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  压铸模具常见失效(一)  
 

1 压铸模具常见失效形式
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。
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。
    
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。 下图为压铸模具常见失效分析图。 
   
1)裂纹的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的冲蚀坑外,表面明显具有一定方向的划痕,划痕上分布有大小不等的铝合金块状物。由于正对浇口部位直接受金属液的冲刷,该部位具有明显的冲刷犁沟,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。裂纹内有大量的夹杂物,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的犁沟和热疲劳裂纹。
   由于高温液态金属的冲刷,模具型腔表面首先冲击坑及犁沟,模具的表面变得凸凹不平,造成局部应力远远大于名义应力,产生应力集中的现象,这些部位是裂纹产生的危险部位。另外,分布在模具型腔表面的夹杂物,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的弹性模量不同,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的热收缩,造成镶嵌应力,两者叠加的结果,在夹杂物周围产生很大的应力场。应力集中的结果使冲击坑、犁沟及夹杂物成为疲劳裂纹的诱发核心和扩展优取向。
2)残余应力分析
   压铸模具的残余应力较为复杂,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的热应力等原因产生。模具使用一定时间后,模具的表面的残余应力为压应力,裂纹前端无论是平行于裂纹扩展方向还是垂直于裂纹的扩展方向,都受压应力。型腔表面裂纹前端的残余应力大于裂纹沿深度方向裂纹前端的残余应力,模具的型腔表面温度变化大,产生的热应力的残余应力要大,而且模具投入使用之前的机械加工和热处理过程中模具表面产生的残余应力要大于模具内部。由于液态金属的冲刷,浇口所对部位的温度要高于一般部位,加上冲击力的作用,浇口所对部位的残余应力大于一般部位.残余应力范围90MPa-420MPa。
   模具型腔表面残余应力的存在对裂纹的扩展有一定的影响,残余应力场中的裂纹扩展研究表明,残余应力可以增加裂纹的闭合程度,减缓裂纹的扩展速率.模具型腔表面形成的残余应力的大小及压应力存在的深度对减弱模具热疲劳裂纹的萌生和扩展有一定益处。
   模具经过一定时间使用后,模具表面的残余应力为压应力,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。所以在模具的使用过程中隔一段时间要进行清洗和维修。

 

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