压铸模的功能梯度材料涂层性能分析

模铸是现代制造业的重要分支，应用于许多行业。压铸模具复杂，生产成本高，占压铸件生产成本的很大比例¨]。压铸模具的使用寿命直接影响铸件的生产成本、生产效率和质量。选择合适的模具材料很重要，但通常在模具表面进行处理，以延长模具的使用寿命。目前，主要的处理方法包括传统的处理技术、表面扩散技术、涂层和氮化物 涂层、扩散 涂层等，目前广泛应用于传统处理技术，传统处理技术相对成熟，成本很低，在一些要求不高的压铸中可以满足质量要求。随着科学技术的发展，对压铸件的质量要求越来越

到目前为止，梯度涂层的建模方法还不是很完善。梯度涂层主要采用分层法分为多层。细分层越多，越接近理论模型；还有一些FGM参数信息建模方法，但这些方法更为复杂。在一般要求较低的模型分析中，通常采用分层法，其他建模方法可用于高要求的模型分析。由于该模型的要求不是很高，梯度涂层的建模可以使该模型更接近理论模型。FGM涂层厚度为10 ptm，由于建模精细，软件分析计算时间过长。为了减少模型分析所需的时间，将涂层细分为5层，5层的参数逐渐变化。5层梯度涂层中涂层材料的百分比分别为20%、40%、60%和80% 0A、100％．在ANSYS本文主要以凹模为例，对涂层部分进行网格细化，使其更接近实际模型。模具材料是H13热作模具钢，弹性模量21l GPa，泊松比y-0.28热膨胀系数13.5×10ˉ6(20℃～650℃)，导热系数28.8 W(m/K)-1(650℃)选用梯度涂层材料TiN弹性模量450 GPa，去掉泊松比y-0.22、热膨胀系数4.8×10ˉ6(20 ℃～650℃)，导热系数64 W(m/K)叫(650℃)以铝合金压铸模为例，工作温度为650℃，压强以1×10 6Pa来计算。2.1有限元分析 通过有限元软件对温度场和应力分析建立模型并进行分析，FGM模具和无涂层FGM涂层模具的相关数据

从图3中的温度变化图可以看出，涂层模具的温度沿法律方向下降趋势快于无涂层模具。虽然模具内外表面温差不大，但模具的整体温度分布不同。普通模具从内表面向外表面的温度下降缓慢，而涂层模具的温度下降较快。这使得涂层模具靠近内表面的部分承受热应力小于无涂层模具，可以在一定程度上降低热应力，提高模具的使用寿命。图4显示了模具法von missstress变化图.含涂层的变化图von miss stress明显小于不含涂层的。

2.2不同涂层厚度的应力分析通常具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性好、高温稳定性好的特点[71。作为一种涂层材料，其在高温和腐蚀环境中的使用寿命比其他材料要长，并通过一定的方法在压铸模具表面涂层功能梯度材料来提高模具的表面性能。由于涂层材料的硬度较高，如果厚度过厚，在疲劳应力作用下容易产生裂纹，甚至分离，影响模具的表面质量。如果厚度太薄，表面性能的提高并不明显。图5和图6可以通过分析不同厚度涂层的模具应力和表面剪切力来获得。

从图5中可以看到涂层厚度从0.01 mm变化到0.002 mm当模具的**主应力从厚度变为0时.01 mm到0.004 mm当涂层厚度降低时，整体应力降低，但涂层厚度为0.002 mm相反，应力变大，模具内表面应力差异不大。模具表面应力沿法律方向逐渐减小，但当模具内某一点与内表面的距离超过一定值时，应力基本温和。图6显示了模具表面xˉy沿平面剪切力z轴向模具表面剪切力的变化图显示了剪切力先减小后增大的趋势。更小剪切力在不同厚度下差别不大，更大剪切力随厚度的降低而降低。涂层厚度为0.002 ITlm时比涂层厚度为0.004 rnm剪切力有增加的趋势。 结 论通过ANSYS软件分析数据显示：（1）在压铸模具表面涂覆适当的功能梯度材料涂层可以使温度场分布更加合理，缓解热应力，但梯度涂层对热应力的改善并不明显。由于涂层硬度高，耐磨性好，可有效延长模具的使用寿命。（2）涂层厚度与模具寿命密切相关，涂层过厚，在应力、冷热交替、冲刷、侵蚀条件下，涂层更容易开裂，甚至脱离模具，严重影响模具表面质量，降低模具使用寿命；涂层不应太薄，涂层太薄，模具性能不大。梯度涂层的性能参数和性能参数分析有限，许多研究人员需要进一步

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