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          影响铝挤压模具寿命的因素探讨

          发布时间:2012/3/9 9:47:45  打印本页 || 关闭窗口

          影响铝挤压模具寿命的因素探讨

          1、前言
            延长挤压模具的使用寿命一直是铝加工企业十分关注的问题,
          模具寿命的长短直接影响到企业的生产效率及产品成本,采取哪些得力措施来延长模具的使用寿命,不少企业都有自己的独到之处。为了更好地改善铝挤压模具的质量和提高其使用寿命,本文从模具的材质选择、模具的优化设计、热处理工艺的选择与模具的科学使用四个方面作了剖析,并有针对性地提出切实可行的对策。

            2、影响因素分析

            2.1 模具材料性能的影响

            挤压模具是在高温高压下作业,并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3Cr2W8V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****模具钢4Cr5MoSiV1(H13钢,其化学成分见表1)所取代,与3Cr2W8V钢相比,4Cr5MoSiV1钢具有两个突出特点:一是有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力;.二是组织中含有较多的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。所以,**延长模具的使用寿命而言,选用H13钢加工模具还是比较合适的。统计数字表明:用H13钢和3Cr2W8V钢制造同种模具,前者的使用寿命是后者的3~5倍。

            


                                                                              表1 4Cr5MoSiV1的化学成分
            2.2
          模具设计方案的影响

            模具设计的合理得当,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**模具设计存在的一般问题略作分析:

            (1)对于壁厚不相等的型材,采用不等长工作带的方法设计。见图1的丁字型材,通常依据经验公式h1/h2=b1/b2来确定工作带的高度。

            式中 h1、h2----表示截面处的相应工作带高度;

            b1、b2----表示截面处的相应型材厚度。

            因为这样设计更能****金属流动的均匀性。

            


            图1 壁厚不相等的丁字型材
            (2)适当调整过渡圆角的半径和工作带长度,以避免应力集中现象。见图1,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铝合金与常用模具钢4Cr5MoSiV1,设计时模孔的收缩率应取1.01%-1.09%(可根据模孔尺寸的大小适当选取)。

            (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10-50之间。

            (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。挤压三角型材时,图2的模孔布置**比较适宜。

            


            图2 角型材模孔布置

          2.3 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、淬火速度和回火温度等。经过分析与实践,下列热处理工艺适合一般企业,能满足4Cr5MoSiV1钢在高温下的机械性能要求(见图3)。

            


                                                                图3   4Cr5MoSiV1钢的热处理工艺示意图
            (1)预热:温度为600-630℃,保温时间为1.5-2.Oh(视模具大小而定),然后升温到830~850℃,保温1.5-2.Oh。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1040-1080℃,保温2-2.5h出炉油淬,待工件温度降到130℃左右时从油中取出空冷。

            (3)回火:淬火后的模具内部有较大的内应力,必须在1~2h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:把工件加热到380-400℃保温1小时左右再缓慢升温到580-600℃进行一次回火,保温时间为2.Oh,然后出炉空冷至常温后进行二次回火,回火温度为560-580℃,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4Cr5MoSiVI(H13)钢对淬火温度很敏感(见图4),且在高温下的淬火性能优良,所以应对其实行高温淬火。

            


                                                                                   图4 淬火温度与疲劳强度的关系
            2.4 模具使用机制的影响

            要延长模具的寿命,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。以下列出要注意的三个重要方面:

            (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**可能因局部过热而失效,当挤压速度较适宜时,**避免了上述不良后果的发生,挤压速度一般控制在25mm/s以下。

            (2)采用低一高一低的使用强度。模具刚进入服役期时,组织性能还处在浮动阶段,此时应采用低强度的作业方案,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****状态;到模具的使用后期,其内部组织已部分恶化,热疲劳强度也较低,应适当降低模具的使用强度,以免使用中出现模具变形、裂纹等缺陷。

            (3)使用前期对模具进行反复氮化处理。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,但表面氮化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,一般要使氮化层厚度达到0.15-0.20mm。

            3、结束语

            挤压模具的使用寿命是一个综合性的技术问题,以上介绍的四个方面只是其中的部分,要全面理解模具使用寿命的含义,在模具的加工制造中选择****工艺和模具使用后的及时修正,对延长模具的寿命也至关重要。

          成都卫达机械制造有限公司

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