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《模具工业》!""# $%& $ ’ 总 !’!’( ) #* 铝型材挤压模具早期开裂失效分析 广东工业大学 +广东广州 ,#"-’*. 卢国辉 黄拿灿 黄惠平 /摘要 0根据铝型材挤压模具早期开裂失效形式，对模具进行了强度校核，并通过化学成分、 显微组织及断口分析等试验方法，对模具材料进行分析，探讨了模具早期失效的原因，并提出了 改进建议。 关键词 )#*钢 热挤压模 失效分析 !!"#$%&’$ " #$$%&’()* +% ,-&./ $&-$0 1-(.2&, 1%&34 %1 +5, ,6+&24(%) ’(, 1%& +5, -.23()23 7&%1(.,4 8 +5, ’(, 4+&,)*+54 9,&, $5,$0,’: #)’ +5&%2*5 +5, +,4+4 %) +5, $5,3($-. -)’ $%37%4(+(%) 8 3(; $&%4+&2$+2&, -)’ +5, 1&-$+2&, 1,-+2&, -)-./4(4 8 -)’ +5&%2*5 +5, -)-./4(4 %1 +5, ’(, 3-+,&(-. 8 +5, &,-4%) %1 +5, ,-&./ 1-(.2&, %1 +5, ’(, 9-4 ’(4$244,’ 8 -)’ +5, (37&%<()* 7&%7%4-.4 9,&, 72+ 1%&; 9-&’ : ()* +,%-# =>? 4+,,. 8 5%+ ,6+&24(%) ’(, 8 1-(.2&, -)-./4(4 # 引 言 近 #"年来，热作模具钢 )#*（’12,3 &456 #）在 我国已广泛用于制作铝合金型材挤压模具，随着铝 型材产业的发展，)#*钢的用量越来越大。由于钢 材生产厂家和进货渠道不同，钢材品质良莠不齐， 导致制作的挤压模具质量差异很大。影响模具质量 的因素是多方面的 /# 0，其中材质是先天性的因素。本 文所作的模具失效分析就是模具钢材质不良导致 模具发生早期开裂的典型案例，这种模具的早期开 裂，在进行的失效分析中常常遇到。撰写本文的目 的是引起有关企业的注意，在模具钢市场交易和进 货时要重视质检环节，以免劣质钢材混入，导致企 业生产和经济效益受到损失。 ! 模具失效的基本情况 本模具挤压铝型材不到 *7 就发现模具模桥的 后侧出现裂纹而不能正常使用，属于不正常的早期 失效，模具实物照片如图 #，箭头所指处为模桥底部 最薄弱的部位，对称四桥的薄弱位置都可以见到宏 观裂纹，裂纹扩展方向如图 !箭头所示。 * 试验方法和实验结果 * $ # 宏观断口形貌 因模具并未有断裂，为便于分析，用电火花线 切割将未断裂部分切开后观察发现，断口凹凸不 ——————————————————— 收稿日期：!"""年 *月 -日 平，无明显的塑性变形痕迹，仔细观察，有些部分呈 人字型脆性纹路，裂纹源大多位于型腔 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面和模桥 底部危险截面上的应力集中处。 图 # 开裂失效凸模实物照片 图 ! 裂纹扩展方向 * $ ! 材料的化学成分和硬度测定 用常规化学分析法测定材料的化学成分，结果 见表 #。 万方数据 《模具工业》!""# $%& $ ’ 总 !’! ’( 表 # )#*钢的化学成分 +!" , - . /0 1 2 3 / .4 1 & 5 "$ *6 # $ "" " $ !7 " $ "!" " $ ""!6 8 $ !7 # $ !8 # $ "7 化学成分符合 9:#!((;78合金工具钢技术条 件对 ’.481 &/05 #+)#*-的规定。 用 )<#8"= 型洛氏硬度计测定钢基体硬度，硬 度为 ’*)<.，比通常采用的淬火、回火热处理硬度 要求 + ’6 > 8#)<. - ?! @低几个 )<. 单位。据了解，后 续渗氮工艺为 87" > 6""A B 6C D⋯⋯ D 6""A B 6C，渗氮温度最高达 6""A E显然是因渗氮工艺使基 体回火软化所致。 * $ * 金相分析 对模具用电火花线切割取样后经砂轮打磨，再 用一般的金相试样制备方法制取金相试样并观察： 基体为回火索氏体组织，这和 )#*钢淬回火后硬度 达到 ’*)<. 时所对应的组织是一致的，但在多处 视场中发现存在大量的疏松、气泡、夹杂物和偏析， 见图 *。在缩孔 +疏松 -、气泡、夹杂物的边缘以及模 具工作表面，特别是模桥底部四处的薄弱部位，随处 可见显微裂纹，如图 ’所示。甚至在电火花线切割加 工表面 E 用眼睛即可以见到孔隙，见图 *F 箭头所指 处，可见该模具材质的冶金质量不良。 图 * 冶金缺陷 未浸蚀 放大倍数 8"" B 万方数据 《模具工业》!""# $%& $ ’ 总 !’!(" 图 ’ 显微裂纹 浸蚀剂 ’)硝酸酒精溶液 *———夹杂物边缘萌生的裂纹 ("" + ,———夹杂物边缘萌生的裂纹 #"" + -———断口及其基体上的裂纹 #""" + .———断口及其基体上的裂纹 ("" + / $ ’ 电子探针分析 采用 012345//型电子探针对类似孔洞而外 形具有硅酸盐夹杂物特征的部位进行微区成分分 析，得到两种结果，一是成分与基体一致，另一结果 见表 !，这说明孔隙和硅偏析或硅酸盐类夹杂物同 时存在于钢中。 ’ 模具结构设计和强度校核 ’ $ # 模具结构设计 型材 6制品 7横截面积 ! 制品 8 # 95( $ #::!，挤 压筒横断面面积 ! 筒 8 !# ;!! $ ’5’::!，挤压比 " 8 ! 筒 < ! 制品 8 #/ $ "=，分流孔总面积!! 分流孔 8 #" /!9 $ 5#9::!，分流比 # 8! ! 分流孔 < ! 制品 8 9 $ #9，局部分流比长边 6短边 7 8 9 $ #/ 6 9 $ (9 7，挤压 筒直径! 8 #5"::，分流孔距挤压筒壁为 ! > ! $ (::。 ’ $ ! 模具强度校核 挤压力 8油压机主缸压力 +主缸柱塞端面面积： 8 #( + 6 # $ !"7! + / $ #’#9 < ’ 8 #9;9 $ ’9?% 6#7根据抗弯强度： $: @A 8 % 6 & < ! B", C 7# < ! 8 #/( $ ’9:: $: @A 为分流桥的最小高度，% 为两个危险截面之 间的距离，取 #(= $ /=/::。 实际工作应力： & 8 #9;9 $ ’9 < 6 !#;!! $ ’5’ D #"/!9 $ 5#97 8 #’9/E F* 取模具材料许用应力 B", C 8 # """E F*，将数据 代入得 $: @A 8 #/( $ ’9::。 考虑到根据抗弯强度校核是将桥看作简支梁， 而实际上是 ’个桥墩支承，即实际的工作应力要比 # ’9/E F* 小 ， 故 实 际 的 $: @A 取 值 可 以 比 表 ! 夹杂物成份分析结果 6!" ) 7 3G H@ 1* I 1J E A KL % @ " =( $ =( " $ "/ " $ "’ ( $ !’ " $ #= = $ !; " $ /5 万方数据 《模具工业》!""# $%& $ ’ 总 !’! (# # )《模具工业》为中国模具工业协会会刊、中文核心期刊， 是模具专业技术刊物。主要报道：各类模具的先进结构设计、 理论计算及模具科研成果；各类模具的先进制造工艺、模具新 材料及模具热处理方面的经验；模具 *+, - *+. 技术；模具 生产管理经验及各地模具行业活动情况，国外先进、实用的模 具技术 /由于涉及著作权，请用编译或摘译 0。 ! ) 稿件内容要重点突出，文章简明、通顺，层次清楚。凡 企业先进经验报道，应是经过一段时间的生产验证，情况属 实。撰稿人应是项目的参加者，或经参加者本人同意由他人执 笔报道者。文责由作者自负。 1 ) 来稿要求打印在 #2开单面纸上 /或附软盘及发 3 4 5678 0。标点符号应正确使用，标注应清楚。计量请用法定计量 单位，如压力用 .96、力用 % 等。外文用印刷体 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 写，并用铅 笔注明文种、大小写和正、斜体。模具专业名词术语应符合国 家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 ’ ) 来稿书写格式应规范，可参考本刊刊登的文章格式。第 #行写文章题目，第 !行写作者所在城市、单位、邮政编码及 姓名。每篇文章必须加 !""字左右的摘要以及 1 : ;个关键 词。正文中在相应位置留出插图空位，并画框，框中写图号、图 名及说明。图在正文外另附。 ( ) 文中插图请用墨线描好，线条粗细适中，以便照相制 版。图面大小一般应不超过标准 1号图纸。画法及标注应符合 国家制图标准。图中尽量不用汉字，而以数字和字母符号等代 替 /件号下不要横杠 0，可用铅笔书写，本刊要另贴件号。模具 装配图中螺钉、销钉等标准件尽量不标注件号。 2 ) 参考文献的格式与标点符号按标准规定誊抄。作者 # : 1人，其姓名可全部列出，中间用逗号；超过 1个者，列出 1 位作者后加“，等”。书写格式如下： <期刊 = 序号 作者姓名 ) 文题 ) 刊名，年份，卷 /期 0：起页 $ <书籍 = 序号 作者 /主编者 0 ) 书名 ) 版次 /第 #版不写 0 ) 出版地：出版单位，年 ) 起止页 ) > ) 来稿不符合本刊要求者，本刊先退请作者修改、精简、 补充或重抄后，再送审。 ; ) 来稿请自留底稿，无论刊登与否恕不退稿。收到本刊回 执后 2个月内未接到本刊录用通知时，作者可另投其他刊物， 但应先与本部联系。请勿一稿两投。 ? ) 来稿采用与否，均由本刊审稿员最后审定。依照著作权 法有关规定，本刊可以对来稿作文字修改、删节，作者若不同 意对内容作修改，务请在来稿中声明。 #" ) 来稿一经刊登，即酌致稿酬，并赠阅当期杂志。 ## ) 来稿应用纸袋封装，不要卷装，写清作者单位详细地 址 /包括省、市、路名及门牌号 0、工作部门、邮政编码、联系电 话、传真，挂号邮寄。 #1( $ ’255 小些。本模桥高取 ##255，可以认为是满 足要求。 / ! 0根据抗剪强度 ! @ ! 桥 - " 桥 A ! - ’ G ’’ $ 2’# G ##2 @ (;(. 96。 / 1 0根据抗拉强度 # 拉 @ $· %·&·’ " 拉 @ # 拉 - " 拉! <"B = 式中 &·’———模芯表面积 %———变形金属对模具的摩擦系数 " 拉———模芯受拉横截面面积 将数据代入计算得，模芯满足抗拉强度要求。 ’ $ 1 结构和强度校核小结 局部分流比分配不太恰当，模具强度设计满 足使用要求，但余量不大。 ( 模具早期开裂失效分析结论及讨论 由以上试验结果可以看出，造成该 H#1模具早 期开裂失效的主要原因是模具材料冶金质量低劣 所致。由于在模具表面、亚表面和内部存在大量的 气孔、夹杂物，在交变循环应力和复杂的工况条件 下，缺陷处萌生裂纹。在服役过程中，裂纹不断扩 展、交汇，最后导致宏观开裂而使模具早期失效。 但在模具设计制造和热处理方面也存在值得改 进的地方： / # 0针对目前 H#1供货渠道经常变化和材质质 量不稳定的情况，建议在模具强度设计时适当加大 余量。 / ! 0 在模具模桥底部的危险截面处均有较明显 的机加工刀痕，这些刀痕尖角引起的应力集中将十 分有利于疲劳裂纹的萌生，成为疲劳源。为提高材 料的疲劳抗力，应尽可能提高重要部位及危险截面 处的表面粗糙度质量。 / 1 0 渗氮工艺的实施应以不牺牲基材的硬度和 强韧性为前提，经过整体热处理和表面渗氮后，模具 基体硬度应确保在 ’; : (!HI* /考虑到材质因素， 建议取下限 0。 参 考 文 献 # 潘振鹏 $ 气门热精锻模具新材料新技术与系统工程 $ 金属热处理 J #???，/ ? 0 ! 上海模具技术研究所 $ 模具技术 $ 上海：上海交通大学 出版社 J #?;( $ """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 《模具工业》投稿须知 万方数据