影響鋁擠壓模具壽命的因素分析

更新時間：2010-01-06

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影響鋁擠壓模具壽命的因素分析

　　【摘要】：圍繞延長鋁擠壓模具壽命這一主題，從材料的選擇、熱處理工藝、模具的優化設計及科學使用四個方面作了深入淺出的分析，并有針對性的給出了改進措施。% \\# B） Z9 P$ @: F

　　關鍵詞:擠壓模具;提高壽命;影響因素/ V） `& ]% r0 c9 Y

　　為了更好地改善鋁擠壓模具的質量和提高其使用壽命，本文從模具材料的選擇、熱處理工藝、模具的優化設計與模具的科學使用4個方面作了深入淺出的剖析，并有針對性地給出了切實可行的對策。
　　1 模具材料性能的影響bbs.cnal.com; [7 e% w* i（ D$ o! t8 O; c
　　擠壓模具是在高溫高壓環境下作業，并要承受周期載荷的作用，因此對模具鋼的性能要求相當高，一般制造模具的材料應具有較高的熱穩定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。前些年國內常采用3Cr2 W8 V鋼制造模具，但它的韌性低，抗疲勞強度不好，即使采用高溫淬火等工藝處理措施亦不能滿足要求，模具的早期失效十分嚴重，近年來已被4Cr5 MoSi VI鋼（又稱H13鋼，化學成分見表1）取代。與3Cr2 W8 V鋼相比，4Cr5 MoSi VI鋼具有以下兩個突出特點:一有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力;夏旗織中含有較多的Cr、Mo元素，氮化處理時能生成豐富穩定的氮化物并彌散分布。因此就延長模具使用壽命而言，選用4Cr5 MoSi VI鋼加工模具還是比較合適的。統計數字表明，用4Cr5 MoSi VI鋼和3Cr2 W8 V鋼制造同種模具，前者的使用壽命是后者的3-5倍。! r1 X/ o7 g$ ^1 D" x（ ]（ e

　　2　熱處理工藝的影響
　　要延長模具的使用壽命，熱處理工藝的恰當與否甚為重要，影響熱處理質量的主要因素有加熱速度、淬火溫度、淬火冷卻速度和回火溫度等。經過分析與實踐，下列熱處理工藝（見圖1）適合一般企業，能滿足4Cr5 MoSi V1鋼在高溫下的機械性能要求。, ]; C" C） G+ q+ Z
　　（1）預熱。溫度600 - 630℃，保溫時間1.5-2h（視模具大小而定），然后升溫到830一850℃，保溫1.5-2h，此工藝過程為淬火前的預處理，它能合理調整工件內部的微觀缺陷，為淬火準備必要的條件。中國鋁業論壇6 z! G# o3 N/ D* `4 }9 L
　　（2）淬火。在預處理的基礎上，把加熱溫度升高到1040 - 108℃，保溫2-2.5h出爐油淬，待工件溫度降到130℃左右從油中取出空冷。
　　（3）回火。淬火后工件內部有較大的內應力，必須在1一2h內對工件進行回火，以消除淬火時產生的應力。為了避免工件開裂，回火前也應加熱均勻，具體方法為:工件加熱到380~400℃保溫1h，再緩慢升溫到580一600℃進行一次回火，保溫時間為2h，然后出爐空冷至常溫后進行二次回火，回火溫度為560一580'C，保溫時間為2h，隨后出爐空冷。# L" x- S8 Z1 C） }

　　針對上述熱處理工藝，需要補充說明的是:由于4Cr5 MoSi V1鋼對淬火溫度很敏感，且在高溫下的淬火性能優良，所以應對其實行高溫淬火。7 q$ F& R2 w- a# p. N% s
　　3　模具設計方案的影響
　　模具設計的合理與否是延長其使用壽命的重要環節。擠壓鋁型材一般存在斷面不對稱和壁厚不相等現象，在設計模具時應給予重視，既要考慮模孔位置的排列，又要結合具體情況，通過改變模孔工作帶的高度來改善金屬的流動性。下面就模具設計中存在的一般問題略作分析:（ W I+ R& z4 o
　　（1）對于壁厚不等的型材應采用不等長工作帶的方法設計。圖2所示丁字型材通常依據經驗公式h,/ h2一b,/ b2確定工作帶高度，公式中h,,hz表示截面處相應工作帶高度，bl、b2表示截面處相應型材厚度，這種設計更能保證金屬流動的均勻性。
　　（2）適當調整過渡圓角的半徑和工作帶長度，可以避免應力集中現象。圖2中A處過渡圓角流動阻力較大，金屬不易充滿，此處工作帶的設計應稍小于正常值，而B處過渡圓角的流動阻力較小，金屬易充滿，對應的工作帶長度應略大于正常值。

　　（3）模孔尺寸的確定應綜合考慮型材性質和模具材料的收縮率。對于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5 MoSi VI，設計時模孔的收縮率應取1.O1%-1.09%（可根據模孔尺寸適當選取）。3 ^4 [3 q（ F' G9 u' B1 F- v
　　（4）根據延伸系數確定模孔數目。模孔數目直接影響到延伸系數的大小，擠壓比過大會使擠壓力超過正常值而損壞模具，過小則會使擠壓制品的機械性能下降，一般擠壓系數（延伸系數）宜在10-500。1 S7 X0 n4 p0 n" x/ v
　　（5）合理布置模孔位置。在設計時不宜將模孔布置得過于靠近模具邊緣，否則將會降低模具強度，導致死區金屬參與流動而影響制品表面質量。
　　擠壓角型材時，圖3所示的模孔布置就比較適宜。

　　4　模具使用方面的影響
　　要延長模具壽命，科學地使用模具也是不容忽視的一個方面。由于模具的工作環境極為惡劣（高溫高壓），生產中要采取一定的措施來確保它的組織性能。以下列出了要注意的3個重要方面:中國鋁業論壇（ F% M% E0 G+ ?. b2 }5 P8 P
　　（1）采用適宜的擠壓速度。在擠壓過程中，當擠壓速度過快時，會造成金屬流動不均勻，模具溫度較高等現象，如果此時金屬變形產生的余熱不能及時帶走，模具就可能因局部過熱而失效，當擠壓速度較適宜時，就避免了上述不良后果的發生，擠壓速度一般應控制在25mm/s以下。9 B7 g7 i6 Z' W' T! a3 _. M* Q- ]5 D
　　（2）采用由低到高再到低的使用強度。模具剛進入服役期時，組織性能還處在浮動階段，此期間應采用低強度的作業方案，以使模具向平穩期過渡。模具使用中期，可適當提高使用強度，因為此時模具的綜合性能處在*狀態。到模具使用的后期，其內部組織已部分惡化，熱疲勞強度也較低，此時應適當降低模具的使用強度，以免在使用中出現不測。中國鋁業論壇5 y, k5 N$ e） n$ ?
　　（3）使用前期對模具進行反復滲氮處理。滲氮處理能使模具在保持足夠韌性的情況下大大提高其表面硬度，以減少模具使用時的熱磨損，但表面滲氮并不是一次性就能完成的，在模具服役期間應對之進行3-4次反復滲氮處理，一般要使滲氮層厚度達到0.15-0.20mm。
　　5　結束語
　　擠壓模具的使用壽命是一個綜合性的技術問題，以上介紹的4個方面只是其中的部分，要全面理解模具使用壽命的含義，在模具的加工制造中選擇*工藝和模具使用后及時修正，對延長模具壽命也至關重要。

本主題由 wangying 于 2009-9-1 12:07 解除置頂