影响铝挤压模具寿命的因素分析简介
2006-10-17
摘要 : 围绕延长铝挤压模具寿命这一主题，从材料的选择、热处理工艺、模具的优化
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
及科学使用四个方面作了深入浅出的分析，并有针对性的给出了改进措施。
为了更好地改善铝挤压模具的质量和提高其使用寿命，本文从模具材料的选择、热处理工艺、模具的优化设计与模具的科学使用 4 个方面作了深入浅出的剖析，并有针对性地给出了切实可行的对策。
1 模具材料性能的影响
挤压模具是在高温高压环境下作业，并要承受周期载荷的作用，因此对模具钢的性能要求相当高，一般制造模具的材料应具有较高的热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。前些年国内常采用 3Cr2 W8 V 钢制造模具，但它的韧性低，抗疲劳强度不好，即使采用高温淬火等工艺处理措施亦不能满足要求，模具的早期失效十分严重，近年来已被 4Cr5 MoSi VI 钢 ( 又称 H13 钢，化学成分见表 1) 取代。与 3Cr2 W8 V 钢相比， 4Cr5 MoSi VI 钢具有以下两个突出特点 : 一有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力 ; 夏旗织中含有较多的 Cr 、 Mo 元素，氮化处理时能生成丰富稳定的氮化物并弥散分布。因此就延长模具使用寿命而言，选用 4Cr5 MoSi VI 钢加工模具还是比较合适的。统计数字表明，用 4Cr5 MoSi VI 钢和 3Cr2 W8 V 钢制造同种模具，前者的使用寿命是后者的 3-5 倍。
2 热处理工艺的影响
要延长模具的使用寿命，热处理工艺的恰当与否甚为重要，影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、淬火冷却速度和回火温度等。经过分析与实践，下列热处理工艺 ( 见图 1) 适合一般企业，能满足 4Cr5 MoSi V1 钢在高温下的机械性能要求。
(1) 预热。温度 600 - 630 ?，保温时间 1.5-2h( 视模具大小而定 ) ，然后升温到 830 一 850 ?，保温 1.5-2h ，此工艺过程为淬火前的预处理，它能合理调整工件内部的微观缺陷，为淬火准备必要的条件。
(2) 淬火。在预处理的基础上，把加热温度升高到 1040 - 108 ?，保温 2-2.5h 出炉油淬，待工件温度降到 130 ?左右从油中取出空冷。
(3) 回火。淬火后工件内部有较大的内应力，必须在 1 一 2h 内对工件进行回火，以消除淬火时产生的应力。为了避免工件开裂，回火前也应加热均匀，具体方法为 : 工件加热到 380~400 ?保温 1h ，再缓慢升温到 580 一 600 ?进行一次回火，保温时间为 2h ，然后出炉空冷至常温后进行二次回火，回火温度为 560 一 580'C ，保温时间为 2h ，随后出炉空冷。
针对上述热处理工艺，需要补充说明的是 : 由于 4Cr5 MoSi V1 钢对淬火温度很敏感，且在高温下的淬火性能优良，所以应对其实行高温淬火。
3 模具
设计方案
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的影响
模具设计的合理与否是延长其使用寿命的重要环节。挤压铝型材一般存在断面不对称和壁厚不相等现象，在设计模具时应给予重视，既要考虑模孔位置的排列，又要结合具体情况，通过改变模孔工作带的高度来改善金属的流动性。下面就模具设计中存在的一般问题略作分析 :
(1) 对于壁厚不等的型材应采用不等长工作带的方法设计。图 2 所示丁字型材通常依据经验公式 h,/ h2 一 b,/ b2 确定工作带高度，公式中 h,,hz 表示截面处相应工作带高度， bl 、 b2 表示截面处相应型材厚度，这种设计更能保证金属流动的均匀性。
(2) 适当调整过渡圆角的半径和工作带长度，可以避免应力集中现象。图 2 中 A 处过渡圆角流动阻力较大，金属不易充满，此处工作带的设计应稍小于正常值，而 B 处过渡圆角的流动阻力较小，金属易充满，对应的工作带长度应略大于正常值。
(3) 模孔尺寸的确定应综合考虑型材性质和模具材料的收缩率。对于 6063 铝合金和常用模具钢 4Cr5 MoSi VI ，设计时模孔的收缩率应取 1.O1%-1.09%( 可根据模孔尺寸适当选取 ) 。
(4) 根据延伸系数确定模孔数目。模孔数目直接影响到延伸系数的大小，挤压比过大会使挤压力超过正常值而损坏模具，过小则会使挤压制品的机械性能下降，一般挤压系数 ( 延伸系数 ) 宜在 10-500 。
(5) 合理布置模孔位置。在设计时不宜将模孔布置得过于靠近模具边缘，否则将会降低模具强度，导致死区金属参与流动而影响制品表面质量。
挤压角型材时，图 3 所示的模孔布置就比较适宜。
4 模具使用方面的影响
要延长模具寿命，科学地使用模具也是不容忽视的一个方面。由于模具的工作环境极为恶劣 ( 高温高压 ) ，生产中要采取一定的措施来确保它的组织性能。以下列出了要注意的 3 个重要方面 :
(1) 采用适宜的挤压速度。在挤压过程中，当挤压速度过快时，会造成金属流动不均匀，模具温度较高等现象，如果此时金属变形产生的余热不能及时带走，模具就可能因局部过热而失效，当挤压速度较适宜时，就避免了上述不良后果的发生，挤压速度一般应控制在
25mm/s 以下。
(2) 采用由低到高再到低的使用强度。模具刚进入服役期时，组织性能还处在浮动阶段，此期间应采用低强度的作业
方案
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，以使模具向平稳期过渡。模具使用中期，可适当提高使用强度，因为此时模具的综合性能处在最佳状态。到模具使用的后期，其内部组织已部分恶化，热疲劳强度也较低，此时应适当降低模具的使用强度，以免在使用中出现不测。
(3) 使用前期对模具进行反复渗氮处理。渗氮处理能使模具在保持足够韧性的情况下大大提高其表面硬度，以减少模具使用时的热磨损，但表面渗氮并不是一次性就能完成的，在模具服役期间应对之进行 3-4 次反复渗氮处理，一般要使渗氮层厚度达到 0.15-0.20mm 。 5 结束语
浙公网安备 33021202002483