具反复经受激冷、激热所造成的热应力，导致逐渐产生裂纹，其形貌多数呈网状，又称龟裂，也有呈放射状。这些在模具表面浅层中的微裂纹，一般可以修复。如果热疲劳裂纹深入基体内部，修模会导致模具尺寸超差，或者由于压铸过程中的机械应力或热冲击，热疲劳裂纹则扩展成宏观裂纹，致使模具失效。 2）严重脆性开裂 压铸模脆性开裂是先形成宏观大裂纹，很快扩展，导致脆性开裂而失效。引起的原因很多，诸如压 铸操作不当引起的机械过载、热冲击，加工质量不佳，削弱了模具承载能力，模具设计不合理产生应力集中等等，而模具材料的韧性不足则是脆性开裂的内因。 3）侵蚀（腐蚀） 压铸过程中，通过压力将熔融金属注入压铸模具型腔。在某些情况下，会产生熔融金属与模具之间的反应，导致模具材料被溶解，实质是侵蚀和腐蚀的结合。其主要影响因素为：铸造合金的温度与成分、模具设计与表面处理等。 4）塌陷 塌陷指压铸过程中模具的下陷或其分型面处的压塌。这是由于模具材料的热强度太低造成的。压铸温度越高，发生塌陷的可能性越大。 1．2压铸模具材料的性能要求［1，4］ 压铸模的使用寿命与压铸模的材质密切相关。压铸模零部件主要分为与金属液接触的零部件、滑动配合零部件和模架结构零件。压铸模型腔与浇道等部件在金属的压力铸造生产过程中，直接与高温、高压、高速的金属液相接触。一方面受到金属液的直接冲刷、磨损、高温氧化和各种腐蚀；另一方面由于生产的高效率，模具温度的升高和降低非常剧烈，并形成周期性的变化。因此，压铸模用钢要求有较高的热疲劳抗力，导热性及良好的耐磨性、耐蚀性和高温 *[收稿日期]2012－07－24 ［作者简介］高建军（1979－），男，福建泉州人，工程硕士，主要研究方向：模具、数控。 第15卷·第5期 2012年5月 宿州教育学院学报Journal of Suzhou Education Institute Vol .15，No.5May .2012 80
论文 模具寿命与失效 专业:2012级材料成型及控制工程 学号：12320374030 姓名：李国伟 【摘要】：目前，模具是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备，是机械制造工业成型毛坯或零件的一种手段。而模具寿命对模具工业发展的意义及其重大，故了解模具寿命，研究、模具寿命极其关键。 【关键词】：模具、寿命、失效、提高 1 引言 模具寿命的高低是衡量模具质量的重要指标之一。它不仅影响产品的质量，而且还影响着生产率和成本。随着模具工业的发展，高质量、高性能、高效率模具的大量应用，模具的寿命逐渐引起世人的关注。过去由于受模具制造水平和社会需求的限制，大部分模具只是用来生产零件的毛坯或是精度不高、结构形状简单的轻工产品及日常生活用品。传统的模具材料和热处理工艺的配合基本能满足模具的性能要求。在使用中模具出现了磨损、变形甚至微细的裂纹，由于不影响产品的精度要求，而没有得到重视。再加上传统的观念认为模具本身就是成本昂贵的工具，由于生产制件的数量多，模具的成本平均在每一个制件上也只有几分钱。所以模具成本高已被传统观念所接受，模具报废之后只需重做一套即可。因此，没有意识从模具寿命的角度对经济效益经行分析，故有很大的潜力需要我们去挖掘。 2、模具寿命的基本概念 2.1模具寿命的定义 模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数，称为模具的使用寿命，简称模具寿命。 模具的使用寿命并不期望无限长，只需要比模具成型制品的生产要求长。因此在考虑模具的最佳使用寿命时，应将目标放在使单件制品获得最低成本的基础上。这样的模具使用寿命对工业的生产才有实际意义。 2.2模具寿命与失效的术语定义 1）.制件报废 模具生产处的制品出现形状、尺寸及表面质量不符合其技术要求的现象而不能使用时称制件报废。大多数模具的寿命是有制品可用性决定。如果模具生产的制品报废，则该模具就没有使用价值了。 2）.模具服役 模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。模具的服役条件与安装模具的机床类型、吨位、精度、成型次数、生产效率、被加工件大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条件、制件成型温度、冷却润滑条件等因素都有关系，因而模具的服役条件会有很大的不同。
浅谈铝合金压铸模具失效的原因与寿命的关系 【摘要】本文对三套铝合金过流继器底座压铸模具使用寿命与模具工况条件、结构、材质等进行分析，对失效样品出现的脆断和热机疲劳、使用寿命与材料性质之间关系进行了探讨。结果表明:(1)铝合金压铸模具失效和寿命与材质密切相关，用3CrZWS模具钢回火HRC43-48 并经氮化的使用寿命较高;(2)热机应力大, 材料抗力不足是压铸模产生疲劳、脆断的主要原因;(3)严格控制工艺和加强产品质量管理是生产、使用部门减少失效损失，提高使用寿命的重要环节。 【关键词】使用和失效情况；原因分析 0.前言 压铸模具是在高温高压下液体金属的反复冲击及热腐蚀条件下工作的模具。由于这类模具通常制造费用高，周期长，模具使用寿命短、过早失效的间题严重影响着压铸产品的质量和生产的正常进行。下面我们对三套失效的过流继电器底座铝合金压铸模具样品，从其工作条件、失效部位结构、材料组织、性能、工艺等方面与使用寿命进行对应分析，并在宏、微观分析基础上探讨该类模具失效的原因和预防过早失效的可能途径。 1.压铸模具的使用和失效情况 1.1模具使用条件 过流继电器底座产品是属于中型铝合金压铸件，模具型腔尺寸约为230×140(毫米)，模具外型尺寸约为300又30(毫米)。由于产品结构要求，模具型腔内有十多处孔、销钉、沟槽等形状较为复杂。压铸设备为J1125(也称250T )和J1140(也称400T)，铝合金压铸温度为60℃左右, 模具外套用玲却水管冷却模具。 所采用的压铸模具材料为3Cr2W8。规定的热处理工艺为1050-1100℃油淬火,经580℃-62℃二次回火，要求HRC4-48，而后经气体氮化570℃7-10小时。实际生产中由于条件限制未能严格按此工艺执行。 1.2模具的失效情况 从生产中选出三套失效的压铸模具样品共 6 件，使用周期有几年时间的、也有几个月时间的，分别代表了该套模具失效部位和裂纹萌生源区。 2.压铸模失效原因分析 压铸模具失效主要有三种形式： ①热疲劳龟裂损坏失效；②碎裂失效；③溶蚀失效。 致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。 ①模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。为此，一方面压铸起始时模