影響鋁擠壓模具壽命的因素分析

更新時(shí)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(zhǎng)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(yōu)化設(shè)計(jì)及科學(xué)使用四個(gè)方面作了深入淺出的分析，并有針對(duì)性的給出了改進(jìn)措施。% \\# B） Z9 P$ @: F

　　關(guān)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(zhì)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(yōu)化設(shè)計(jì)與模具的科學(xué)使用4個(gè)方面作了深入淺出的剖析，并有針對(duì)性地給出了切實(shí)可行的對(duì)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(huán)境下作業(yè)，并要承受周期載荷的作用，因此對(duì)模具鋼的性能要求相當(dāng)高，一般制造模具的材料應(yīng)具有較高的熱穩(wěn)定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。前些年國(guó)內(nèi)常采用3Cr2 W8 V鋼制造模具，但它的韌性低，抗疲勞強(qiáng)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(yán)重，近年來已被4Cr5 MoSi VI鋼（又稱H13鋼，化學(xué)成分見表1）取代。與3Cr2 W8 V鋼相比，4Cr5 MoSi VI鋼具有以下兩個(gè)突出特點(diǎn):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(shí)能生成豐富穩(wěn)定的氮化物并彌散分布。因此就延長(zhǎng)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(tǒng)計(jì)數(shù)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(zhǎng)模具的使用壽命，熱處理工藝的恰當(dāng)與否甚為重要，影響熱處理質(zhì)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(jīng)過分析與實(shí)踐，下列熱處理工藝（見圖1）適合一般企業(yè)，能滿足4Cr5 MoSi V1鋼在高溫下的機(jī)械性能要求。, ]; C" C） G+ q+ Z
　　（1）預(yù)熱。溫度600 - 630℃，保溫時(shí)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(yù)處理，它能合理調(diào)整工件內(nèi)部的微觀缺陷，為淬火準(zhǔn)備必要的條件。中國(guó)鋁業(yè)論壇6 z! G# o3 N/ D* `4 }9 L
　　（2）淬火。在預(yù)處理的基礎(chǔ)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(nèi)部有較大的內(nèi)應(yīng)力，必須在1一2h內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行回火，以消除淬火時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。為了避免工件開裂，回火前也應(yīng)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(jìn)行一次回火，保溫時(shí)間為2h，然后出爐空冷至常溫后進(jìn)行二次回火，回火溫度為560一580'C，保溫時(shí)間為2h，隨后出爐空冷。# L" x- S8 Z1 C） }

　　針對(duì)上述熱處理工藝，需要補(bǔ)充說明的是:由于4Cr5 MoSi V1鋼對(duì)淬火溫度很敏感，且在高溫下的淬火性能優(yōu)良，所以應(yīng)對(duì)其實(shí)行高溫淬火。7 q$ F& R2 w- a# p. N% s
　　3　模具設(shè)計(jì)方案的影響
　　模具設(shè)計(jì)的合理與否是延長(zhǎng)其使用壽命的重要環(huán)節(jié)。擠壓鋁型材一般存在斷面不對(duì)稱和壁厚不相等現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)給予重視，既要考慮模孔位置的排列，又要結(jié)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(dòng)性。下面就模具設(shè)計(jì)中存在的一般問題略作分析:（ W I+ R& z4 o
　　（1）對(duì)于壁厚不等的型材應(yīng)采用不等長(zhǎng)工作帶的方法設(shè)計(jì)。圖2所示丁字型材通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(yīng)工作帶高度，bl、b2表示截面處相應(yīng)型材厚度，這種設(shè)計(jì)更能保證金屬流動(dòng)的均勻性。
　　（2）適當(dāng)調(diào)整過渡圓角的半徑和工作帶長(zhǎng)度，可以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。圖2中A處過渡圓角流動(dòng)阻力較大，金屬不易充滿，此處工作帶的設(shè)計(jì)應(yīng)稍小于正常值，而B處過渡圓角的流動(dòng)阻力較小，金屬易充滿，對(duì)應(yīng)的工作帶長(zhǎng)度應(yīng)略大于正常值。

　　（3）模孔尺寸的確定應(yīng)綜合考慮型材性質(zhì)和模具材料的收縮率。對(duì)于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5 MoSi VI，設(shè)計(jì)時(shí)模孔的收縮率應(yīng)取1.O1%-1.09%（可根據(jù)模孔尺寸適當(dāng)選取）。3 ^4 [3 q（ F' G9 u' B1 F- v
　　（4）根據(jù)延伸系數(shù)確定模孔數(shù)目。模孔數(shù)目直接影響到延伸系數(shù)的大小，擠壓比過大會(huì)使擠壓力超過正常值而損壞模具，過小則會(huì)使擠壓制品的機(jī)械性能下降，一般擠壓系數(shù)（延伸系數(shù)）宜在10-500。1 S7 X0 n4 p0 n" x/ v
　　（5）合理布置模孔位置。在設(shè)計(jì)時(shí)不宜將模孔布置得過于靠近模具邊緣，否則將會(huì)降低模具強(qiáng)度，導(dǎo)致死區(qū)金屬參與流動(dòng)而影響制品表面質(zhì)量。
　　擠壓角型材時(shí)，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(zhǎng)模具壽命，科學(xué)地使用模具也是不容忽視的一個(gè)方面。由于模具的工作環(huán)境極為惡劣（高溫高壓），生產(chǎn)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(gè)重要方面:中國(guó)鋁業(yè)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(dāng)擠壓速度過快時(shí)，會(huì)造成金屬流動(dòng)不均勻，模具溫度較高等現(xiàn)象，如果此時(shí)金屬變形產(chǎn)生的余熱不能及時(shí)帶走，模具就可能因局部過熱而失效，當(dāng)擠壓速度較適宜時(shí)，就避免了上述不良后果的發(fā)生，擠壓速度一般應(yīng)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(qiáng)度。模具剛進(jìn)入服役期時(shí)，組織性能還處在浮動(dòng)階段，此期間應(yīng)采用低強(qiáng)度的作業(yè)方案，以使模具向平穩(wěn)期過渡。模具使用中期，可適當(dāng)提高使用強(qiáng)度，因?yàn)榇藭r(shí)模具的綜合性能處在*狀態(tài)。到模具使用的后期，其內(nèi)部組織已部分惡化，熱疲勞強(qiáng)度也較低，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低模具的使用強(qiáng)度，以免在使用中出現(xiàn)不測(cè)。中國(guó)鋁業(yè)論壇5 y, k5 N$ e） n$ ?
　　（3）使用前期對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)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(shí)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(yīng)對(duì)之進(jìn)行3-4次反復(fù)滲氮處理，一般要使?jié)B氮層厚度達(dá)到0.15-0.20mm。
　　5　結(jié)束語
　　擠壓模具的使用壽命是一個(gè)綜合性的技術(shù)問題，以上介紹的4個(gè)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(shí)修正，對(duì)延長(zhǎng)模具壽命也至關(guān)重要。

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