欧Ⅱ离心铸造模具几种失效分析及改善(改).doc

福建船政交通职业学院毕 业 论 文(设计)题目：欧离心铸造模具几种失效分析及改善系 部： 机械工程系 姓 名： 林燕玲 学 号： 113501105 专 业： 材料成型与控制技术 年级班级： 11材料（1）班 指导教师(职称)： 吴圆丽(讲师) 二O一四 年 六月目 录引言11 欧模具生产制造中的失效形式及改进方案11.1模具生产制造中的失效形式11.1.1磨损失效的类型11.1.2过量变形失效21.1.3断裂失效21.2.模具在生产制造中的失效原因41.2.1磨损的原因41.2.2过量变形失效的失效机理41.2.3断裂失效的机理51.3解决缺陷的方法51.3.1解决模具磨损的方法51.3.3解决断裂的措施52.欧模具在缸套生产中使用的失效形式及改进方案52.1模具在缸套生产中使用的失效形式52.2模具在缸套生产中的失效形式的机理62.3解决模具在缸套生产中出现失效的方法7结束语7致谢7参考文献8欧离心铸造模具几种失效分析及改善林燕玲摘要：离心铸造在汽车缸套毛坯铸造行业中占了重要的地位，而模具的寿命受多种因素影响，最后导致模具寿命的终结是由于模具发生了失效的现象，通过对模具的失效进行分析，找出模具失效的主要原因，采取相应的措施进行改进，可以达到提高模具使用寿命的目的。重点不突出关键词：离心铸造 汽车缸套 模具寿命 模具失效引言目前在我国，离心铸造已成为一种应用广泛的铸造方法，特别在生产一些管、筒类铸件如铸铁管、铜管、缸套、双金属钢背铜套等方面，离心铸造几乎是一种主要的方法。采用离心铸造生产缸套可消除白口和金相组织中出现过冷石墨的缺陷，并且铸件的外表面也可根据零件形状的需要做成高低不平的形状，以节省机械加工工时。离心铸造模具是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备，随着模具工业的发展，高质量、高性能、高效率模具的大量应用，模具寿命已引起世人的关注。在工业产品飞速发展带动模具工业快速发展的今天，从模具发展的总趋势可以看出，无论是模具的大型化、复杂化还是高精度、高效率，都依赖于模具寿命的提高。提高模具的寿命其实就是延续模具的失效。失效分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多设备分析，找到模具失效的原因和解决措施，从而达到提高模具寿命的最终目的。突出欧模具的特色，不要泛泛而谈1 欧模具该模具自身的特点是什么？产生的实效形式有何特色？生产制造中的失效形式及改进方案1.1模具生产制造中的失效形式模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时称为模具失效。模具种类繁多，工作状态差别很大，损坏部位也各异，但失效形式归纳起来主要有三类。（1） 表面磨损 主要包括表面磨损、接触疲劳、表面腐蚀等。（2） 过量变形 包括过量弹性变形、塑性变形等。（3） 断裂 主要包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂等。1.1.1磨损失效的类型由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象称为磨损。模具在工作时，与成型坯料接触，产生相对运动，造成磨损。当磨损使模具的尺寸发生变化或改变了模具的表面状态，使其不能继续服役，称为磨损失效。磨损是多种因素相互影响的复杂过程，可形成多种类型，按磨损机理的不同大致分为：磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损等。（1） 磨粒磨损工件表面的硬突出物或外来硬质颗粒存在工作与模具接触表面之间，划擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象称为磨粒磨损或磨料磨损。磨粒首先被压入软工件内，在模具与工件相对运动时刮擦模具，从模具表面切下细小的碎片。当模具表面存在沟槽、凹坑等缺陷时，磨粒易嵌入沟槽。凹坑或粘在模具表面上随模具一起运动，磨粒将划伤或犁皱工件。磨粒磨损的主要特征如下图，摩擦表面擦伤、划痕。（2） 疲劳磨损两接触表面互相运动时，在循环应力在作用下，使表层金属疲劳脱落的现象称为疲劳磨损或麻点磨损。疲劳磨损的表面特征如下图，接触表面出现许多豆状、贝壳状或不规则的形状的凹坑，有些凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。（3） 粘着磨损工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，某些接触点局部应力超过了材料的屈服强度发生粘合，粘合的结点发生剪切断裂而拽开，是模具表面材料转移到工件上或脱落的现象称为粘着磨损。相对运动的接触表面发生粘着以后，根据运动产生的切应力、接触处的粘合强度、金属本身的强度三者之间的不同关系而产生不同磨损现象，可以把粘着磨损分为以下几种。1.涂抹 当较软金属的剪切强度小于外加的切应力，也小于接触处的粘合强度时，剪切破坏发生在离粘着结合面不远的软金属层内，被剪切的软金属涂抹在硬金属表面上的现象。2.擦伤 金属表面有细而浅的划痕，有时硬金属表面也有划伤的现象。3.撕脱 剪切破坏发生在摩擦一方或两方金属较深处，有较深划痕的现象。4.咬死 摩擦副之间咬死，不能相对运动的现象。粘着磨损的主要特征是金属表面有细的划痕，沿滑动方向可能形成交替的裂口、凹穴。最突出的特征是表层金相组织和化学成分均明显变化，摩擦副之间有金属转移。磨损产物多为片状或小颗粒，在金属表面形成大小不等的结疤。1.1.2过量变形失效材料受到力的作用就会产生变形。随着力的增加，材料的变形总是要经历弹性变形阶段、塑性变形阶段、出现裂纹到裂纹扩展直至断裂阶段的过程。变形失效是逐步进行的，一般属于非灾难性的，因此不易被人察觉。但是当变形量超过了模具的精度要求，成型的工件成为次品或废品时，也会造成模具的变形失效。而且过度的变形最终也会导致断裂。1.1.3断裂失效模具在工作中出现较大裂纹或部分分离而丧失正常服役能力的现象称为断裂失效。材料的断裂是力对材料作用的最终结果，意味着材料的彻底失效。模具断裂通常表现为产生局部碎块或整个模具断成几个部分。对于模具来说，断裂是最严重的失效形式，它是各种因素产生裂纹扩展的归宿。按断裂裂纹扩展的路径分为晶间断裂、穿晶断裂；按断裂前的塑性变形大小分为韧性断裂、脆性断裂；按断裂机理分为一次性断裂、疲劳断裂；按断裂面的宏观取向与最大正应力的交角可分为正断、切断。（1）韧性断裂（如图1所示）断裂前产生明显的宏观塑性变形，断裂过程中吸收较多的能量，一般是在高于材料屈服应力条件下的高能断裂。这种断裂是一种缓慢的撕裂过程，不会造成严重的事故。（2）脆性断裂断裂前的变形量很小，没有明显的塑性变形量，断裂过程中材料吸收能量很小，一般是在低于允许应力条件下的低能断裂。脆性断裂是一种突然性发生的断裂，因而危害性很大。 图 1 韧性断裂 图 2晶间断裂（3）晶间断裂裂纹沿多晶体晶界扩展分离产生的断裂，也称为晶界断裂（如图2所示）。当晶界上存在着脆性相，热裂纹、蠕变断裂（如图3所示）、应力腐蚀等引起的断裂为沿晶断裂。微观断口上有大量韧窝（如图4所示）。沿晶断裂在室温下往往是脆性沿晶断裂，断口的微观形貌显示多晶体的外形，呈“冰糖快”状。这些图不是你的，引用自哪里要注明。说明的问题是什么？下同 图3蠕变断裂 图4韧窝图的名臣要写全，下同（4）穿晶断裂 裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。穿晶断裂可能是韧性断裂也可能是脆性断裂。当材料韧性较差、存在表面缺陷、承受高的冲击载荷时，易产生穿晶断裂。（5）疲劳断裂疲劳断裂（如图5所示）是指在较低的循环载荷作用下，工作一段时间后，由裂纹缓慢扩展，最后发生断裂的现象。疲劳断口明显分为裂纹扩展区和最后断裂区，裂纹扩展区是裂纹自裂纹源向纵深逐渐发展形成的，具有光亮的贝纹线或疲劳线。 图5疲劳断裂 （6）正断和切断断口的宏观断面垂直于最大正应力或最大正应变方向的断裂称为正断，断口的宏观断面与最大正应力方向约呈45交角的断裂称为切断。1.2.模具在生产制造中的失效原因1.2.1磨损的原因（1）磨粒磨损磨粒在模具表面的作用力下，被压入金属表面形成压痕，推动磨粒与金属表面发生相对切向运动。当磨粒棱角锐利，在推动力的作用下，磨粒将在金属表面划出长而浅的沟痕。磨粒的大小和形状、磨粒的硬度、磨粒尺寸、金属表面的压力以及磨粒尺寸与工件厚度的相对比值都将使模具产生磨损。（3） 疲劳磨损线、面接触的摩擦副在承受力和相对运动的情况下，接触表面受到多变的接触压力和切应力的作用。在这些力做周期性运动后，表面就会产生局部的塑性变形和加工硬化。在某些组织不均匀或应力集中处形成裂纹源，并沿着切应力方向或夹杂物走向扩展。当裂纹扩展到表面或与纵向裂纹相交时，表面产生磨损。磨损裂纹一般产生在模具的表面，裂纹扩展的方向平行于表面，或与表面形成一定的角度，只限于在模具表面层内扩展。材料的冶金质量、材料的硬度和表面粗糙度都会使模具发生疲劳磨损。（3）粘着磨损在加工时，模具与工件表面存在一定的微观不平度，相互接触表面只有凸起部位，实际接触面积是表观面积的0.010.1%，表面压力大，瞬时温度高，润滑油膜、吸附膜或其他膜都将发生破裂，使接触峰顶产生粘着，随后，在滑动中粘着点又被破坏，就形成粘着破坏再粘着的交替过程。如此，循环过程就是构成粘着磨损。表面压力、材料硬度和材料性质是影响粘着磨损的因素。1.2.2过量变形失效的失效机理 模具受到力的作用就会产生变形。模具在使用过程中，产生的弹性变形量超过模具匹配所允许的数值，使得成型的工件尺寸或形状精度不能满足要求而不能服役的现象称为弹性变形失效。这种模具的失效不易被察觉。而发生塑性变形改变了模具的几何形状或尺寸，却不能通过修复继续服役的现象称为塑性变形失效；是模具在工作时，受到了不均匀的力导致而成的。1.2.3断裂失效的机理（1）韧性断裂和脆性断裂韧性断裂的特征是断裂前发生明显宏观塑性变形，是一种撕断过程，断口是暗灰色的，韧性断口的形状可分为杯锥状断口和剪切滑移型断口；而脆性断裂的特征是一种突然发生的断裂，断裂前基本不发生塑性变形，脆性断口平齐而光亮，且与正应力垂直，断口常呈人字纹或者放射花样。（2）晶间断裂和穿晶断裂晶间断裂的断裂路径是裂纹沿着晶界扩展，多数属于脆性断裂，微观断口上有大量的韧窝；而穿晶断裂的断裂路径是裂纹穿过晶粒，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。在制作铸型时，型腔与砂箱的距离靠的太近造成铸造出的模具使用过不久就会断裂。(3)疲劳断裂疲劳裂纹总是在应力最高、强度最弱的部位上形成，当模具内部受力不均时，就会在局部范围内出现较大的应力集中，在循环载荷的作用下，裂纹便会在应力集中处最先出现，而在裂纹的前沿形成尖锐的缺口造成新的应力集中区，并在以后的模具工作过程中，是裂纹不断扩展直到模具发生破坏。疲劳断裂是损失累积到一定程度后才突然发生断裂的，它无明显的塑性变形。疲劳断裂一般是穿晶断裂。最后断裂区是在疲劳裂纹不断扩展，承受的应力不断增加，当应力超过材料的断裂强度后，随即产生快速破断而形成的。1.3解决缺陷的方法1.3.1解决模具磨损的方法为了减少磨粒对模具的磨损，延长模具的使用寿命，可通过提高模具材料的硬度、对模具与工件的接触面进行耐磨处理、以及采用防护措施来保护模具；而对于疲劳磨损对模具造成的问题，在生产的过程中，合理的选择润滑剂和对模具工作面进行强化处理，就可以有效的延缓模具的使用寿命。1.3.2解决模具过量变形失效的方法变形是由多种因素造成的结果，可通过合理的选择模具的材料、减少残余应力，控制外加载荷都能有效的避免模具发生过量变形，延长模具的使用寿命，降低生产成本。1.3.3解决断裂的措施为了防止模具工作时出现脆性断裂和韧性断裂，应对模具选择合理的热处理工艺，以达到细化晶粒的作用；其次，要避免应力集中。为防止造成穿晶断裂，在制作铸型时，型腔与砂箱必须保持一定的距离，以防被吃砂，以便均匀舂实型砂。2.欧模具在缸套生产中使用的失效形式及改进方案2.1模具在缸套生产中使用的失效形式模具在生产缸套的过程中受到多种因素的影响，从而导致模具失效，减少其使用寿命，增加了生产成本。涂料涂覆磨损生产过程中的冷热变形、毛坯浇注收缩不均匀等都是模具在生产过程中表现出来的，不仅影响了缸套的质量，还导致了模具损坏，增加了生产成本。（1） 涂料涂覆磨损离心铸造用铸型一般都使用涂料。涂料通常是由耐火材料、粘结剂、载体、悬浮剂、附加物等组合而成的。涂层中的耐火材料与模具之间受力的作用，在模具上做相对运动，留下一道道划痕。（2） 冷热变形在离心铸造中，模具在不同的温度下工作。为了提高生产率，加速毛坯的凝固，需要通入冷却水来进行冷却，使模具处于高温低温相互交换的温度下循环工作，久而久之，就改变了模具的形状和尺寸，造成模具失效变形，缩短其使用寿命。（3）毛坯浇注收缩不均匀 （如图6）所谓的离心铸造是将液态金属浇入装有模具的旋转的铸型滚筒中，是金属液在离心力的作用下填充铸型并凝固成型的方法。但是模具的转速过快或者过慢时，会使毛坯缸套不能成形或是出现疏松、夹渣、内表面凹凸不平等缺陷。图6 收缩不均匀造成的2.2模具在缸套生产中的失效形式的机理（1）涂料涂覆磨损涂料在缸套与模具之间形成一定厚度的涂料层，使缸套更容易脱模。在毛坯缸套出模时温度较高，涂料中的颗粒被压入模具表面，在外力的作用下，使颗粒在模具中留下浅而多的划痕。涂料的配方出问题时，使涂料层不能粘结在缸套上而是脱落在模具内，出模时也会让模具产生划痕。(2)冷热变形将液态金属浇入旋转的模具中时，金属液的温度传递给模具，使模具的温度急剧上升，但是为了提高生产率，需要使液态金属快速凝固成形，直接通入冷却水达到快速冷却的效果，这时模具的温度就会突然降下来。在这样的环境下工作，模具的温度不断的发生变化，从而造成模具的变形失效。（3）毛坯浇注收缩不均匀在浇注时，液态金属要克服自身的重力填充在模具内腔。模具转速过快时，会带来负面影响，金属液易产生偏析，毛坯会出现裂纹；而模具转速过小时，毛坯又会出现夹渣，疏松、内表面凹凸不平等缺陷。2.3解决模具在缸套生产中出现失效的方法（1）解决涂料涂覆磨损的方法为了提高生产率，减少涂料对模具的损坏，要使用颗粒度较小的涂料成分和正确的涂料配方，并且要控制好喷涂方法，确保涂料层能在模具中起到保护作用。（2）冷热变形在这样的环境下工作，模具产生变形是必不可免的，为了避免变形更加严重，要合理的选择模具的材料，并且经常检查模具的精度和尺寸，以