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1、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)二二 O O 一四一四 年年 六月六月目 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
2、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.8Comment 微微微微1: 重点不突出Comment 微微微微2: 突出欧模 具的特色，不要泛泛而谈Comment 微微微微3: 该模具自身的特 点是什么？产生的实效形式有何特色？0欧离心铸造模具几种失效分析及改善林燕玲摘要：摘要：离心铸造在汽车缸套毛坯铸造行业中占了重要的地
3、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。 关键词：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
4、 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。1 欧模具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
5、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
6、，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。1（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
7、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
8、。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。
9、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
10、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Comment 微微微微4: 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Comment 微微微微5: 图的名臣要写全， 下同2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
11、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。图 3 蠕变断裂 图 4 韧窝 （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。3图 5 疲劳断裂（6）正断和切断 断口
12、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
13、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
14、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。 1.2.21.2.2 过量变形失效的失效机理过量变形失效的失效机理 4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
