压铸模具失效形式和提高寿命的方法

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。

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.b5E2RGbCAP1.2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^anqFDPw1.3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.DXDiTa9E3d2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图.RTCrpUDGiT图3压铸模具常见失效分析方法2.1裂纹地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地冲蚀坑外，表面明显具有一定方向地划痕，划痕上分布有大小不等地铝合金块状物.由于正对浇口部位直接受金属液地冲刷，该部位具有明显地冲刷犁沟，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.裂纹内有大量地夹杂物，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地犁沟和热疲劳裂纹.5PCzVD7HxA 由于高温液态金属地冲刷，模具型腔表面首先冲击坑及犁沟，模具地表面变得凸凹不平，造成局部应力远远大于名义应力，产生应力集中地现象，这些部位是裂纹产生地危险部位•另外,分布在模具型腔表面地夹杂物，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地弹性模量不同，当热应力及机械力作用时，在其周围形成应力集中。

压铸模具的失效形式及提高其使用寿命的途径近年来压铸生产的迅速发展，为汽车、摩托车的大量零部件提供了一种经济、高效的生产方式。

如何提高压铸模的使用寿命，历来是人们所关心的问题。

压铸模寿命短不但增加产品的成本，而且严重影响生产，成为生产上急待解决的关键问题。

2 压铸压铸模的失效形式2.1 热疲劳裂纹热疲劳裂纹是压铸压铸模最常见的失效形式，占压铸模失效的60％~70％。

由于压铸过程中压铸模反复经受急冷、急热所造成的热应力，导致在压铸模型腔表面或内部热应力集中处逐渐产生微裂纹，其形貌多数呈现网状，又称龟裂，也有呈放射状。

这些在压铸模表面浅层中的微裂纹，一般可以修复掉，如果热疲劳裂纹深入基体内部，修模会导致压铸模尺寸超差，或者由于压铸过程中循环次数的增加，热应力使热疲劳裂纹继续扩展成宏观裂纹，从而导致压铸模的失效。

热疲劳裂纹是热循环应力、拉伸应力和塑性应变共同作用而产生的。

塑性应变促进裂纹的形成，拉伸应力促进裂纹的扩展与延伸。

因此降低温度循环幅、增加压铸模材料强韧性、形成表面压应力，均可推迟或延缓热疲劳裂纹的形成及扩展，从微观分析，热疲劳裂纹往往在晶界碳化物、夹杂物集中区萌生，因此钢质洁净、显微组织均匀的优质热作模具钢有较高的热疲劳抗力。

2.2 整体脆性开裂整体脆性开裂是由于偶然的机械过载或热过载而导致压铸模灾难性断裂。

材料断裂时所达到的应力值一般都远低于材料的理论强度，由于微裂纹的存在，受力后将引起应力集中，使裂纹尖端处的应力比平均应力高得多。

压铸模脆性开裂引起的原因很多，诸如压铸操作失常引起的机械过载、热冲击，压铸模设计不合理产生应力集中等等。

材料的塑韧性是与此现象相对应的最重要的力学性能。

模具钢中夹杂物的减少，韧性将明显提高。

在实际生产中，整体脆断的情况较少发生。

2.3 溶蚀或冲蚀熔融的金属液以高压、高速进入型腔，对压铸模成形零件的表面产生激烈的冲击和冲刷，造成型腔表面的机械冲蚀，高温使压铸模硬度下降，导致型腔软化，产生塑性变形和早期磨损。

提高压铸模具寿命—细节决定成败一胜百模具技术（宁波）有限公司薛慧庆提高压铸模具的寿命，是压铸行业一直的追求。

产品生产者通常要求模具生产者提供寿命保证。

模具生产商通常把模具寿命保证的希望寄托在模具材料上，希望优质的模具材料能解决一切问题！优质的模具材料能解决一切问题吗？答案显然不那么肯定！只有系统地考虑模具设计、制造、服役、维护等各个方面的问题，遵循科学规律，才能真正在保障压铸产品质量的前提下，尽可能地提高压铸模具的寿命。

模具设计通常在模具设计阶段，建议注意以下几点：1：选择合适的R角。

R角开裂在压铸模具早期失效中经常发生，实验证明R角小于1mm时，材料的抗开裂的能力下降（图1），通常在压铸模具中有机械应力和热应力存在，热应力和温度变化和模具使用温度相关。

因此，参考各类模具的使用温度，一般建议锌压铸R角>0.5mm，铝压铸R角>1.0mm，铜压铸R角>1.5mm。

图1 冲击韧性和R角的关系（H13材料，硬度46-47HRC）2：要绝对保证模具的强度和刚度，防止模具使用过程中变形，降低模具寿命，因此，模壁要留有足够的厚度，通常建议：型腔到外表面的距离>50mm；型腔深度与模具厚度的比<1:3；浇口与型腔壁距离>50。

另外，优化模架结构，也非常重要。

在各个设计规范中对模架的设计都有表述，需要提到一点，对于长寿命模具，使用预硬钢(如ASTM 4140、4340(对应GB 42CrMo、40CrNiMoA)，ASSAB 718 )能有效提高模架的抗压塌性能。

3：采用镶件，对于易损坏或强度较少的部分分开成为下镶块，并且对于长寿模具建议推杆孔采用镶套。

4：浇口要远离型腔壁，型芯，镶块。

5：要在型腔面和冷却水道之间留有足够的距离，较短的距离会加大由于温度剧烈变化导致的热应力，过大的距离则没有冷却效果(参见图二)。

水孔壁离型腔一般建议为25mm，浇口处为28mm；角部型腔面距冷却水道的距离>50mm。

提高铝合金压铸模具寿命的措施李超【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】2页(P56-57)【作者】李超【作者单位】无锡技师学院,江苏214026【正文语种】中文随着汽车工业和通讯业的飞速发展，铝合金铸件的应用也越来越广，毫无疑问压铸模具在其中担任重要的角色。

目前我国的铝合金压铸模具寿命与国外相比相差较大，延长模具寿命对于铝合金压铸行业的发展具有重要的意义，也是压铸同仁们梦寐以求之事。

铝合金压铸模具使用状态是冷热交替进行，即热的液态铝合金铸入模具型腔，凝固冷却、出模，喷涂室温下脱模剂溶液于型腔表面。

模具承受巨大的应力作用，模具镶嵌件极易产生失效破坏，如裂开、表面龟裂、冲蚀等。

下面就从三个方面浅谈如何提高铝合金压铸模具的寿命。

1.合理的模具设计压铸件产品已知，合理的模具设计是延长模具寿命重要前提，在模具设计时要考虑以下几点：（1）模具壁厚要合理合理的壁厚，保证模具镶嵌件和套板有足够的强度和热平衡性。

（2）内浇口位置尽可能避开产品的公差小的尺寸部位热量易集中在内浇口处，且压铸过程液态铝合金充型速度较高，一般为30～100m/s，镶件在内浇口处易开裂、变形和冲蚀。

（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。

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2344 supper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。

提高小家电压铸模具使用寿命的措施摘要：热疲劳失效为小家电压铸模具主要失效模式。

针对失效机理，从模具选材、毛坯锻造和热处理规范等方面采取常规改进措施，同时选用离子渗氮等表面强化工艺，并建立了合理的模具使用维护规范。

综合运用上述措施，明显地提高了压铸模具的使用寿命，取得了良好的效果。

关键词：小家电；压铸模具；失效机理；热处理；表面处理小家电产量大，零配件的种类和数量较多，压铸生产以其较高的生产效率和成型质量成为小家电产业配件的首选生产工艺。

但与国际先进的压铸生产相比，压铸模具的寿命偏低使得生产成本较高【1】。

因此，为提高企业效益，就要寻求提高压铸模具使用寿命的措施。

应用于小家电的压铸模的失效形式，根据生产统计的结果，其失效形式主要是热疲劳（龟裂）。

虽然有时也发生开裂失效，但主要出现在部分大型压铸模具上，所占比例很低【2】。

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。

铝合金压铸模用的材料，要求具有高的高温强度、回火抗力和热疲劳抗力。

实践证明，采用含铬5%的铬系钢比含钨9%的钨系钢有更好的应用效果，其代表性钢种为4Cr5MoSiV1，即常用的H13。

研究者优先选用瑞典8407，可提高模具的热疲劳性能，使模具寿命从大约6万模次上升到7万模次左右。

采用先进的毛坯锻造工艺有两个目的，一是使碳化物分布均匀，二是形成合理的流线分布，以提高钢材的耐磨性和各向同性以及抗咬合能力。

笔者研究所采用的H13钢热处理包括预处理、淬火和两次回火的工艺，该热处理工艺比较适合公司产品的压铸模具，能够满足H13钢在高温下的机械性能要求，能明显改善材料的综合机械性能。

采用表面强化工艺提高模具表层的强度、耐磨性及耐蚀性，由此提高模具的使用寿命。

离子渗氮法是在模具上应用较多和使用效果较好的一种表面强化方法。

渗氮层可有效提高模具的耐磨性和疲劳强度，并改善零件的耐介质腐蚀能力。

笔者采用了二次渗氮工艺。

这种工艺可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层，同时使模具表面存在很厚的残余压应力层，确定了渗氮层的较佳厚度为0.2mm左右。

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。

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。