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延长挤压模具的寿命

延长挤压模具的寿命


为了更好地改善铝挤压模具的质量和提高其使用寿命,应该从模具材料的选择、热处理工艺、模具的优化设计与模具的科学使用四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。前些年我们常采用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4cr5mosiv钢取代。与3cr2w8v钢相比,4cr5mosiv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;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4cr5mosi v钢加工模具还是比较合适的。统计数字表明,用4cr5mosiv钢和3cr2w8v钢制造同种模具,前者的使用寿命是后者的2~4倍。
     2、 热处理工艺的影响: 要延长模具的使用寿命,热处理工艺的优化与否甚为重要,影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、冷却速度和回火温度等。经过分析与实践,下列热处理工艺适合一般企业,能满足4cr5mosiv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830~850℃,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,把加热温度升到1040~1080℃,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,必须及时对工件进行回火,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580~600℃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560~580℃,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4cr5mosiv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设计方法。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。 (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4cr5mosiv,设计时模孔的收缩率应取1.01%~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10~50。 (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。
    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,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、 总结: 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最佳工艺和模具使用后及时修正,对延长模具寿命也至关重要。

来源:江苏恒力炉业有限公司发表于:2013.07.28
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