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影響鋁擠壓模具壽命的因素探討

         發(fā)布時(shí)間:2023-02-22 14:38         點(diǎn)擊量:1476

1、前言
延長(zhǎng)擠壓模具的使用壽命一直是鋁加工企業(yè)十分關(guān)注的問(wèn)題,模具壽命的長(zhǎng)短直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品成本,采取哪些得力措施來(lái)延長(zhǎng)模具的使用壽命,不少企業(yè)都有自己的獨(dú)到之處。為了更好地改善鋁擠壓模具的質(zhì)量和提高其使用壽命,本文從模具的材質(zhì)選擇、模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱處理工藝的選擇與模具的科學(xué)使用四個(gè)方面作了剖析,并有針對(duì)性地提出切實(shí)可行的對(duì)策。

2、影響因素分析

2.1 模具材料性能的影響

擠壓模具是在高溫高壓下作業(yè),并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3Cr2W8V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(lái)已被****模具鋼4Cr5MoSiV1(H13鋼,其化學(xué)成分見(jiàn)表1)所取代,與3Cr2W8V鋼相比,4Cr5MoSiV1鋼具有兩個(gè)突出特點(diǎn):一是有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力;.二是組織中含有較多的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。所以,**延長(zhǎng)模具的使用壽命而言,選用H13鋼加工模具還是比較合適的。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明:用H13鋼和3Cr2W8V鋼制造同種模具,前者的使用壽命是后者的3~5倍。



                                                                  表1 4Cr5MoSiV1的化學(xué)成分
2.2 模具設(shè)計(jì)方案的影響

模具設(shè)計(jì)的合理得當(dāng),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(chēng)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??孜恢玫呐帕校忠Y(jié)合具體情況,通過(guò)改變模孔工作帶的高度來(lái)改善金屬的流動(dòng)性。下面**模具設(shè)計(jì)存在的一般問(wèn)題略作分析:

(1)對(duì)于壁厚不相等的型材,采用不等長(zhǎng)工作帶的方法設(shè)計(jì)。見(jiàn)圖1的丁字型材,通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式h1/h2=b1/b2來(lái)確定工作帶的高度。

式中 h1、h2----表示截面處的相應(yīng)工作帶高度;

b1、b2----表示截面處的相應(yīng)型材厚度。

因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)更能****金屬流動(dòng)的均勻性。



圖1 壁厚不相等的丁字型材
(2)適當(dāng)調(diào)整過(guò)渡圓角的半徑和工作帶長(zhǎng)度,以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。見(jiàn)圖1,A處過(guò)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(niǎo)處過(guò)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)??壮叽绲拇_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鋁合金與常用模具鋼4Cr5MoSiV1,設(shè)計(jì)時(shí)??椎氖湛s率應(yīng)取1.01%-1.09%(可根據(jù)模孔尺寸的大小適當(dāng)選?。?。

(4)根據(jù)延伸系數(shù)確定模孔數(shù)目。??讛?shù)目直接影響到延伸系數(shù)的大小,擠壓比過(guò)大會(huì)使擠壓力超過(guò)正常值而損壞模具,過(guò)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10-50之間。

(5)合理布置??孜恢谩T谠O(shè)計(jì)時(shí)不宜將??撞贾玫眠^(guò)于靠近邊緣,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。擠壓三角型材時(shí),圖2的??撞贾?*比較適宜。



圖2 角型材模孔布置

2.3 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、淬火速度和回火溫度等。經(jīng)過(guò)分析與實(shí)踐,下列熱處理工藝適合一般企業(yè),能滿足4Cr5MoSiV1鋼在高溫下的機(jī)械性能要求(見(jiàn)圖3)。



                                                    圖3   4Cr5MoSiV1鋼的熱處理工藝示意圖
(1)預(yù)熱:溫度為600-630℃,保溫時(shí)間為1.5-2.Oh(視模具大小而定),然后升溫到830~850℃,保溫1.5-2.Oh。此工藝過(guò)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。

(2)淬火:在預(yù)處理的基礎(chǔ)上,把加熱溫度升高到1040-1080℃,保溫2-2.5h出爐油淬,待工件溫度降到130℃左右時(shí)從油中取出空冷。

(3)回火:淬火后的模具內(nèi)部有較大的內(nèi)應(yīng)力,必須在1~2h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(kāi)裂,回火前也應(yīng)加熱均勻,具體方法為:把工件加熱到380-400℃保溫1小時(shí)左右再緩慢升溫到580-600℃進(jìn)行一次回火,保溫時(shí)間為2.Oh,然后出爐空冷至常溫后進(jìn)行二次回火,回火溫度為560-580℃,保溫時(shí)間為2h,隨后出爐空冷。

針對(duì)上述熱處理工藝,需要補(bǔ)充說(shuō)明的是:由于4Cr5MoSiVI(H13)鋼對(duì)淬火溫度很敏感(見(jiàn)圖4),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。



                                                                       圖4 淬火溫度與疲勞強(qiáng)度的關(guān)系
2.4 模具使用機(jī)制的影響

要延長(zhǎng)模具的壽命,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(lái)確保它的組織性能。以下列出要注意的三個(gè)重要方面:

(1)采用適宜的擠壓速度。在擠壓過(guò)程中,當(dāng)擠壓速度過(guò)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**可能因局部過(guò)熱而失效,當(dāng)擠壓速度較適宜時(shí),**避免了上述不良后果的發(fā)生,擠壓速度一般控制在25mm/s以下。

(2)采用低一高一低的使用強(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,此時(shí)應(yīng)采用低強(qiáng)度的作業(yè)方案,使模具向平穩(wěn)期過(guò)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);到模具的使用后期,其內(nèi)部組織已部分惡化,熱疲勞強(qiáng)度也較低,應(yīng)適當(dāng)降低模具的使用強(qiáng)度,以免使用中出現(xiàn)模具變形、裂紋等缺陷。

(3)使用前期對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)氮化處理。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,但表面氮化并不是一次性**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,一般要使氮化層厚度達(dá)到0.15-0.20mm。

3、結(jié)束語(yǔ)

擠壓模具的使用壽命是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題,以上介紹的四個(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****工藝和模具使用后的及時(shí)修正,對(duì)延長(zhǎng)模具的壽命也至關(guān)重要。