压铸模具的失效形式及提高其使用寿命的途径

1、中国新技术新产品2009NO .5and Products工业技术压铸模具的失效形式及提高其使用寿命的途径赖华清(常州信息职业技术学院，江苏常州213164摘要：分析了压铸模具在压铸过程中的几种失效形式和主要影响因素，从压铸模的合理设计、压铸模材料的合理选用、正确运用热处理技压铸模的表面强化技术和压铸模的正确使用、维护等方面探讨了提高压铸模寿命的途径。术、关键词：压铸模具；失效；使用寿命1引言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、高效的生产历来是人们方式。如何提高压铸模的使用寿命，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

2、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由于压铸过程中式，占压铸模失效的6070。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，从而导致压铸模的拉伸应力和塑失效。热疲劳裂纹是热循环应力、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。因此增加压铸模材料强韧性、

3、形成降低温度循环幅、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夹杂物集中区萌生，因此钢质洁净、显碳化物、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。模具钢中夹杂物的整体脆减少，韧性将明显提高。在实

4、际生产中，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高温金属液中杂质和熔损。此外在填充过程中，渣对压铸模成形表面会产生复杂的化学作用，产生化学腐蚀，熔融金属液逸出气泡使型腔发生气蚀，这些机械和化学磨损综合作用的结果都在加速表面的腐蚀和裂纹的产生。提高压铸模材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗侵蚀能力。3提高压铸模寿命的方法3.1压铸件结构设计要合理铸件壁厚设计应尽量均匀，避免产生热节和结构应力变型，并减少局部热量集中；在满足结构强度的前提

5、下应尽量采用薄壁结构；铸件的转角处应有适当的铸造圆角以避免在压铸模相应部位形成棱角，使该处产生裂纹和塌陷，同时也有利于改善填充条件；铸件上应尽量避免出现窄而深的凹穴等，以免压铸模的相应部位出现窄而高的凸台，使散热条件恶化，并因受冲断裂。铸件设计应考虑压铸模结构工击而弯曲、艺与制造工艺的可行性与合理性。3.2压铸模的设计要正确压铸模是根据压铸件的形状结构来设计的，压铸模的各种参数和零件形位公差的计算选取要准确，压铸模组成构件要有足够的刚度以承受锁模力和金属液充填时的反压力。设计浇注系统时应使熔化金属能平稳自由流入型减腔。要尽量防止金属液正面冲击或冲刷型芯，少浇口流入处受到冲蚀。浇注系统设计冷却水

6、通道系统应保证整个压铸模型腔表面的温度能均匀一致，且通道光滑和平整，多型腔压铸模中截面积、浇口和溢流口位置应相各浇道的长度、同。在成型压力与填充速度得以保障情况下，适当增大内浇口截面积会提高压铸模使用寿命。镶块的组合形式要能适应热处理的要求，易损部位处宜采用局部镶拼法以便更换等。3.3合理选取压铸模材料目前，用于压铸模的热作模具钢主要有铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢三类，其中使用最多的是3Cr2W8V 钢和H13钢(4Cr5MoSiV1。3Cr2W8V 钢是老牌热作模具钢，国产压铸模使用较多。这有7O 多年使用历史，是一种含钨量高达8%的热作模具钢，其回火抗力较高，热强度和高温耐腐蚀

7、性较好，但其韧热疲劳抗力、抗氧化性均较差，热膨胀率较性、大，难以适应现代压铸机的高温高压、快速温度循环的工作条件，因而在国外已趋淘汰；国外压铸模多用H13钢，这是美国研制的以合金元素铬为主的热作模具钢，它有良好的韧性、热疲劳抗力和抗氧化性，经过适当的表面处理后，其使用寿命可达到相当高的水平，现已成为成熟的压铸模具钢获得广泛应用，国外90%以上的压铸型腔模都是由H13钢制造。我们应加速推广H13钢优质压铸模材料的使用，并进一步加强压铸模材料的研究开发，在对国外优质压铸模材料消化吸收的基础上，开发出适合我国国情的优质压铸模具钢。压铸模钢的材质控制至关重要，制造压铸模的H13钢必须是钢质洁净，组织均

8、匀，偏析轻微，等向性好的优质钢。目前国内已能商品化生产H13钢，但在同样的压铸模设计及压铸条件下进口压铸模寿命远高于国产压铸模，这是由于国外优质H13钢的生产过程中采用了一系列先进工艺技术，如通过真空除气、电渣重熔等精炼技术提高洁净度，再通过多向轧制或反复墩锻及采用超细化处理技术，使H13钢具有优良的内在质量。优质H13钢的生产是使用上述先进工艺技术的组合，采用单一技术，倒如电渣重虽可有低的杂质含量，但不能达到熔的H13钢，优质钢的全面质量指标。因此运用先进冶炼工艺提供更多的高纯度压铸模具钢，是国内今后努力的方向之一。3.4正确的热处理工艺和表面强化处理技术热处理质量对压铸模使用寿命起十分重要

9、的作用。在热处理时应注意以下几点：(1锻件在未冷至室温时应进行球化退火。(2粗加工后、半精加工前，增设调质处理，并于精加工前，安排去应力回火。(3淬火时注意钢的临界点Ac1和Ac3及保温时间，防止奥氏体粗化。回火时按20mm h 保温，成型零件淬火后应采用多次的回火。为尽量减少热应力，压铸模在加热到淬火温度前必须进行分级多次预热。(4热处理时应注意防止型腔表面的脱碳，采用真空或保护气体氧化、变形和开裂。热处理，可以减少脱碳、采用表面强化技术提高压铸模表层的强度、耐磨性及耐蚀性，可以延长热裂纹萌生的孕育期，阻止热裂纹的扩展，由此提高压铸模的热疲劳寿命。目前最常用的是表面渗氮强化技术，氮化使压铸模

10、表面产生较硬的氮化层，此氮化层有很好的耐磨性和耐腐蚀性，能提高压铸模的耐热疲劳强度和降低摩擦系数，提高压铸模寿命，一般采用离子氮化或气体氮化。3.5合理维护使用压铸模生产前进行压铸模预热工作，有助于减少压铸模表面和熔融金属之间的温度差，降低型腔表层温度梯度和热应力，压铸模经受热冲击的危险性也随之变小。预热也可以增加压铸模材料的韧性。生产过程中，压铸模温度逐步升高，当温度过热时，会造成铸件产生缺陷、粘模或活动机构失灵。降低模温时需注意冷却温度这适宜，压铸模冷却剂需加热到5O 后再使用，样可以减少热裂。压铸模一般均应设置冷却通道，通进适量的冷却水以控制压铸模生产过程的温度变化。最好使用压铸模温控系

11、统，使压铸模在生产过程中保持在适当的工作温度范围内，压铸模寿命可以大大延长。经常保养可以使压铸模保持良好的使用状无论试模合格与否，均态。新压铸模在试模后，应在压铸模未冷却至室温的情况下，进行去应力回火。压铸模使用一段时间后应作除应力处理，采用比压铸模回火温度低305O 的温度保温2h 进行除应力回火，以防止压铸模长期受复杂应力相互作用而产生迭加导致压铸模扭曲变形，甚至开裂。4结束语现代压铸生产向高压、高速方向发展，对压铸模寿命提出了越来越高的要求，要提高压铸模寿命，首先应分析压铸模的失效形式，然后针-112-中国新技术新产品工业技术2009NO .5China New 中国新技术新产品双电源自

12、动切换装置的选用策略丁兴群（义乌供电局，浙江义乌322000）摘要：智能双电源装置就是这种在两路电源之间进行可靠切换、以保证供电的装置。当常用电源异常，智能双电源装置能自动切换到备用电源，智能双电源装置由开关本体和控制器两部分组成。开关本体由电机通过机械联锁机构控制常用电源的断路器和备用电源的断路器的如果出现异常应产生相应的切换。分合，进而控制电源的切换。控制器通过对电压的采样来判断电源是否异常，关键词：双电源自动切换装置；控制方式；选用策略随着供电可靠性要求的提高，反事故措施的日趋完善，越来越多的先进设备投入应用到供电系统中。双电源自动切换装置是一种由微处理器控制，用于电网系统中网电与网电或

13、网电与发电机电源启动切换的装置，可使电源连续源供电。过去的两路电源用户，在低压侧采用手动操作的双向隔离开关进行倒闸操作，因此常出现误操作而引起事故。目前投入使用的专用智能化设备，具有自投自复、自投不自复和电网发电机三种切换功能，对两路供电电源的三相电压有效值及相位进行实时检测，当任一相发生过压、欠压、缺相，能自动从异常电源切换到正常电源。目前，双电源自动切换装置在医院、宾馆和矿山等有广泛的应用。1双电源自动切换装置的动作处理1.1双电源自动切换装置的起动原因事故自动切换。由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方同时）进

14、行分合闸操作。式（串联、不正常情况自动切换。有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时二是工后，装置自行起动，并按自动方式进行切换。作电源开关误跳，由工作开关辅助接点起动装置，在切换条件满足时合上备用电源。1.2自动切换装置的切换过程当满足自动切换装置起动条件时，失压侧电源进线开关跳开，母联投入，恢复供电。2双电源自动切换开关的选用自动转换开关电器（ATSE ）是由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器组成，用于监测电源、并将电路从一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。ATSE 可分为PC 级和CB 级两个级别。PC 级ATSE 可分为由转换开关、电机

15、操作机构或电磁操转换控制器、联锁机构组成的PC 级ATSE 作机构、和由无短路保护的断路器、电动操作机构、转换控制器、联锁机构组成的PC 级ATSE 两种形式。CB 级ATSE 是由断路器、电机操作机构或电磁操作机构、转换控制器、联锁机构组成。目前用户中已大量使用智能型双电源自动切换开关，对防止误操作、提高供电可靠性起到了一目前用户中常用的系列智能型双电源自动定作用。切换开关有以下几类。2.1RWQ4系列智能型双电源自动切换开关（PC 级）智能型双电源自动切换开关由开关体和功换控制器两大部分组成。采用电磁驱动，切换控制器备用电源的交流220V 电源，的工作电源，采用主、对失效形式确定提高压铸模

16、寿命的措施。实践证明，合理设计压铸模结构及形状、正确选择压铸模材料、采用恰当的热处理工艺及表面强化处理、使压铸模在正常的工作条件下工作等措施，均能提高压铸模寿命。无需另外的控制电源。2.2JXQ5系列自动转换开关JXQ5系列自动转换开关由一个整体塑壳式隔离开关、一个执行机构及一个控制器组成。适用于实现将一个两路电源供电系统中。根据预定条件，负载或几个负载在两路电源之间自动转换；同时也适用于紧急供电系统，在转换电源期间中断向负载供电。该系列自动转换开关现应用于高层楼宇、邮工矿企业、船舶运输等需不间断供电的重电通讯、电气设备的双回路电源供要场所用户的线路设施、电系统的转换和隔离。通过自动或手动操作

17、，完成常用电源与备用电源之间的转换。在城市用电急剧增加的必然趋势下，更能满足对用电可靠性的更高要求。3CB 级双电源自动切换装置的选择性保护策略断路器或熔断器是CB 级双电源自动切换装置中的保护电器，而双电源自动切换装置的配电馈出回路的线路保护电器也是断路器或熔断器，存在由于双电源保护电器之间保护选择性的配合问题。自动切换装置的服务对象是一级负荷、一级负荷中二级负荷，所以CB 级双电源自动切换的重要负荷、装置须认真对待保护选择性的配合问题。CB 级双电源自动切换装置的断路器需与上、下级保护电器具有保护选择性。当CB 级双电源自动切换装置保护电器为熔断器，若馈出线路的保护电器亦为熔断器，并安装在

18、同一箱体内，为上下二级熔断器串联连接，如果熔断器之间的额定电流相差1.6倍或1.6倍以上，在达到额定通断能力为止的整个过电流范围内基本上能保护实现绝对选择性。双电源自动切换装置上、下级的保护电器的保护选择性应及时校验。4双电源自动切换装置主电路开关电器的极数选用策略4.1电源的接地型式均为TN-C 系统TN-C 系统中，中性导体的和保护的功能组合在一根导体中。国家标准GB50054-1995第2.2.12条规定：“在TN-C 系统中，PEN 线严禁接入开关设备。”；国家标准GB16895.3-2004（idtIEC60634-5-54:2002）建筑物电气装置第5-54部分：电气设备的选择和安

19、装接地配置、保护导体和保护联结导第543.3.3条规定：“在保护导体中，不应串入开体；IEC 标准IEC60634-4-46：1981建筑物关器件。”电气装置第4部分：安全防护第46章：隔离和开关第461.2条规定：“在TN-C 系统中，PEN 线不得被隔离或开关。”，所以双电源自动切换装置主电路开关电器的极数仅断电源线。即交流单相二线制采用单极；交流两相三线制采用两极；交流三相四线参考文献制采用三极；TN-C 直流系统引出L+和PEN （d.c. ）时采用单极开关断L+；TN-C 直流系统引出L+、L-和PEN （d.c. ）时采用两极开关L+、L-。4.2电源的接地型式均为TN-S 系统T

20、N-S 系统中，使用一根独立的保护导体。若两个电源的中性线接地点是通过同一总接地母线接地，按照IEC 标准IEC60364-4-46：1981第461.2条规定：“在TN-S 系统中，中性线线不需要隔离或双电源自动切换装置主电路开关电器的极开关。”若两个电源的中性数同TN-C 系统。TN-S 系统中，线接地点不是通过同一总接地母线接地，即二个独立的接地装置接地，在TN-S 系统中，中性线不设隔离或开关，则中性线有两个入地点，在装有剩余电ATSE 中性线需要隔离或开关。流保护器的电路中，国家标准GB50054-1995第4.5.6条规定：“在TT 或TN-S 系统中，N 线上不宜装设电器将N 线断开，当需要断开N 线是，应装设相线和N 线一起切断的保护电器。当装设漏电电流动作的保护电器时，应能将其所保护的回路所有带电导线断开。”4.3电源的接地型式分别为TN-S 系统和TT 系统TT 电源系统有一个直接接地，装置的外露可导电部分通过接地极接地，该接地极在电气上独立在TN-S 系统