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影響鋁擠壓模具壽命的原因
影響鋁擠壓模具壽命的原因
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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
 　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(wěn)定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。前些年國內(nèi)常采用3Cr2W8V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4Cr5MoSi VI鋼(又稱H13鋼，化學成分見表1)取代。與3Cr2 W8 V鋼相比，4Cr5 MoSiVI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(wěn)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4Cr5MoSi VI鋼加工模具還是比較合適的。統(tǒng)計數(shù)字表明，用4Cr5 MoSi VI鋼和3Cr2 W8V鋼制造同種模具，前者的使用壽命是后者的3-5倍。
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(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)過分析與實踐，下列熱處理工藝(見圖1)適合一般企業(yè)，能滿足4Cr5MoSi V1鋼在高溫下的機械性能要求。
　　(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(diào)整工件內(nèi)部的微觀缺陷，為淬火準備必要的條件。
(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(nèi)部有較大的內(nèi)應力，必須在1一2h內(nèi)對工件進行回火，以消除淬火時產(chǎn)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。
針對上述熱處理工藝，需要補充說明的是:由于4Cr5 MoSiV1鋼對淬火溫度很敏感，且在高溫下的淬火性能優(yōu)良，所以應對其實行高溫淬火。
3　模具設計方案的影
　模具設計的合理與否是延長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稱和壁厚不相等現(xiàn)象，在設計模具時應給予重視，既要考慮?？孜恢玫呐帕校忠Y(jié)合具體情況，通過改變?？坠ぷ鲙У母叨葋砀纳平饘俚牧鲃有浴Ｏ旅婢湍＞咴O計中存在的一般問題略作分析:
(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(jù)經(jīng)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(diào)整過渡圓角的半徑和工作帶長度，可以避免應力集中現(xiàn)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)?？壮叽绲拇_定應綜合考慮型材性質(zhì)和模具材料的收縮率。對于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5 MoSiVI，設計時模孔的收縮率應取1.O1%-1.09%(可根據(jù)?？壮叽邕m當選取)。
　　(4)根據(jù)延伸系數(shù)確定?？讛?shù)目。?？讛?shù)目直接影響到延伸系數(shù)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???的機械性能下降，一般擠壓系數(shù)(延伸系數(shù))宜在10-500
　　(5)合理布置?？孜恢谩Ｔ谠O計時不宜將?？撞贾玫眠^于靠近模具邊緣，否則將會降低模具強度，導致死區(qū)金屬參與流動而影響制品表面質(zhì)量。
擠壓角型材時，圖3所示的?？撞贾镁捅容^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(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個重要方面:
　(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(xiàn)象，如果此時金屬變形產(chǎn)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**后果的發(fā)生，擠壓速度一般應控制在25mm/s以下。(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(yè)方案，以使模具向平穩(wěn)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*佳狀態(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(xiàn)不測。
(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?jié)B氮層厚度達到0.15-0.20mm　
5　結(jié)束語
1　擠壓模具的使用壽命是一個綜合性的技術(shù)問題，以上介紹的4個方面只是其中的部分，要**理解模具使用壽命的含義，在模具的加工制造中選擇*佳工藝和模具使用后及時修正，對延長模具壽命也至關(guān)重要。