浅谈铝合金压铸模具失效的原因与寿命的关系

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【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具必须充分预热。另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。

②碎裂失效 在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。

③熔融失效 前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。

3.结论

目前在模具生产和使用部门, 存在着工艺的管理和技术要求比较混乱的现象, 应引起有关部门领导和技术工程人员的极大重视。对3Cr2W8压铸模具应控制热处理硬度HRC42-，48,回火充分析出弥散均匀的组织并经氮化处理, 以利于减少过早失效和延长使用寿命。

为防止模具早期失效，得到较高的模具寿命，采取以下方面的措施：①好结构设计；②选用好的材料；③良好的热处理工艺；④良好的表面处理技术。这些对延长模具寿命都是至关重要的。铸模是铝合金压铸加工中的重要工装，它在产品成本中占有较大的比率。生产实践证明：模具材料和材质以及最佳的热处理工艺是提高压铸模使用寿命的关键因素，占总因素的65％。同时，也要把握好模具设计、制造、科学管理、工作环境、使用维护和保养、新材料的开发研究等诸多因素，只有把这些影响因素看成是一个系统工程，各道工序严格把好关，才能使模具寿命达到最高值，从而降低成本，提高经济效益。

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