影响铝挤压模具寿命的因素探讨

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:2

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摘要：本文从材质的选择、模具的优化设计、热处理工艺及科学使用四个方面作了深人浅出的分析，提出改进措施，延长模具寿命。
关键词：挤压模具延长寿命影响因素提高途径

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，近年来已被优质模具钢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，就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。

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。下面就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，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就较小，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4Cr5 MoSiV1，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的模孔布置就比较适宜。

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)。

(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。

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