延長(zhǎng)擠壓模具的壽命

延長(zhǎng)擠壓模具的壽命

為了更好地改善鋁擠壓模具的質(zhì)量和提高其使用壽命，應(yīng)該從模具材料的選擇、熱處理工藝、模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)與模具的科學(xué)使用四個(gè)方面作了深入淺出的剖析，并有針對(duì)性地給出了切實(shí)可行的對(duì)策。
       1、  模具材料的影響：  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(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。前些年我們常采用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4Cr5MoSiV鋼取代。與3Cr2W8V鋼相比，4Cr5MoSiV鋼具有以下兩個(gè)突出特點(diǎn):一有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力;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。因此就延長(zhǎng)模具使用壽命而言，選用4Cr5MoSi V鋼加工模具還是比較合適的。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，用4Cr5MoSiV鋼和3Cr2W8V鋼制造同種模具，前者的使用壽命是后者的2～4倍。
     2、 熱處理工藝的影響： 要延長(zhǎng)模具的使用壽命，熱處理工藝的優(yōu)化與否甚為重要，影響熱處理質(zhì)量的主要因素有加熱速度、淬火溫度、冷卻速度和回火溫度等。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4Cr5MoSiV鋼在高溫下的機(jī)械性能要求。 (1)、預(yù)熱。溫度600 ～ 630℃，保溫時(shí)間1.5～2h(視模具大小而定)，然后升溫到830～850℃，保溫1.5～2h，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，把加熱溫度升到1040～1080℃，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(yīng)力，必須及時(shí)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，具體方法為工件加熱到380~400℃保溫1h，再緩慢升溫到580～600℃進(jìn)行一次回火，保溫時(shí)間為2h，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4Cr5MoSiV鋼對(duì)淬火溫度很敏感，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。
        3、 模具設(shè)計(jì)方案的影響 ：模具設(shè)計(jì)的合理與否是延長(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，既要考慮模孔位置的排列，又要結(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。下面就模具設(shè)計(jì)中存在的一般問(wèn)題略作分析:  (1)、對(duì)于壁厚不等的型材應(yīng)采用不等長(zhǎng)工作帶的設(shè)計(jì)方法。保證金屬流動(dòng)的均勻性。  (2)、適當(dāng)調(diào)整過(guò)渡圓角的半徑和工作帶長(zhǎng)度，可以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。 (3)、模孔尺寸的確定應(yīng)綜合考慮型材性質(zhì)和模具材料的收縮率。對(duì)于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5MoSiV，設(shè)計(jì)時(shí)模孔的收縮率應(yīng)取1.01%～1.09%(可根據(jù)模孔尺寸適當(dāng)選取)。 (4)、根據(jù)延伸系數(shù)確定模孔數(shù)目。模孔數(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。 (5)、合理布置模孔位置。在設(shè)計(jì)時(shí)不宜將模孔布置得過(guò)于靠近模具邊緣，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。
    4、　模具使用方面的影響 ：要延長(zhǎng)模具壽命，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。以下列出了要注意的3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，模具就可能因局部過(guò)熱而失效，當(dāng)擠壓速度較適宜時(shí)，就避免了上述不良后果的發(fā)生，擠壓速度一般應(yīng)控制在25mm/s以下。 (2)、采用由低到高再到低的使用強(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，此期間應(yīng)采用低強(qiáng)度的作業(yè)方案，以使模具向平穩(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最佳狀態(tài)。到模具使用的后期，其內(nèi)部組織已部分惡化，熱疲勞強(qiáng)度也較低，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低模具的使用強(qiáng)度，以免在使用中出現(xiàn)不測(cè)。(3)、使用前期對(duì)模具進(jìn)行滲氮處理。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(shí)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(yīng)對(duì)之進(jìn)行3～4次反復(fù)滲氮處理，一般要使?jié)B氮層厚度達(dá)到0.15～0.20mm。
        5、　總結(jié)： 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最佳工藝和模具使用后及時(shí)修正，對(duì)延長(zhǎng)模具壽命也至關(guān)重要。

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