关 键 词：

机械 电风扇 外罩 螺母 注射 设计 cad 图纸

资源描述：

机械电风扇外罩锁紧螺母的注射模设计带CAD图纸,机械,电风扇,外罩,螺母,注射,设计,cad,图纸

内容简介：

南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:赵浩冉学 号：05010149系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:电风扇外罩锁紧螺母的注射模设计指导教师:殷劲松工程师 材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名殷劲松专业技术职 务工程师课题名称电风扇外罩锁紧螺母的注射模设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介塑料件在各行各业及日常生活中使用越来越多，塑料模具的设计制造的社会需求日益增长，要求也越来越高，同时社会对具有三维CAD设计能力的人才需求也日益增长。电风扇外罩锁紧螺母形状不太复杂，模具具有脱螺纹机构，通过此注射模设计，对学生进行模具设计、工艺设计的基本技能训练与培养，使学生基本掌握利用三维CAD软件进行工程设计的方法，培养学生应用所学知识进行工程设计的能力，适应社会需求。课题应完成的任务和对学生的要求1测绘塑件图纸。要求实测实物尺寸，合理确定零件精度，利用三维CAD软件进行实体造型，生成工程图纸；2完成塑件注射模方案设计和设计计算；3全部模具零件图、装配图纸设计。要求所有成型零件完成三维实体造型后生成工程图；4模具制造工艺设计。要求完成各类零件工艺设计；5编写设计说明书。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 赵浩冉 同学选定，学号： 05010149 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”；3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系 部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：赵浩冉学 号：05010149设计(论文)题目：电风扇外罩锁紧螺母的注射模设计起 迄 日 期:2009年3月9日 2008年6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:殷劲松专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年2月26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：塑料件在各行业及日常生活广泛使用，塑料模具的设计制造的社会需求也日益增长，而且要求越来越高。通过对吹风机头的注射模设计，培养学生检索资料，综合应用所学知识，并根据工程实际的要求解决工程实际问题的方法与能力，训练学生模具设计制造的基本技能和模具CAD设计能力，提高独立工作的能力，适应社会需求。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本课题的任务内容是要求设计带自动脱螺纹机构的注射模，以此为基础，完成模具制造的工艺设计。课题工作量较大，难度适中。具体内容包括：（1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（2）根据模具结构要求进行塑件设计；（3）模具总体方案论证（至少设计3个方案）；（4）模具装配图及全部零件图；（5）模具制造工艺；（6）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。对模具的要求：（1）顺序开模（2）动力利用开模动作（3）自动脱凝料（4）一模二件毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：（1）开题报告、文献综述、资料翻译；（2）模具总体方案图（至少3个）；（3）模具装配图及全部零件图；（4）模具制造工艺文件；（5）毕业设计说明书。 4主要参考文献：1 成都科技大学等.塑料成型模具M.北京：中国轻工业出版社，1982. 2 西德H.盖斯特罗编著,王文展译.注射模设计102例M. 北京：国防工业出版社，1990. 3 日叶屋臣一等,许鹤峰等译.注射模具设计和应用M. 北京：轻工业出版社，1989. 4 成都科技大学.塑料成型工艺学M. 北京：轻工业出版社，1989. 5塑料模具设计手册编写组. 塑料模具设计手册S. 北京：机械工业出版社,1982. 6机械设计手册联合编写组. 机械设计手册S. 第2版，北京：机械工业出版社,1987. 7 成都科技大学，北京化工学院，天津轻工业学院合编.塑料成型模具M.北京：中国轻工业出版社，1982. 8 胡石玉.模具制造技术M.南京：东南大学出版社，1997. 9 骆志斌.模具工手册M.南京：江苏科学技术出版社，2000. 10 林清安.Pro/ENGINEER零件设计（基础篇上、下）M.北京：北京大学出版社，2000.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年3月09日 3 月30 日3月31日 4 月07 日4月08日 4 月15 日4月16日 4 月23 日4月24日 5 月15日5月16日 5月23日5月24日 6 月07日6月07日 6 月10日6月11日 6月14日接受毕业设计任务，熟悉毕业设计要求。查阅资料，完成外文资料翻译工作撰写开题报告及文献综述按照模具结构要求进行塑件设计，进行模具初步方案考虑。模具总体方案论证：画出模具总体方案图（至少3个），优选一种（应有文字说明）。同时熟悉CAD软件。模具装配图和全部零件图制定模具制造工艺文件文档整理、撰写毕业设计说明书。提交毕业设计成果准备论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日学院（系）意见：院（系）领导： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：赵浩冉学 号：05010149专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：电风扇外罩锁紧螺母的注射模设计指 导 教 师:殷劲松 2009年 3 月 22 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告文 献 综 述摘要 中国塑料模具无论是在数量上、还是质量上，技术和能力等方面都有了很大的进步。本文介绍分析了我国塑料模具行业的现状与存在的问题，探讨了塑料模具行业发展趋向。关键词 现状 标准化 大型化 精密化 1 我国塑料模具行业的现状与存在的问题加入WTO，经济的全球化使企业之间的竞争由过去的局部竞争演变成全球范围的竞争，同行业之间，跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈。为了适应快速变化的市场需求，企业必须以最快的速度、最好的质量、最低的成本、最优的服务，来满足不同用户的需求，而模具制造业的竞争更是如此1。中国塑料模具无论是在数量上、还是质量上，技术和能力等方面都有了很大的进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比差距仍很大。其存在的主要问题有2：11 发展不平衡与国外先进水平相比, 我国塑料模具行业发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。12 工艺装备落后与国外先进水平相比, 我国塑料模具行业工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是我们的企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。13 企业开发能力弱与国外先进水平相比, 我国塑料模具行业大多数企业创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高,另一方面是科研开发投入少，更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新3。2 我国塑料模具行业的发展方向21 我国塑料模具行业发展日趋标准化高质量、低成本、短周期是市场对模具生产的要求。传统的模具生产方式依赖于人的经验，且是典型的单件生产，生产成本高、周期长、质量得不到保证。标准化是组织现代化生产的重要手段，也是模具生产现代化的必由之路。由于我国的标准化工作起步晚，注射模标准件应用的比例还不高，因此与先进国家的模具制造相比还有很大的差距。另外，在建立注射模标准件库方法上还有一定的局限性，现行方法建库数据量很大，需花费很长的时间及精力，也影响到标准件的索引效率。实施模具标准化有助于稳定提高模具设计质量和保证在制造中必须达到的质量规范，使产品零件的不合格率减少到最低程度;并可提高专业化协作生产水平、缩短模具生产周期提高模具制造质量。模具标准件和标准模具由专业厂大批量生产和供应;可使模具工作者摆脱大量重复的一般性设计，将主要精力用来解决模具关键技术问题、进行创造性劳动，同时，它也是实现模具CAD/ CAM 技术的基础;有利于模具技术的国际交流和模具出口外销4。模具设计是模具生产的关键环节，其工作直接影响后续的模具加工、装配过程。因此，模具标准化的关键在于模具设计的标准化。目前，相关组织与机构已制定了了注射模具的国际标准、国家标准、行业标准，企业在标准化体系构建过程中必须考虑遵照国际标准、国家标准、行业标准的优先顺序，根据企业的实际情况建立企业标准，在必要的情况下还必须引入其他企业的标准。只有这样，企业才能在市场特别是国际市场竞争中满足不同客户的需要。同时，注射模的设计生产经验性很强，企业在长期的发展过程中积累了丰富的经验，企业在实施标准化的过程中如何将这些成功的经验转化为设计标准，从而将这些经验保留下来并最大程度地加以利用是一件非常有意义的工作。注射模具企业大都具有面向某行业的专业特征，如专业提供汽车内饰件、保险杠等注射模的生产，专业提供冰箱、空调等家电产品的注射模生产。这些企业在长期的专业化生产中积累了大量丰富的面向行业的注射模设计经验。但他们还是在不断地做重复性的工作，对于结构类似的产品，注射模设计工程师都会从头至尾重新设计，花费了大量的时间和精力。这是因为企业没有对以往的注射模设计进行分类、总结，没有做好标准化工作。如做好此项工作，就可使设计规范化并使设计人员摆脱大量的重复性劳动而专心于创造性劳动，解决注射模设计中的关键技术问题。可见，对典型注射模进行分类、总结并使之标准化对企业生产具有重要的意义。标准化的注射模典型结构应是经实践证明的，它包括:模架结构、浇注系统结构、冷却系统结构、顶出系统结构。另外，为消除制品成形缺陷的产品工艺性处理原则也是典型结构标准化的重要内容。注射模典型结构的标准化仍依赖于人的经验，如何利用先进的注射模设计技术 CAE、专家系统等探索一条行之有效的注射模结构标准化道路也是急需解决的一个重要问题。总之，注射模标准化是一个长期的过程，需在实践中不断改进、提高，这是提高模具企业技术水平的必由之路5-8。22 我国塑料模具行业发展日趋大型化目前,我国塑料模具行业日趋大型化，而且模具加工精度将越来越高。专家认为，我国塑料模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能模具生产的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成型模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期今后在不同领域将得到发展和应用。23 我国塑料模具行业发展日趋智能化目前CAD/CAM技术已广泛用于模具设计与制造，产品的整体造型、塑料零件设计、装配及零件的缩水处理、分型面的产生、浇口及浇道的设计、注射模拟、模具分型、模架的选择与绘制、加工路径的产生及其模拟、加工程序的编制、数控机床加工过程的控制等都能通过计算机完成。CAD/CAM技术主要应用在数控铣削加工、线切割加工、电火花加工、数控车削加工等方面,尤其在复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工中起着极为重要的作用9-11。24 我国塑料模具行业发展日趋精密化随着电子、电信、医疗、汽车等行业的迅速发展，对塑件的精度、性能要求也越来越高，精密注射成型要求塑件不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形，而且还要有优异的光学性能。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技术水平，生产出高精度的塑件，创造高附加值的产品，模具设计是重要环节12-14。放眼未来，中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国迈进15 。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。参 考 文 献1 李光耀. 浅谈现代塑料模具的设计与制造J. 橡塑技术与装备, 2006.2 屈伟平. 我国模具制造业发展现状、存在的问题及对策J. 模具技术, 2006-5：59 -63.3 周永态. 国际视野下的中国塑料模具业J. 名家讲谈, 2007: 25-5.4 彭智, 周勇. CAD/CAE技术在模具概念设计中的应用J. 上海: 2004.5 黄志高, 李庆, 周华民, 蔡考群, 李德群. 注射模设计标准化研究J. 电加工与模具, 2008：1. 6 李德群, 唐志玉. 中国模具设计大典: 第二卷, 轻工模具设计M. 南昌: 江西科学技术出版社, 2003.7 吴公明. 推广模具标准化技术J. 模具技术, 2002-6: 57-61.8 李容, 黄万蓉. 工模具设计制造技术及其发展J. 东方电机, 2008: 3-4.9 罗正斌. 智能CAD集成技术在塑料模具中的应用J. 工具技术, 2006: 40-5.10 刘文剑, 常伟, 金天国等. CAD/CAM集成技术J. 哈尔滨工业大学出版社, 2000.11 林政忠, 赖亦良. CAD/CAE/CAM整合应用. 科学出版社, 2001.12 王蕾, 陆茵, 于玲. 精密注射模设计要点J. 模具工业, 2008: 34-3.13 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京: 高等教育出版社, 2001.14 张国强. 注塑模设计与生产应用M. 北京: 化学工业出版社, 2005. 15 现代金属加工编辑处. 塑料模具市场平稳向上J. 现代金属加工, 2006-3. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：电风扇外罩锁紧螺母形状不太复杂，模具具有脱螺纹机构，初步确定开模具步骤为：开模时，齿条带动与之相啮合的直齿圆柱齿轮转动，齿轮再带动一对锥齿轮转动，从而使与直齿圆柱小齿轮相连的螺纹型芯轴旋转，塑件脱出，由于重力脱落实现自动脱模。一、根据要求模具要一模两腔，对于模具的基本方案是：1对电风扇外罩紧固螺母进行测绘，然后利用Pro/E对塑料螺栓进行三维造型设计。2注塑机的选择，由于机构的结构和产量等各项要求，综合考虑采用卧式注塑机。二、模具结构设计1成型零件结构设计凹模采用整体式，将型腔做在动模板中。型芯采用一体式，将螺纹型芯与轴做成型芯轴，用以成型塑件的内螺纹。2浇注系统设计所给设计要求是一模两腔，将型腔对称放置，使用圆锥型主流道，使用球型头的拉料杆的冷料井。将分流道对称设置，分流道截面采用圆形截面，浇口采用侧浇口，利用分型面或配合间隙排气。3合模导向和定位机构设计使用导柱四根，同时与导套配合，既能够导向，又能够定位。4.注塑模温调节系统对型芯使用喷流式冷却回路，凹模使用多层水道。三、零件图的绘制在对模具的结构进行了基本的设计后，首先要对塑料螺栓进行三维图以及零件图的绘制，以为后一部的加工提供必要的尺寸及一些数据参数。四、对模具进行模具的CAD设计在对模具进行基本设计之后，就要进行相关的设计计算，在得到正确的数据后，利用Pro/E进行相关设计，可得到简单又优良的设计。在对模具进行设计完成之后，得到了模具的三维图。通过Pro/E可以生成模具的装配图，完成以上的工作之后，还要进行注射模具的制造工艺设计,在完成所有的设计之后进行设计说明书的撰写。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：从我国当前模具设计技术、发展水平等方面进行了概述，文献综述基本反映了我国模具制造业尤其是塑料模具制造的情况，通过分析完成了模具的初步设计方案，为课题的研究作了先期准备。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：课题主要根据给电风扇外罩锁紧螺母进行测绘，按塑件成型完成模具设计与制造工艺，结合课题学习和运用模具制造中流行的CAD软件，并完成一定的设计任务。 课题具有较强的工程训练性，塑件外形、结构不太复杂，需要采用脱螺纹结构。设计要涉及模具设计、制造工艺及CAD等方面，涉及面较广，难度适中，工作量适中，根据该学生的现有基础，通过设计期间的努力可以较好地完成课题设计任务。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日毕业设计(论文)外文资料翻译附件1：外文资料翻译译文B. KOSEC 刊号 0543-5846 METABK 47151-55（2008） UDCUDK621.74.043:669.71=111铝合金压铸模的失效分析 收到： 2006-12-23 接受： 2007-04-20摘要铝合金压铸模失效，由很大不同同时也很重要的因素影响。材料的选择、模具的设计及循环工作所产生的热应力疲劳（热检查中，工作表面温度场的强度和均匀性的测试是通过温度测量仪检查），以及模具初始不均匀的温度导致铝合金模具在压铸过程中失效或形成裂缝。在目前调查中，失效和裂缝通过非破坏性的金相检验方法分析。关键词 压铸 工作表面 铝合金 温度场 失效分析导言压铸是最具有成本效益且技术方法简单，用来铸造先进、准确的大规模铝合金零部件1 。铝合金压铸件直至最后安装，需要很少加工。世界各地所有铸件大约有一半由铝合金制造，铝合金压铸件广泛用于汽车零部件和其他货品2 。表1显示了压铸与冲压、锻造、砂型铸造、 硬模浇铸、塑料成型的九种参数比较3。 铝合金压铸模失效，因为许多不同，同时也很重要的因素影响。这个因素有两个基本类型4 ：模具的制造因素，和形成过程因素。铝合金压铸件的工作寿命长短对于经济生产是至关重要的5 。对于资金和生产时间来说，更换模具都是昂贵的。Table1. Comparison of nine parameters of the die-casting and other processes 3表1. 压铸的九种参数和其他进程比较比较九种参数比较冲压锻造沙模铸造硬模浇铸塑料成型1 成本加工较低较低生产加工较低劳动生产加工较低基本上较高2 设计柔性度外形更复杂外形更复杂壁可能更薄壁可能更薄，需要较少的草案要大的多3多功能性设计可能更好较少的加工较多的功能较少的加工较多的功能较少的加工较多的功能更多的用途4 偏差较紧密较紧密较紧密较紧密较紧密5 壁厚较大的变化较薄较薄较薄较薄但有同样的强度6 表面加工一般平滑平滑平滑一般7 材料损耗少少少少少8 强度取决于设计拉伸较低相当与合金相当与合金要大的多9 重量取决与设计轻的多轻的多较少较少最常见的铝合金压铸模的失效一般可以分为四个基本分类：热检查、角裂、棱角尖锐锋利、磨损或被侵蚀。人们普遍认为：影响模具寿命的一个主要因素是热检查，裂纹萌生和传播发生过程中导致模具表面热应力疲劳 6-8 。压铸专家（设计师， 制造商和运营商）可能在一定程度上影响有些模具的失效因素9。这些因素包括10 ：-设计-材料选择 -热处理 -经营运转 -操作和使用压铸模具测试在我们的调查分析工作中，对一个典型的铝合金压铸模进行了分析11 。整个压铸机如图1所示，图2是压铸模测试机的定模。热工作模具钢必须具备优良的性能12 。模具材料要求的性能列于表213。测试模具由BOEHLER W300 ISODISC热加工工具钢制造14， 它广泛用于各种热加工工具和模具。生产者给出了BOEHLER W300 ISODISC钢的热学和力学性能。AlSi9Cu3铸铝合金的熔点大约是在593，铸造温度约更高50，因此从室温升到大约700的温度范围在事例性能的分析报告中很重要。BOEHLER W300 ISODISC钢在室温（20）下的密度大约是7800 ，它随温度升高而减小。截至温度为700 ，密度降至约200 。这种钢由于热传导率（从19.2至26.3 ），温度相对较低且近乎线性的升高，且不断成比例的扩散热量（整个时间大约是在） 。比热随着温度升高而增长，从456 到587 。伸长率系数从（温度为20）到（温度为700）缓慢增长，而弹性系数随着温度的升高从211 增到168。Figure1. Die-casting machine图1. 压铸机温度测量与分析当铝合金熔化时，模具工作表面扩张，然后随着热量扩散到模具表面的下面，温度降低了，表面紧缩15 。热铝合金和模具的温差越大，模具表面将扩大和收缩的越厉害，然后模具表面会出现热处理的作用16 。由于模具表面的压力与模具温度成反比例，而且模具保持一定热量是经济的，所以模具保持一定热量是件好事。铝合金压铸模应预热大约240至300。经验表明：增加模具的工作温度，从 205至315 ，模具的生产量可能会增加一倍17 。 定模工作表面所要求的初始温度场的强度和均匀度通过温度测量仪检查 18,19，温度测量仪获得了相对简单的模具的几何和温度记录（热图像）。与应用仅限于非常小的表面的光学温度计相比，它通过温度摄像头检查对象（图3）。 相机的视野是大约水平30，垂直20的范围。在这一视野的30.000温度图像信息可以通过温度摄像头得到。而单一细节的几何分辨能力取决于相机与目标的距离。 Figure2. Fixed half of the testing die-casting die图2. 压铸模测试机的定模定模工作表面的温度测量贯穿了模具的预热期和模具的整个工作表面最初的运行期。（温度大约240） 模具表面的温度测量和温度摄像头的校准，通过Ni-NiCr热电偶接触实现，42分钟时测量到的61.2 （见表3 ）是定模表面的标志点。几秒钟后没有校准的温度摄像头（有效值为1.0的发射率）与实际温度67.1集于一点。这两个温度测量的比率表示发射率的值为0.91 。该发射率由每次实验的测量确定。Figure3. Position of the thermographic camera图3. 温度摄像头的位置如图4所示的温度记录图象，只是连续图像的一部分。压铸模工作表面的温度分布由温度热像仪上的颜色所显示。黑白温度记录仪有16个不同的颜色， 不同颜色之间的过渡表现出温度的差异，而几何细节不太清楚。对于每一个温度热像仪，图像是非常重要的（见表3 ） 。左侧的第一个温度热像仪与其之后完成的第二个温度热像仪，直接比较了在模具表面温度预热过高时显示的连续的颜色。只有同温度范围的彩色温度热像仪可直接比较。Table2. Testing case-cronological flow of the preheating process表2. 预热过程测试操作时间/min表面最大温度预热0-开始测量4091校准温度测量仪42-开模（1）60125增加高温油90开模190150开模（2）测量结束250161图4中的温度热像仪（左）显示的温度范围为90至161 ，黑色区域低于90。右侧的温度热像仪同左侧温度热像仪一样 ，但温度显示范围较低，介于90 至124Figure4. Working surface of the fixed part of testing die-casting die (Figure1 and Table3).图4. 压铸模定模工作表面的测试（图1和表3 ）Figure5.Working surface of the testing die-casting die. Surface pits and cracks at identification marks.OM图5. 压铸模工作表面的测试。 表面凹坑和裂缝识别标记。在铸造厂，类似模具的预热时间要比我们的测试短得多（最多可达两个小时） 。此外，我们的测试测量后增加了热循环油（温度约250 ），约 1小时30 l/min（铸造厂通常使用）至60 l/min 。失效分析定模压铸不到一千次,工作表面显示，并确定出现了裂缝 。其中有些通过使用放大镜甚至肉眼也可以清楚地观察到。在我们的实验范围内，通过光学显微镜（OM）和电子显微镜（SEM），非破坏性的金相检验分析检验聚合物铸件也得到应用 20 。测试模定模容易凸出的部分（高超过500）用砂纸抛光，然后用光学显微镜审查。铸件非常尖锐，即使是表面上的小细节和微观成分可以很容易用光学显微镜以及电子显微镜观察到。高深度的电子显微镜可以观察到对象的三维图像22。当然，模具表面坑凹部分，是第一条裂缝开始的地方，没有机器可供抛光和显微镜可观察结论铝合金压铸模产生裂纹，由于有很大不同，同时也很重要的因素导致。其中一些影响模具失效的因素一定程度上可由压铸专家控制。从温度热像仪的显示上可以清楚看到， 如果加热方法和模具设计不变，所需要的温度场的强度和均匀性是不可能改变。在压铸过程中的循环负荷的主要来源是变化的温度; 其他负荷的影响相对微不足道。 因此，在第一阶段的解决方案是应该改变加热/或冷却的渠道的位置，即使它们更贴近模具的工作表面，有利于更高，更均匀的供暖。参 考 文 献1 S.Kalpakjian, Tooland Die Failures-Source Book, ASM International, MetalsPark, Ohio, 1982.2 R.M. Lumley, R.G. ODonnel, D.R. Gunasegaram, M. Girord , Heat Treating Progress ,6 (2006) 5, 31 37 . 3 S.S. Manson, Thermal Stress and Low-Cycle Fatigue , McGrawHill, New York,1996.4 L.A. Dobrzanski, Technical and Economical Issues of Materials Selection, Silesian Technical University, Gliwice,1997.5 K.Strauss , Applied Sciencein the Casting of Metals , Pergamon Press, Oxford,1970.6 J.V. Tuma, J. Kranjc, Forschung in Ingenieurwessen Engineering Research , 66 (2001) 4, 153156.7 L. Kosec, F. Kosel, Mechanical Engineering Journal, 29 (1983) 7-9, 151158.8 B.Smoljan, Journal ofMaterials Processing Technology,155(2004)11, 17041707.9 P.F.Timmins, Fracture Mechanism and Failure Controlfor Inspectors and Engineers, ASM International, Materials Park, Ohio, 1995.10 Handbook of Case Historiesin Failure Analysis, Volume1, ASM International, Materials Park, Ohio, 1992.11 B.Kosec, Metalurgija, 45(2006)3, 217.12 I. Vitez, Ispitivanje mehani kih svojstava metalnih materijala, Sveuilite J.J. Strossmayera u Osijeku, Strojarski fakultetu Slavonskom Brodu, SlavonskiBrod, 2006.13 R.Ebner, H.Leitner, F.Jeglitsch, D.Caliskanoglu, Proceeth International Conference on Tooling, Leoben,dings of 5 (1999)312.14 Bohler Edelstahlhandbuch auf PCV2.0, Kapfenberg, 1996.15 B.Kosec, G.Kosec, Metall, 57 (2003)3, 134-136.16 L.A.Dobrzanski, M.Krupinski, J.H.Sokolowski, Journal of Materials Processing Technology, 167(2005)2-3, 456462.17 B.Kosec, G.Kosec, M.Sokovic, Journal of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineering, 20(2007)1-2, 471475.18 L.Masalski, K.Eckersdorf, J.McGhee, Temperature Measurement, John Wiley&Sons, Chichester, 1991.19 H. Haferkamp, F.W.Bach, M.Niemeyer, R.Veits, Aluminium, 75 (1999)11, 945953.20 B.Kosec, M.Sokovic, G.Kosec, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 13 (2005),339-342.21 R.Celin, J.Tusek, D.Kmetic, J.V.Tuma, Materials Science and Technology, 35(2001)6, 405408. 22 I.Anzel, Metalurgija, 39(2000)3, 237-241.23 B.Kosec, J.Kopac, L.Kosec, Engineering Failure Analysis, 8(2001)4, 355 359.B. KOSECFAILURES OF DIES FOR DIE-CASTING OF ALUMINIUM ALLOYSReceived Prispjelo: 2006-12-23Accepted Prihvaeno: 2007-04-20Preliminary Note Prethodno priopenjeINTRODUCTIONDie-casting is the most cost efficient and technicaleasy method of casting sophisticated and accurate alu-miniumalloyspartsingreat-scaleseries?1?.Aluminiumalloys die-castings require little machining prior the fi-nal installation.Approximately half of all castings worldwide madeof aluminium alloys are manufactured in this way areusedforawiderangeofautomotivepartsandothercon-sumer goods ?2?. The comparison of nine parameters ofthe die-casting versus stamping, forging, sand casting,permanent mold casting and plastic molding ?3? is pre-sented in Table 1.Aluminium alloys die-casting dies fail because of anumber of different and simultaneously operatingstresses. The stresses are of two basic kinds ?4?: stressescreated by the manufacturing of the die and stressesformed by the exploitation process.Alongdieworkinglifeisofessentialimportancefortheeconomicalproductionofaluminiumalloysdie-castings?4,5?.Thereplacementofadieisexpensivein both money and production time.The most frequent failures of aluminium alloysdie-casting dies can generally be divided into four basicgroups ?1?: heat checking, corner cracking, sharp radiior sharp edges cracking, and cracking due to wear orerosion. It is generally agreed that one of the principalcauses of termination of die life is heat checking, whichoccurs through a process of crack initiation and propa-gation induced by the thermal stress fatiguing of a diesurface ?6-8?.Some of the factors that affect die failures may becontrolled to some extent by the die-casting experts (de-signers, manufacturers and operators) ?9?. These factorsinclude ?10?:- design,- materials selection,- heat treatment,- finishing operations, and- handling and use.TESTING OF DIE-CASTING DIESIn the frame of our investigation work a complexanalysis of a typical dies for die-casting of aluminiumalloys has been carried out ?11?. The whole die-castingmachine is shown in Figure 1, and the fixed half of thetesting die-casting die is in Figure 2.METALURGIJA 47 (2008) 1, 51-5551Die-casting dies for casting of aluminum alloys fail because of a great number of different and simultaneouslyoperating factors. Material selection, die design, and thermal stress fatigue generated by the cyclic workingprocess (heat checking), as well as to low and inhomogeneous initial die temperature contribute to the failuresand cracks formation on/in dies for die-casting of aluminium alloys. In the frame of the presented investigationwork the intensity and homogeneity of the temperature fields on the working surface of the testing die werechecked through thermographic measurements, and failures and cracks on the working surface of the die wereanalysed with non-destructive metallographic examination methods.Key words: die-casting, working surface, aluminium alloy, temperature field, failure analysisOteenje kalupa za lijevanje aluminijskih legura. Do oteenja kalupa za lijevanje aluminijskih leguradolazi zbog istodobnog utjecaja brojnih razliitih radnih imbenika. Kod kalupa za lijevanje aluminijskih leguraizbor materijala, konstrukcija kalupa, zamorno termalno naprezanje zbog ciklikog radnog procesa te niska inehomogena polazna temperature kalupa doprinose oteenju i nastajanju pukotina. U okviru ovog istraivan-ja kontroliran je intezitet i homogenost temperaturna polja na radnoj povrini ispitanog kalupa pomou termo-grafskih mjerenja, a oteenja i pukotine na radnoj povrini analizirani su nedestruktivnim metalografskimmetodama.Kljune rijei: lijevanje u kalup, radna povrina, aluminijska legura, temperaturno polje, analiza oteenjaISSN 0543-5846METABK 47(1) 51-55 (2008)UDC UDK 621.74.043:669.71=111B. Kosec, Faculty of Natural Sciences and Engineering, University ofLjubljana, Ljubljana, SloveniaThehotworkdiesteelmusthaveexcellentproperties?12?. Requested properties and damage mechanisms ofthe die material are shown in Table 2 ?13?.ThetestingdiewasmanufacturedfromtheBOEHLER W300 ISODISC ?14? hot work tool steel,which is widely used for all kinds of hot working toolsand dies.ThethermalandmechanicalpropertiesofBOEHLER W300 ISODISC steel are given by the pro-ducer.Theliquidustemperatureofcastedaluminiumal-loy AlSi9Cu3 is approximately of 593 C, and castingtemperature is approximately 50 C higher, thereforethepropertiesinthetemperatureintervalfromtheambi-ent temperature up to approximately 700 C are impor-tant for the analysis of the discussed case.The density of BOEHLER W300 ISODISC steel atambient temperature (20 C) is approximately of 7800kg/m3,anditdecreaseswithhighertemperature.Uptothetemperature of 700 C it drops for about 200 kg/m3. Thissteelhasarelativelylowandnearlylinearincreasingtem-perature dependent heat conductivity (from 19,2 to 26,3W/mK), and proportionally constant thermal diffusivity(the whole time it is approximately of 5?10-6m2/s). Spe-cific heat is increased with higher temperature and it isfrom 456 to 587 J/kgK, respectively, for the boundaryvaluesofthechosentemperaturerange.Thelinearcoeffi-cientofelongationslowlyincreasesfrom10,7?10-6/K(at20 C) to 13,2?10-6/K (at 700 C), while the modulus ofelasticity, with boundary values of 211 and 168 GPa, de-creases with the increase of temperature.TEMPERATURE MEASUREMENTSAND ANALYSISWhen the melts wets the die active working surfacethedieexpandsandthencontractsasthesurfacetempera-ture is lowered by the diffusion of heat into the steel be-52METALURGIJA 47 (2008) 1, 51-55B. KOSEC: FAILURES OF DIES FOR DIE-CASTING OF ALUMINIUM ALLOYSTable 1. Comparison of nine parameters of the die-casting and other processes ?3?Compared withNine points ofcomparisonStampingsForgingsSandcastingsPermanent mold ca-stingsPlastic molding1 CostLower machiningLower finalLower productionand machiningLower labor, produc-tion and machiningGenerally higher2 Design flexibilityMore complex sha-pesMore complexshapesThinner wall sec-tions possibleThinner wall sectionspossible, less draft re-quiredMuch greater3 FunctionalversatilityBetter designs pos-sibleMore versatile withless machiningMore versatile withless machiningMore versatile with lessmachiningMany more uses4 TolerancesCloserCloserCloserCloserCloser5 Wall thicknessGreater variationsThinner sectionsThinner sectionsThinner sectionsThinner sections forthe same strength6 Surface finishWider varietySmootherSmootherSmootherWider variety7 Material wasteLessLessLessLessLess8 StrengthDepends on designLower tensileGreater with samealloyGreater with same al-loyMuch greater9 WeightDepends on designLighterLighterLessLessFigure 1. Die-casting machineFigure 2. Fixed half of the testing die-casting dielow the surface of the die ?15?. The greater difference be-tween the temperature of the die and that of the hot alu-minium alloy shot into the die, the greater will be the ex-pansionandcontractionofthediesurface,andsoonerthedie surface will show the effect of heat checking ?16?.Since the stresses produced on the die surface are in-versely proportional to the die temperature, it is goodpractice to keep the dies as hot as it is economical. Alu-minium alloys die-casting dies should be preheated toapproximately 240 to 300 C. Experience has shownthat by increasing the die operating temperature from205 to 315 C, die production may be doubled ?17?.The required intensityandhomogeneityofthe initialtemperaturefieldontheworkingsurfaceofthefixeddiehalf was examined with thermographic measurements?18,19?. The testing thermographic measurements werecarried out on a die of relatively simple geometry andsimple thermographs (heat images) were obtained.In comparison with optical pyrometers, which appli-cation is limited to the very small surface, investigatedobject is enabled by thermographic camera (Figure 3).Camera field vision is of about 30 horizontally and of20 vertically. Within that field of vision the tempera-ture image of about 30.000 information points on tem-perature were obtained with the camera. The geometricresolving power of single details depends on the dis-tance of camera to object.On the working surface of the fixed die halfthermographic measurements have been carried out inthe die preheating period to the initial operating temper-ature (approximately 240 C and homogeneous throughthe whole working surface of the die).Checking temperature measurements on the die sur-face and calibration of the thermographic camera havebeen carried out using a contact Ni-NiCr thermocoupleand the temperature of 61,2 C was measured at time of42 min (Table 3) in the marked point on the surface ofthe fixed die half. A few seconds later not calibratedthermographic camera (with the virtual value ofemissivity equal 1,0) was centered to the same pointwith the virtual temperature of 67,1 C. The ratio be-tween both measured temperatures represents the valueof emissivity of ? = 0,91. The emissivity has to be deter-mined experimentally before each measurement.Thermographs, shown in Figure 4, are just parts oflongercontinuousprints.Thetemperaturedistributiononworking surface of the die-casting die is shown by thecolour on the thermographs. Black and white thermo-graphs have been coloured with sixteen distinct colours.Distinct transitions between colours show the differenceintemperature,whilethegeometricdetailsarelessclear.For each thermograph, the time of formation of im-age print is very important (Table 3). The firstthermograph on the left is presented with extended col-our scale to be directly comparable to the second whichwas done later, when the surface temperatures of thepreheated die was significantly higher. Only the sametemperature range coloured thermographs can be di-rectly compared.Thermographs (left) in Figure 4 are presented for thetemperature range of 90 to 161 C, with black (uncol-oured) regions below 90 C. Right thermograph is thesame as the left thermograph (1), but it is presented inthe lower temperature range between 90 and 124 C.METALURGIJA 47 (2008) 1, 51-5553B. KOSEC: FAILURES OF DIES FOR DIE-CASTING OF ALUMINIUM ALLOYSTable 2.Damage mechanisms and requestedproperties of die materialDamagemechanismRequested propertyHigh mechanicalloadingHigh hardnessSuitable fracture toughnessHigh mechanicalloading at elevatedtemperaturesHigh hot hardnessHigh thermal stability of the microstruc-tureRepeated mechani-cal loading (fatigue)High hardnessHigh fatigue resistanceFine microstructureLow content and small size of internaldefectsWearAbrasionHigh hardnessHigh volume fraction, optimum size anddistribution of hard wear resistant parti-clesAdhesionHigh hardnessOxide layer at the surfaceLow chemical reactivity between tooland work materialSurfacefatigueHigh hardnessHigh fatigue resistanceHigh temperatureHigh thermal stability of the microstruc-tureHigh oxidation resistanceThermal cyclingHigh thermal stability of the microstruc-tureHigh hardness at elevated temperaturesHigh creep resistanceHigh resistance against plastic cyclingLow thermal expansionHigh oxidation resistanceFigure 3. Position of the thermographic cameraIn the foundry praxis the preheating time is for simi-lardiesmuchshorterthanitwasbyourtests(maximallyup to two hours). Furthermore, the flow of heating oil(with the temperature approximately 250 C) was in-creased during our test measurement after approxi-mately 1 hour from 30 l/min (in the foundry praxis usu-ally applied) to 60 l/min (for 100 %).FAILURE ANALYSISThe cracks appeared on the working surface of thefixed die half after less than thousand shots were re-vealed and identified with penetrants. Some of themwere also clearly seen by the use of magnifying glass oreven by visual observation. In the frame of our experi-mental work also non-destructive metallographic exam-ination by optical microscopy (OM) and by scanningelectron microscopy (SEM) of polymer replicas was ap-plied ?20?.Readily accessible convex parts of the fixed half ofthe testing die were polished with fine grade (higherthan500)emerypaperanddiamondpasteandexaminedin optical microscope. Polymeric foils were used to takeimprintsfromthesurfaceofthepreparedspots?21?.Thereplicasobtainedweresosharpthatevensmalldetailsofthe surface e.g. microstructure constituents could easilybe observed with an optical microscope as well as ascanning electron microscope. High depth of field char-acteristics of scanning electron microscopy resulted in asharp three-dimensional image of the observed object?22?. Naturally, concave parts of the die surface, wherethe first long cracks initiated, were not accessible formachine polishing and microscope observation.Thecontourlinesoflettersandnumbersofanidenti-fication marks are well rounded. However, many cracksstarted from these signs and their lengths are within 2054METALURGIJA 47 (2008) 1, 51-55B. KOSEC: FAILURES OF DIES FOR DIE-CASTING OF ALUMINIUM ALLOYSTable 3.Testing case - cronological flow of thepreheating processOperationTime/ minMaximal surfacetemperature/ CStart of preheating0Start of measurements4091Calibration of thermographiccamera42Opening of the die (1)60125Increasing of heating oil flow90Opening of the die190150Opening of the die (2)End of measurements250161Figure 4. Working surface of the fixed part of testing die-casting die (Figure 1 and Table 3). Preheating process. Thermo-graphs. At the beginning (1), and at the end (2 initial temperature field) of the die preheating processFigure 5. Working surface of the testing die-casting die.Surface pits and cracks at identification marks.OMto 200 ?m range ?23?. Based on the shape and type ofpropagationtheycanbeattributedtoheatchecking(Fig-ures 5 and 6).CONCLUSIONSCracking on/in die-casting dies of aluminium alloysis caused by a number of different and simultaneouslyoperating factors. Some of them that affect die failuresmay be controlled to some extent by the die casting ex-perts.The failures: cracks and pits observed on the work-ing surface of the testing die-casting die belong to heatchecking initiated at identification marks, and crackingin corners, sharp edges and transitions.It is clearly seen from the presented thermographs,that the required temperatures and homogeneity o