铝合金压铸模具失效原因与寿命关系论文

铝合金压铸模具失效分析及寿命提高措施摘要：各类工业技术的高速发展带动着压铸技术得到了相对广泛的应用，其中最具有代表性的便是铝合金压铸模具。

而从具体工作展开与推进上来看，铝合金压铸模具会受到材料、压铸方式以及外界因素的综合影响，出现压铸失效的情况造成材料的过度浪费。

由此，要对铝合金压铸模具失效的情况进行分析，寻找提高使用寿命的各类方式。

关键词：铝合金；压铸技术；模具；使用寿命引言压铸技术自诞生以来，常常被用在高强度、公差小且精准度高的各类合金生产当中，其中又以铝合金压铸最具代表性，在汽车制造行业有着较广的应用范围。

在近几年间，社会对铝合金压铸模具的整体需求量呈现出逐步上涨的趋势，对铝合金压铸成效的要求也相对较高，需要相关工作者明确生产当中可能会出现模具失效各类情况，延长模具本身的使用寿命，带动国内铝合金压铸技术的全面发展。

一、铝合金压铸模具的常见失效形式（一）热裂在对金属类材料展开现代化的加工时，往往需要对金属材料采取高温加工的方式，提高金属材料可塑性的同时，优化后期压铸成效。

在高温加工当中，热裂属于一类相对常见的问题，也是压铸模具技术在应用当中出现概率最高的失效情况。

从各项数据上来看，超过八成的压铸模具失效，都是受到模具钢在应用当中出现热疲劳抗力下降以及高温环境下稳定能力较弱而诱发的。

金属类材料基本都存在有疲劳度极限，而模具钢在应用过程中会长时间处在高温环境下，进而在热疲劳上会出现逐步下降的情况，持续高温软化与冷却工作，会是的金属材料在这一过程中慢慢丧失优质的变形抗力，此时金属材料的应变力会持续上升到金属疲劳度的峰值。

铝合金压铸模具在生产当中所受到的热应力会呈现出周期性的变化，而材料表面此时也会因外力作用而出现塑性压应变以及弹性拉应变，随着变形次数的增加，材料表面的氧化膜会出现破损问题，以此来释放剩余的应力。

如果所释放的剩余应力已经超过材料本身的承受能力，则会在模具材料上出现热裂问题。

需要注意的是，热裂纹在形成方面，往往会集中在模具的型腔位置以及热应力相对集中的位置，在出现热裂现象后，模具所受到的应力会表现出二次分布的情况，使得热裂范围逐步增加。

2.4变形失效
模具型腔或其它部位在使用中产生变形，使得工件表面质量下降或影响压铸正常进行的现象称为变形失效。变形失效又可分为损伤性变形失效和非损伤性变形失效。最常见的损伤性变形失效是模具工作时因粘有工件留下的毛刺、微粒等，在模具表面造成压痕、塌陷，或者由于设计不当，型腔局部温度过高而软化等。非损伤性变形多发生在长效模具上，且尤以发生于模架者为多。可见，模架的组织稳定处理、中间去应力回火等均应受到充分重视。
[2]铝合金压铸模具龟裂失效分析[J].赵建伟.??中国金属通报.?2020（01）
[3]浅谈压铸模结构对铸件质量及模具寿命的影响[J].吴燕华,王宏霞,朱芬芳.??模具制造.?2015（07）
[4]我国中高档压铸模的发展成为产业突破重点[J]. ??模具工业.?2012（10）
[5]浅谈如何提高低压铸模寿命[J].安琳,张响.??铸造技术.?2007（10）
（3）冷却水道与镶件型腔有足够的距离目前大多数模具采用水冷却，目的是保持模具有良好的热平衡性，避免局部受热不均。
3.2模具材料与模具制造
模具材料与模具制造是保证模具有较长的寿命关键之一。模具型腔承受巨大的交变应力作用，要求镶件材料在高温下有好的热韧性，才能经受得冷热交替作用。
(1)模具材料
模具套板多采用45钢且调质处理。镶件的材料要求较高，产品产量小于3万套，镶件可选用一般国产H13或是3Cr2W8V即可，比较经济；产量在3万~7万套，可选用日本牌号SKD61，DH31-S，价格中等；对于产量高于7万套，最好选用品质较高的热模钢，如瑞典一胜百8407，DIEVAR和德国葛利兹2344supper等。当然上面谈到压铸模数也不是绝对的，在同等的模具和压铸工艺条件下，如大型、结构复杂的模具寿命自然会低很多，小型结构简单的模具寿命自然会高很多。

探讨提高压铸模具寿命的具体措施探讨提高压铸模具寿命的具体措施（一）在这里谈谈压铸模失效的形式和原因，从模具材料、热处理、设计、制造加工，从压铸工艺、生产操作、模具使用维护等多方面，探讨影响模具寿命的因素和具体的对策措施。

致使压铸模失效的主要形式是：①热胀冷缩的交变应力，长期频繁的反复循环，在模具表面出现热疲劳龟裂裂纹；②由于热应力及机械应力引起的模具整体开裂、破损；③在压射力和热应力的作用下，模具会在强度最薄弱处萌生裂纹，使型腔碎裂；④化学腐蚀、机械磨损、冲刷侵蚀、熔损侵蚀造成的模具侵蚀；⑤受到锁模、插芯压力和充填压力作用使模具产生的塑性变形。

这些模具失效缺陷出现的原因是复杂多样的，下边从实际应用方面探讨一些提高压铸模具寿命的具体措施。

探讨提高压铸模具寿命的具体措施（二）1. 选用压铸模具材料应注意的事项模具材料要具有良好的切削加工性，易于精加工；有高的热处理淬透性，使淬火后内部和表面的组织和性能均匀，且尺寸变形小；持久的耐高温塑性和耐热疲劳强度，使模具不会过早的出现龟裂；高的高温强度、硬度和高温耐磨损性能，热膨胀系数小，保证模具使用过程中尺寸的稳定性；高的抗液态压铸合金化学侵蚀和机械冲蚀的能力，防止模具粘模和熔损缺肉；具有高的高温耐氧化性，常温耐腐蚀性，不容易发生锈蚀的现象。

为提高冲击韧度，目前常用的H13钢的化学成分纯净度要求：优级钢含硫量要小于0.005%；超级H13钢要求含硫小于0.003%，和含磷小于0.015%。

钢的晶界无共晶碳化物夹杂，大块状的共晶碳化物和杂质强度极小，不能抵抗热疲劳，降低了钢材的延展性，是龟裂发生的起源点。

要使用电渣重熔炉的精炼钢,它不仅纯净度高，还具有组织致密，优良的热疲劳抗力，抗热裂性好,优良的韧性及延展性,优良的抛光性,较好的异向等同性能。

钢材的均一性要求材料的组织要均匀,钢胚具备任意方向机械性能同性,不要有纵、横、深方向的性能差异。

正确选用模具材料，采用高强度合金材料可以提高模具使用寿命。

SWPH13、FS448、FS438、DCK、PH13、PH11 等。国外
压铸速度是压铸工艺中一个重要参数，压铸速度
有压射速度（Vp）和充填速度（Vg）两个不同的概念。压
射速度是指压室内压射冲头的推进速度，充填速度是
指的内浇口处液态合金的流动速度，
又称内浇口速度。
由质量守恒原理即得
瑞典 奥地利 法国
压射速度、
模具温度场、
电火花
加工、
表面处理、
后期保养等方面分析影响模具寿命的主要因素，
找出提高模具寿命的方法。
关键词：
模具寿命；铝合金压铸模；因素
中图分类号：TG249；TG162
DOI：
10.12147/ki.1671-3508.2023.06.012
文献标识码：
B
Several Mail Factors Affecting the Die Life
材料几乎被国外品牌所占有。模具材料的合理选择
《模具制造》2023 年第 6 期
对不同壁厚的压铸件需选择合适的充填速度如表 6 所
示，对于厚壁或内部质量要求高的压铸件，应选择较
低充填速度；对于薄壁或表面质量要求高的压铸件，
应选择较高的充填速度。冲头速度的选择一般在 2~
5m/s 之间，冲头面积与内浇口的面积 10 ∶ 1 以上是比
for decades, around the main failure modes of die casting production process, the factors influencing
die life are analyzed from the aspects of die material and evaluation of product digital simulation and

基于铝压铸模具的寿命影响因素分析研究摘要：铝压铸模是社会当前阶段应用较为广泛的模具，经过对模具实行相关的选材、设计、制造与使用等各个具体方面的分析，发现出能够影响铝压模具使用寿命的主要原因，能够有效地延长铝压铸模具的实际使用寿命。

关键词：铝压铸模具寿命影响因素1引言铝压铸模是社会当前阶段应用较为广泛的模具，因为生产周期长、投资高与制造精度高等，所以其造价相对较高，对于铝压模具的使用寿命有较高的要求[1]。

然而因为材料、机械加工与使用等一系列各种实质因素的影响，经常导致模具过早失效从而发生报废现象，导致极大的浪费后果。

经过对模具的选材、设计、制造与使用等各个方面进行分析影响铝压模具使用寿命的主要因素与相关的注意事项。

2铝压铸模具的材料分析模具材料对于模具寿命的作用体现于模具材料的选取是否合适，材质是否合理与使用是否正确这三个具体方面。

当进行开模顶件的过程时，型腔表面上会承受着较大的压应力。

发生数千次的压铸之后，模具表面将会出现龟裂等各种缺陷。

当前阶段铝压铸模具材料为h13 钢，对应于国内牌号为4gr5mov1si，成为应用较为广泛的模具材料，这属于冷热疲劳抗力、断裂韧性与热稳定性高的热作模具钢[2]。

3铝压铸模具的寿命影响因素⑴结构设计在模具设计手册中有分析到铝压铸模设计的相关注意事项，应当强调的为模具结构设计需要尽量防止尖锐的圆角与过大的截面变化。

尖锐的圆角导致的应力集中能够达到平均应力的10倍。

同时需要注意因为结构设计不合理导致后续热处理发生变形开裂现象，为了能够防止热处理变形和开裂现象，截面尺寸应当保证均匀形状与对称简单的标准，盲孔尽量形成通孔的状况，在必要的情况下能够开工艺孔。

⑵机加工不合适的机加工容易导致应力集中，当光洁度不足与机加工缺乏完全均匀地消除轧制锻造所构成的脱碳层，都可能会使得材料的发生早期失效。

同时在加工模具的具体过程中，较厚的模板不可以使用叠加的方法来保证其相应的厚度。

在加工冷却水道过程中，两面加工过程中应当注重保持同心度。

压铸模具失效形式以及如何提高寿命压铸模具是压铸生产中最重要的零部件之一，它承担着压铸工艺中的成型和冷却功能，是压铸产品质量和产量的关键因素之一。

然而，由于压铸模具在工作过程中受到高温高压的影响，加之工作频次高，很容易出现失效现象。

本文将探讨常见的压铸模具失效形式以及如何提高其寿命。

一、压铸模具失效形式1. 疲劳失效。

由于模具在压铸生产中的高频使用，反复受力反复工作，易产生疲劳失效。

疲劳失效分为低应力疲劳和高应力疲劳，低应力疲劳主要表现为模具表面开裂、裂纹扩展；高应力疲劳主要表现为模具出现断裂现象。

2. 磨损失效。

在模具定向移动过程中，会磨损模具表面，削减模具尺寸精度，造成松动和失效。

磨损失效分为粘着磨损、磨粒磨损、抛光磨损等。

3. 腐蚀失效。

模具在高温高压下与铝合金反应，会导致腐蚀失效。

大量的铝合金氧化物和废气产生，这些氧化物会在模具表面附着、腐蚀，严重影响模具的使用寿命。

4. 热疲劳失效。

在模具与铝合金摩擦过程中，会产生大量的热量，造成热膨胀和收缩，导致热疲劳失效。

热疲劳失效不可逆，一旦发生，模具寿命会大幅缩短。

二、提高压铸模具寿命的方法1. 优化模具设计。

在模具设计阶段，可以采用耐热合金、表面渗碳处理等技术和材料，以提高模具的耐热性、耐腐蚀性和耐磨损性。

2. 加强模具维护。

定期对模具进行清洁和润滑，对磨损严重的模具进行翻新和更新，是提高压铸模具寿命的必要手段。

维护模具还可以准确的检测模具工作情况，及时调整和修复模具。

3. 优化压铸工艺。

优化压铸工艺，可以减少模具的应力和疲劳程度。

通过优化压铸工艺可以选择合适的铝合金材料和合理的工艺参数，具有重要的提高模具使用寿命和生产效率的作用。

4. 加强模具管理。

科学的模具管理，可以提高压铸模具的使用效率和寿命。

包括模具存储、模具抽检、模具保养四个方面。

结论：压铸模具是压铸产品质量的关键环节，模具失效会影响生产效率和生产成本，甚至还会产生质量问题。

因此，提高压铸模具的寿命是非常重要的。

度超 过 ５ ４ ０ ｏ Ｃ强 度 会 急 剧 下 降 ， 即 耐 热 温 度 为 ５ ４ ０℃ 。 也 有 文 献 报 导 Ｈ１ ３钢 的工 作 温 度 不 能 高于 ６ ０ ０ ｏ Ｃ［
收 稿 日期 ： ２ ０ １ １ — ０ １ 一 ｌ １
作 者简介 ： 薄鑫涛 （ １ ９ ４ １ 一 ） ， 男， 上 海人 ， 教授级 高级 工程师 ， 主要 从 事特殊钢 、 模 具钢 的热 处理技 术 开发 与研
提 高表 面硬度 。 （ ４ ） 热 处理 畸变 小 。 （ ５ ） 回火二 次硬 化效 果较 差 。
（ ３ ） 高温 下 不 易 氧 化 ， 能 抵 抗 液 态 金 属 的 粘 附
和腐 蚀 。
（ ６ ） 在较高温度下具有抗软化能力 ， 但 使 用 温
（ ４ ） 热 膨胀 系数 小 。 （ ５ ） 热 处理 畸 变小 ， 淬透 性好 。
Ｅｓ ｓ ｅ ｎｔ ｉ ａ ｌ Ｆａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｉ ｎ ｌｕｅ ｆ ｎ ｃ ｉ ｎｇ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｌｉ ｆ ｅ ｏ ｆ Ｄｉ ｅ － ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｄｉ ｅ ｏ ｆ ４ Ｃｒ ５ Ｍ ｏ Ｓ ｉ Ｖ１ Ｔｙ ｐｅ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ Ａｌ ｕｍ ｉ ｎ ｉ ｕｉ ｎ Ａｌ ｌ ｏ ｙ
摘
要： 铝合金压铸模普遍采用４ Ｃ ｒ ５ Ｍ ｏ Ｓ ｉ Ｖ １类钢制造。影响压铸模使 用寿命的 因素主要 有原材料质量和
制造工艺， 特 别是锻 造和 热 处理 工 艺。在 原材料 方 面 ， 优 化 钢 的成 分 、 提 高纯 净度 、 减 少偏 析 和 夹杂 物 以及 改善 碳化 物 分布 均 匀性 ； 在 制造 工 艺方 面 ， 充分锻 造 、 细化 组 织、 采 用合 理 的淬 火 回 火工 艺和

浅谈延长压铸模具寿命文/宁波辉旺铸模实业有限公司/曲道理压铸模具寿命是考量模具质量的重要指标，同时也是影响压铸企业经济效益的重要因素。

因此，提高压铸模具寿命，无论对于压铸模具使用企业的经济利益，还是减少资源浪费的社会效益，都是非常有利的。

对于压铸模具，特别是铝合金压铸模具，由于铝合金熔点较高，压射速度较快，压射压力大，模具寿命相对于注塑、低压铸造等模具要低很多，一般在四万至十几万模次。

因此，如何延长压铸模具寿命更值得我们研究、探讨。

一、影响压铸模具的因素从压铸模具的使用特性来看，模具损坏无法使用主要表现几点：一是模具老化，表面龟裂，影响外观，同时由于龟裂造成零件表面出模拉伤或铸件变形，造成模具无法使用；二是模具开裂，无法使用；三是模具故障频繁如滑块卡死，模具窜铝等造成模具无法使用，或勉强使用压铸效率极低。

而造成压铸模具损坏的主要原因是：压铸模具在使用中，一方面模具受铝液的高速冲击以及高压冲击，压射过程实际上是喷射过程，在压铸过程中一般内浇口速度达到30-70米/秒，而填充压力一般在400-900公斤/平方厘米，冲击的压力和速度都非常大；另一方面，铝液温度较高，压铸模具一直处于热涨冷缩的往复疲劳状态，模具型腔部分温度基本上一直在160度-350度来回变化，模具急冷急热，不停的热涨冷缩。

因此，模具损坏主要的是受冲击、受压、涨缩，造成疲劳，或变形、或表面龟裂、或整体开裂，造成模具损坏。

因此模具延寿应主要从减少冲击速度、压力，降低温度、减少涨缩以及提高抗疲劳强度、提高抗冲击等方面入手。

二、提高压铸模具寿命途径提高压铸模具寿命途径很多，应该主要从四个方面入手：一是模具材料，二是模具设计，三是模具制造，四是模具使用和维护。

（一）模具材料模具材料以及材料的热处理是影响模具寿命的主要因素，模具材料包括型腔材料和套板材料。

1.型腔材料型腔材料以及热处理是影响模具寿命的主要直接因素，前面讲到模具损坏在型腔上主要表现为两种形式，一是开裂，二是表面龟裂。

- 63 -工 业 技 术０　引言众所周知，目前的模具加工技术包括冲压模技术、塑料模技术及压铸模技术３类，而压铸模技术是后起之秀，在现代社会的发展中，其作用越来越突出。

随着工业化程度的不断提高，压铸技术在诸多领域得到了广泛应用，压铸零件更是遍布各个行业，例如在仪器仪表、汽车制造及电子设施设备中。

不同于切削及焊接工艺，压铸工艺在企业加工过程中有着较高的生产效率，这也大大提高了企业的经济利益，而这就要求提高模具的质量，保证模具的使用寿命。

因此，对铝合金压铸模具失效进行研究至关重要，这也是目前国内外为了促进模具技术发展而进行的一个热门研究课题。

通过对铝压铸模的加工及热处理工艺进行分析，以得到提高压铸模使用寿命的措施，这在具体的生产实践中具有深远的意义。

１　铝合金压铸模具失效背景铝合金压铸的加工工艺过程包括下料、锻造、球化退火、铣削加工、淬火、粗磨、精磨、电火花成形加工及研磨抛光。

采用H13钢材料，通过高温淬火以及回火处理，可以使H13钢材料的硬度达到46HRC 至49 HRC，这使得模具的耐磨性、抗疲劳性以及耐蚀性得到了很大程度的提高。

模具的预热温度一般设置在200℃，对铝合金进行浇筑的温度通常可以达到670℃，慢压射的距离设置为0.35 m，慢压射的速度设置为0.3 m/s，压射的距离设置为0.070 m，快压射的速度设置为3.0 m/s，经过反复使用模具达3 000次后，模具型腔表面会有裂纹产生，但数量不多，模具底部出现冲蚀情况，假如再多次使用，模具型腔表面的裂纹难免增多，导致模具外观质量受损。

图1（a）为某失效压铸模具的型芯结构图，图1（b）则展示了此失效压铸模具具体的型腔结构。

２　铝合金压铸模具失效原因分析以上对铝合金压铸模具失效背景进行了介绍，下面对其失效的成因做具体分析。

首先对该失效模具进行取样观察，获得了该失效模具裂纹处的金相组织图，该金相组织灰白条纹间隔分布，其中，灰色条纹区域主要成分为回火马氏体，而白色条纹区域主要成分为残留奥氏体，说明有一定量的碳化物析出，组织中的非金属物质含量较多。

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。

压铸模具的失效分析随着铝合金压铸模具技术的日趋成熟，锌、铝、镁合金压铸越来越广泛应用于汽车、摩托车、柴油机、电子设备、家用电器等工业及民用产品配件的生产。

然而，压铸模具的早期失效一直是困扰模具生产和使用者的普遍问题，那么，该如何提高模具的使用寿命呢？一、压铸模具的失效压铸模的使用时急热急冷，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℃。

在铝液注射时，型腔表面温度急剧上升，型腔表面承受极大的压应力。

开模顶件、喷涂脱模亮剂时，型腔表面温度急剧下降承受极大的拉应力。

由于交变温度影响模具型面压缩、拉伸的交变应力的反复作用从而使模具金属因热疲劳而产生龟裂缺陷。

开裂是由于模具的短时间的热应力或机械应力过载而引起的模具整体破损。

模具的侵蚀主要分为三种：1、腐蚀：金属熔液与铁互相扩散并形成金间化合物；2、冲蚀：金属熔液在型腔中流动时所产生的热机械磨损；3、粘著：金属熔液附着在模具型腔表面，顶出产品时带走型面表层金属。

而压陷是因为模具强度不足或金属碎屑附着在模具型面，受到锁模力作用使模具产生的塑性变形。

二、影响压铸模具使用寿命的因素1、钢材对模具寿命的影响因压铸模具恶劣的使用环境，所以要求模具钢材必须具有优良的淬透性、良好的抗高温强度、高的耐磨性、好的韧度、好的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。

●化学成分压铸模具钢的应用广泛和具有优良的特性主要由钢中的C、Cr、Mo、Si、V 等化学成分决定的。

当然钢中杂质元素必须降低，有资料表明,当Rm在1550MPa 时，材料含硫量由0.03%降到0.003%，会使200℃左右时的冲击韧度提高约1-2倍。

北美压铸学会（NADCA 207-2003）标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。

●退火状态均匀的球状珠光体无晶界碳化物●钢材的纯净度杂质是热龟裂发生的起源点杂质无强度，不能抵抗热疲劳、杂质降低钢材的延展性●钢材的均一性钢胚具备近似纵向（锻打延伸方向）、横向机械性质的力学差异各向同性。

铝压铸模的热疲劳失效及对策铝压铸模由于工作条件恶劣，受到很高的热应力和机械应力，因而寿命很短。

日本铝压铸模的平均寿命为11万次，我国只6万次左右。

造成铝压铸模失效的主要原因是热疲劳引起失效。

标签：铝压铸模;热疲劳;失效1 铝压铸模的工作条件与热疲劳压铸时的压射速度很高，压射压力也很高，因而模具表面受到很强的冲击负荷。

模具表面接触高温熔体，据测量模壁最高可达750℃。

资料表明，根据模具解剖、热稳定曲线和热疲劳试样剖面上的硬度变化估测模面表层温度为：浇口820～840℃;型腔圆角部780～870℃，型腔750℃。

在这种高温急热状态下，模具表面要产生压缩热应力。

每次压铸前要在模具内喷润滑剂，进行急冷，因而又在其表面产生拉应力。

这样就产生了交变热应力，在超过模面的屈服强度时就在其表面产生热疲劳微裂纹，接着念剧扩展，有的向心部扩展，形成龟裂纹。

这就将引起铸件拉伤及粘模，严重的会造成模具的早期开裂。

2 影响铝压铸模热疲劳寿命的因素由上述分析，热循环应力、拉应力和塑性应变结合在一起产生热疲劳裂纹。

如果这三个因素有一个不存在，热疲劳裂纹既不会产生也不会扩展。

材质、热处理条件及压铸模的工作环境是影响压铸模热疲劳寿命的主要因素。

此外，模具的结构设计及模具的使用也与其热疲劳寿命有关。

2.1 材质压铸模具材料质量的提高与改进对其热疲劳寿命的提高影响极大。

其中气体与杂质的含量高、成分偏析及碳化物的不均匀程度严重，都会降低模具的热疲劳寿命。

精炼钢热疲劳性能优于普炼钢。

用特殊精炼技术脱硫和减少杂质而获得的超纯度钢与原来的钢种的耐热疲劳对比，前者的热裂纹长度约为原来的1/2，而且随硬度的提高，其效果更明显。

对电渣重熔的YZ钢与未电渣重熔时3CrZWSV钢的热疲劳寿命进行了对比试验，发现前者优于后者。

对后者进行金相检验发现，碳化物带状偏析为3.5级，夹杂为1.5一2级。

模具剖面上可见裂纹沿碳化物偏析带扩展，转向，沿夹杂带产生次生裂纹。

基于铝压铸模具的失效形式分析研究摘要：对于铝压铸模具的若干种失效形式进行相应的对比分析，并且对于国内外常用的铝压铸模具材料做出相应的总结分析，关于铝压铸模具材料的应用趋势发展提出相应的观点与建议。

关键词：铝压铸模失效分析模具材料1引言延长铝压铸模具的使用寿命一直都是人们所必须关注的问题。

对铝压铸模具使用寿命有影响的因素有很多种，比如模具设计、模具材料、热处理状态、加工精度、表面处理与工作环境等各个具体方面，其中材料作为对模具寿命影响作用最主要的内在原因[1]。

对于铝压铸模具的失效形式实行具体分析，介绍了国内外范围常用的铝压铸模具材料，并且对于模具材料的实质性发展提出了合理的相关建议。

2铝压铸模具的失效形式2.1热裂热裂是铝压铸模具中最为常见的失效形式。

热裂纹一般构成于模具型腔表面位置或者内部热应力集中位置，如果裂纹产生后，应力将会实行重新分布，当裂纹构成到一定程度时，因为塑性应变会导致应力松弛使得裂纹发生停止扩展。

伴随着循环次数的相应增加，裂纹尖端附近位置会产生一部分小型空洞并且逐步产生微裂纹，和开始阶段产生的主裂纹发生合并，裂纹得以继续扩展，最后裂纹间则会相互连接产生网络状裂纹从而得到模具发生失效。

热裂一般是材料发生热应力疲劳从而产生，即材料处于热应力的作用状态下，因为经过受到反复或着脉动应变从而产生的一种连续的、局部的与永久的组织性质变化[2]。

2.2整体脆断整体脆断是因为偶然因素产生的机械过载或者热过载从而使得模具发生灾难性断裂。

材料的塑韧性是跟这种现象互相对应最主要的力学性能。

材料中会发生严重缺陷或者操作不当，则将会导致整体脆断现象的产生。

伴随着钢中夹杂物含量的降低，特别是S含量的下降，韧性则会得到明显的提高。

2.3侵蚀或冲刷因为机械与化学磨损综合的影响作用，熔融铝合金会以高速状态进到型腔，导致型腔表面发生机械磨蚀，同时金属铝和模具材料产生脆性的铁铝化合物，变为热裂纹新的萌生源。

另外如果铝填充至裂纹之中时，铝和裂纹壁将会形成机械作用，此种作用和热应力发生相应的叠加，增强了裂纹尖端的拉应力，从而促使裂纹扩展的速度。

影 响金 属 压 铸 模 具 使 用 寿命 的 因素 及 对 策
口 高雅楠
山东 ・ 聊城 ２ ５ ２ ０ ０ ０ ）
Ｉ
（ 山东省聊城 大学汽车学院
摘 要： 通过分析影响金属压 铸模具使用寿命 的诸多 因素 ， 总结 出一些对策 ， 在社会 实践 中对提高压铸模具使用 寿命 的实用技 术进 行探 讨。
家庭用车的需求越来越旺盛 ， 绿色、 节 能、 环 保 更 成 为 首选 。 ２ ． １模 具 的 影 响 模具设计的合理性：
作为汽车零部件重要组成部分 ， 压铸件 （ 材 质为铝合金 、 镁 合金）的应用也越来越广泛 。压铸模具是生产压铸件的重
（ １ ） 模具各零部件要有足 够的刚性和强度 ， 以承受锁模 力 要工艺装备 ， 压铸模 具的使用 寿命直接 影响压铸件 的成本 。 为 和金属充填时的涨模 力所产 生的变形。因此模具设计要求对 了满 足不断提高的使用性能要求， 为低压铸件 的成本 ， 增加综 各受力条件 下的安全 系数估计 充分，保 证模 具适应大批量生
压铸生产过程时间的影响主要表现在生产周期的变化由于受压铸工操作熟练程度技术水平高低的影响压铸各个时间段的控制不是均衡一致特别是新模具在首次调试过程中浇料压射冷却开模顶出等环节操作上时间的控制直接影响温度的变化个别时间出现首次试模即留件抱模或24人员的影响压铸作业环境差高温噪音粉尘有害气体油污劳动强度大压铸工人流动性较大
障等 ； 排 除 了 以 上 可 能性 ， 最后拆解液压泵 。
故 障现象 ： 不能直线行走 ， 跑偏， 中央 回转接头处漏油。
故障原因分析： 分 析行 走 液 压 系 统工 作 原 理 ， 可 能 的原 因 ：
随着科技的进步， 现代挖掘机 一般 都采用 了机． 电． 液一体 （ １ ） 先导阀故障； （ ２ ） 行 走 马达 故 障 ； （ ３ ） 平 衡 阀有 故障 ； （ ４ ） 行 化 控 制 模 式 ， 在排 除 一 些 液压 故 障 时 ，要有 一 个 全 局 的 思 想 ， 走 减 速 装 置有 故 障 ； （ ５ ） 行 走 溢 流 阀 有 故障 ； （ ６ ） 中央 回转 接 头 密 综 合 考 虑 出 现 的 某 一 故 障 现 象 的 原 因 ， 采用望 闻问切的手段 ，

压铸模的生产周期长、制造精度高、投资大，所以它的造价也高，因此模具需要具有较高的使用寿命。

但是，由于机械加工、材料等一系列的内外因素的影响，导致模具过早的失去作用，造成了很大的浪费。

拐角处开裂、热裂纹、磨损、尖角等，造成这些失效的原因主要是材料的自身存在缺陷、加工、使用、维修的问题。

热处理热处理的正确与否直接关系到模具使用寿命。

由于热处理过程及工艺规程不正确，引起模具变形、开裂而报废以及热处理的残余应力导致模具在使用中失效的约占模具失效比重的一半左右。

压铸模型腔均由优质合金钢制成，这些材料价格较高，再加上加工费用，成本是较高的。

如果由于热处理不当或热处理质量不高，导致报废或寿命达不到设计要求，经济损失世大。

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。

以铝合金压铸模具为例，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。

由此可见，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3Cr2W8VT_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。

压铸模具失效形式以及如何提高寿命摘要:本文结合工厂的压铸模具的实际失效情形，总结分析了压铸模的要紧失效形式,系统地提出了分析压铸模具失效的方法和手段。

从工程有用的角度提出了幸免早期失效、提高模具寿命的方法。

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，一样不需要机械加工或稍经加工便可使用，适合批量生产。

然而在使用过程中，由于各种缘故压铸模容易失效。

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形分析了压铸模具的失效形式和失效机理。

].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，裂纹进展到一定长度时,由于塑性应变而产生应力放松使裂纹停止扩展。

随着循环次数的增加，裂纹尖端邻近显现一些小孔洞并逐步形成微裂纹,与开始形成的主裂纹合并，裂纹连续扩展，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。

材料中有严峻 缺陷或操作不当,会引起整体脆断，如图2所示。

1. 3腐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 壁产生气械作用，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固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缘故以及模具失效的内部机理。

由 于压铸模具失效的缘故比较复杂，要从模具的设计、材料选择、工作 状态等专门多方面来进行分析。

图3为压铸模具常见失效分析图。

Hl 模具热裂失效 图2模具整体断裂图3压铸模具常见失效分析方法2.1裂纹的表面形状及裂纹扩展形貌分析失效模具型腔表面要紧是冲蚀坑，大小比较平均，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。

６ 工作 条件与挤压工艺
要按照制定 的挤压 操作规程来挤压产 品；挤 压工艺参数 ，如挤压 力 ，挤压温度 、挤压速度 等要进行优化 ，严格控 制挤压设备 中心 。改 善恶劣的挤压环境 ，以减轻工模具 的工作 负荷 ，若出现质量事故 ，应 及时分析事故原 因和模 具失效原 因，采取有效措施 提高模具的使用寿
２ 模具 的失效
挤压工模具 质量的好坏 ，特别是使用 寿命 的高低 ，很大程度上 取 决于材料 的选用 和热处理。据统计 ，因材料和模 具热处理 问题造成 的 失效 占整个失效 的 ６ ０ ％左右 。 裂纹 、磨 损、塑 性变形是铝合金挤压 模具失效的主要原 因 ，而裂 纹造成模具失效 的危害相 比其他两种要大 的多 。 ２ ． １ 裂纹 无论是空心还是实心型材模具 ， 在模子模孔的角部都会产生裂纹 ， 并会沿着 径向扩展 ，裂纹扩展到一定 的程度 ，将严重 削弱模 具的承载 能力而 引起 断裂。造成模具产生裂纹 有模具设计 、模具材料 、加工工 艺等诸多 因素 ，如 图 １ 。
５ 提 高模具 的热处理质 量与表面处理
挤压 工模 具质量的好坏 ，使用 寿命的长短 ，热处理 的质 量起很大 的作用 。近年 来 ，为了不断提 高模 具的质量、寿命 ，广泛采用 先进的 真 空炉加 热技术 ，其优点是 ：模具 受热均匀 ，热处理变形只是 常规热 处理变 形的 １ ／ ５ － １ ／ ３ ，抑制了表面氧 化脱碳程度 ，模具表面清 洁 ，提 高 了耐磨性和抗疲劳强度 。 模具 因为在加工过程 中会 产生加工缺陷 ，我们一般 通过 热处理来 消 除，是模 具寿命大大增加 ，比如在尖角、拐点等处会产生 过高应力 或裂纹 ，必须要经过 热处理来保护 。 ２ ． ３ 变 形 模 具要在使用前进行表面 氮化 处理 ，使表面达到足 够的硬度、耐 图 １ 模 具在 使用 中 如果 出现 磨 性、抗黏附性 、耐疲劳性 及抗腐蚀性等 ，而且 能减 少工模 具的模孔 型 材中心与模具 中心偏心 、模孔达不到垂直度或 平行度要求 ，使挤压 磨 损而模具 的心 部仍保持足 够的韧性。 出来的制 品出现尺寸或形状 发生变化等现象 ，就是变形失效。 旦 模具 本 身 的工作 带 光 洁度 达不 到要 求 ，加之 铝 料 在高 温 高压 下经 过模 孔 ， 产 生摩 擦 ，就会 产 生磨 损 ， 它产生 的模 具失 效 形式主 要 是 压坑 、麻 面、擦 伤 和尺 寸 超差等 。