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铝型材挤压模具的质量及合理使用

发布时间:2017-07-22 09:21 文章来源:未知 阅读次数:
铝型材挤压模具的质量和合理使用对模具的使用寿命有很大影响,其中模具材料、模具设计方案、热处理工艺以及模具在机台的使用是重中之重,结合工厂的实际情况谈一些浅显的看法。
  1、铝型材挤压模具材料
  铝型材挤压模具是在高温高压状态下作业,并要承受周期载荷的作用,因此对模具钢的性能有相当高的要求,制造模具的材料应具有很好的热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。以前国内常采用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,已被优质模具钢4Cr5MoSiV1(H13钢)所取代。与3Cr2W8V钢相比,4Cr5MoSiV1钢具有两个突出特点:一、有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力;二是含有较多的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。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。近年来,国内也已经开展相关研究,来开发更加适宜于热压力加工的模具用钢材,包括传统熔炼方式的钢材以及粉末冶金方法制造的钢材,有了实验室的产品,但未能大规模产业化应用。
  2、铝型材挤压模具热处理工艺
  延长铝型材挤压模具的使用寿命,热处理工艺极为重要,影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、淬火冷却速度和回火温度及温度均匀性等。结合各公司热处理分析与实践,下列工艺能满足4Cr5MoSiV1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,把加热温度升高到1025±10℃,4Cr5 MoSiV1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。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: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'C,保温时间为2h,随后出炉空冷。
  3、  铝型材挤压模具设计方案的影响
  铝型材挤压模具设计的合理与否是延长其使用寿命的重要环节。挤压铝型材一般是形状复杂壁厚不均匀等,模具设计既要考虑模孔位置的排列,又要结合具体情况考虑出料、调直、整形、修模的方便。模具模孔工作带根据型材壁厚、离中心位远近、悬壁长短、分流桥位置等设计不等长的工作带来改善金属的流动性。下面就模具设计中存在的一般问题简略分析:
  (1) 对于壁厚不等的型材应采用不等长工作带的方法设计,保证金属流动的均匀性。
  (2) 适当调整模具加工的过渡圆角的半径,以免出现应力集中现象。
  (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H13模具钢,设计时模孔的收缩率应取1.01%左右。对不同壁厚及尺寸可以根据压力平衡适当调整收缩率设计。
  (4) 根据挤压系数和型材截面的外形等确定模孔数目。模孔数目直接影响到挤压系数的大小,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,一般挤压系数宜在10-120。
  (5) 合理布置模孔位置。在设计时,进料口或模孔应小于铝棒直径5mm以上,模具规格及铝棒直径越大,余量也需适当增大。否则导致死区金属参与流动而影响制品表面质量。
  4、铝型材挤压模具使用方面的影响
  要延长铝型材挤压模具寿命,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。
  (2) 采用低-高-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,以免使用中出现模具变形、裂纹等缺陷。
  (3) 使用期间应对铝型材挤压模具进行反复渗氮处理。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,挤压到一定的产量就要氮化处理,做好保养,否则模具极易裂桥或其它方面原因报废,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间。
  总之,铝型材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4个方面只是其中的部分,在模具的加工制造中选择最佳工艺和模具使用后及时修模和保养等,对延长模具寿命也很重要。希望以上简要分析能起到抛砖引玉的作用,具体的细节工作需各工序人员不断的总结经验,在提高模具寿命方面不断下功夫,以降低生产成本。

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