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        影響鋁擠壓模具壽命的因素分析

        更新時間:2010-01-06點擊次數(shù):2557

        影響鋁擠壓模具壽命的因素分析

          【摘要】:圍繞延長鋁擠壓模具壽命這一主題,從材料的選擇、熱處理工藝、模具的優(yōu)化設(shè)計及科學(xué)使用四個方面作了深入淺出的分析,并有針對性的給出了改進措施。% \\# B) Z9 P$ @: F

        7 @6 g3 v- r* y1 o3 v  關(guān)鍵詞:擠壓模具;提高壽命;影響因素/ V) `& ]% r0 c9 Y

        ' k2 Q) p) y; @: |/ D  為了更好地改善鋁擠壓模具的質(zhì)量和提高其使用壽命,本文從模具材料的選擇、熱處理工藝、模具的優(yōu)化設(shè)計與模具的科學(xué)使用4個方面作了深入淺出的剖析,并有針對性地給出了切實可行的對策。
        & e1 ^$ ~, w) c. C0 c% ?+ e$ s) Obbs.cnal.com  1 模具材料性能的影響bbs.cnal.com; [7 e% w* i( D$ o! t8 O; c
          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。前些年國內(nèi)常采用3Cr2 W8 V鋼制造模具,但它的韌性低,抗疲勞強度不好,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,近年來已被4Cr5 MoSi VI鋼(又稱H13鋼,化學(xué)成分見表1)取代。與3Cr2 W8 V鋼相比,4Cr5 MoSi VI鋼具有以下兩個突出特點:一有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力;夏旗織中含有較多的Cr、Mo元素,氮化處理時能生成豐富穩(wěn)定的氮化物并彌散分布。因此就延長模具使用壽命而言,選用4Cr5 MoSi VI鋼加工模具還是比較合適的。統(tǒng)計數(shù)字表明,用4Cr5 MoSi VI鋼和3Cr2 W8 V鋼制造同種模具,前者的使用壽命是后者的3-5倍。! r1 X/ o7 g$ ^1 D" x( ]( e

         

          2 熱處理工藝的影響
        ; B: r5 H# m! D& ^  _  要延長模具的使用壽命,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、淬火冷卻速度和回火溫度等。經(jīng)過分析與實踐,下列熱處理工藝(見圖1)適合一般企業(yè),能滿足4Cr5 MoSi V1鋼在高溫下的機械性能要求。, ]; C" C) G+ q+ Z
          (1)預(yù)熱。溫度600 - 630℃,保溫時間1.5-2h(視模具大小而定),然后升溫到830一850℃,保溫1.5-2h,此工藝過程為淬火前的預(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。中國鋁業(yè)論壇6 z! G# o3 N/ D* `4 }9 L
          (2)淬火。在預(yù)處理的基礎(chǔ)上,把加熱溫度升高到1040 - 108℃,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。
        : f& R. E5 h; ~$ `% R3 ~  (3)回火。淬火后工件內(nèi)部有較大的內(nèi)應(yīng)力,必須在1一2h內(nèi)對工件進行回火,以消除淬火時產(chǎn)生的應(yīng)力。為了避免工件開裂,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580一600℃進行一次回火,保溫時間為2h,然后出爐空冷至常溫后進行二次回火,回火溫度為560一580'C,保溫時間為2h,隨后出爐空冷。# L" x- S8 Z1 C) }

         

          針對上述熱處理工藝,需要補充說明的是:由于4Cr5 MoSi V1鋼對淬火溫度很敏感,且在高溫下的淬火性能優(yōu)良,所以應(yīng)對其實行高溫淬火。7 q$ F& R2 w- a# p. N% s
          3 模具設(shè)計方案的影響
        5 G7 L6 s: k+ ^% A  模具設(shè)計的合理與否是延長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稱和壁厚不相等現(xiàn)象,在設(shè)計模具時應(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,通過改變模孔工作帶的高度來改善金屬的流動性。下面就模具設(shè)計中存在的一般問題略作分析:( W  I+ R& z4 o
          (1)對于壁厚不等的型材應(yīng)采用不等長工作帶的方法設(shè)計。圖2所示丁字型材通常依據(jù)經(jīng)驗公式h,/ h2一b,/ b2確定工作帶高度,公式中h,,hz表示截面處相應(yīng)工作帶高度,bl、b2表示截面處相應(yīng)型材厚度,這種設(shè)計更能保證金屬流動的均勻性。
        + ~! k# F4 }6 N* [% O  (2)適當(dāng)調(diào)整過渡圓角的半徑和工作帶長度,可以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。圖2中A處過渡圓角流動阻力較大,金屬不易充滿,此處工作帶的設(shè)計應(yīng)稍小于正常值,而B處過渡圓角的流動阻力較小,金屬易充滿,對應(yīng)的工作帶長度應(yīng)略大于正常值。
        " c" Z# h* O' J  O1 E: r

         

          (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。對于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5 MoSi VI,設(shè)計時模孔的收縮率應(yīng)取1.O1%-1.09%(可根據(jù)模孔尺寸適當(dāng)選取)。3 ^4 [3 q( F' G9 u' B1 F- v
          (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,擠壓比過大會使擠壓力超過正常值而損壞模具,過小則會使擠壓制品的機械性能下降,一般擠壓系數(shù)(延伸系數(shù))宜在10-500。1 S7 X0 n4 p0 n" x/ v
          (5)合理布置模孔位置。在設(shè)計時不宜將模孔布置得過于靠近模具邊緣,否則將會降低模具強度,導(dǎo)致死區(qū)金屬參與流動而影響制品表面質(zhì)量。
        $ ]# z  ]( \\* p, q中國鋁業(yè)論壇  擠壓角型材時,圖3所示的模孔布置就比較適宜。
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        2 m2 C5 s6 Z% }# \\  4 模具使用方面的影響
        . x* A$ u6 K. g% R' U0 X, x/ a( Y8 wbbs.cnal.com  要延長模具壽命,科學(xué)地使用模具也是不容忽視的一個方面。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確保它的組織性能。以下列出了要注意的3個重要方面:中國鋁業(yè)論壇( F% M% E0 G+ ?. b2 }5 P8 P
          (1)采用適宜的擠壓速度。在擠壓過程中,當(dāng)擠壓速度過快時,會造成金屬流動不均勻,模具溫度較高等現(xiàn)象,如果此時金屬變形產(chǎn)生的余熱不能及時帶走,模具就可能因局部過熱而失效,當(dāng)擠壓速度較適宜時,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。9 B7 g7 i6 Z' W' T! a3 _. M* Q- ]5 D
          (2)采用由低到高再到低的使用強度。模具剛進入服役期時,組織性能還處在浮動階段,此期間應(yīng)采用低強度的作業(yè)方案,以使模具向平穩(wěn)期過渡。模具使用中期,可適當(dāng)提高使用強度,因為此時模具的綜合性能處在*狀態(tài)。到模具使用的后期,其內(nèi)部組織已部分惡化,熱疲勞強度也較低,此時應(yīng)適當(dāng)降低模具的使用強度,以免在使用中出現(xiàn)不測。中國鋁業(yè)論壇5 y, k5 N$ e) n$ ?
          (3)使用前期對模具進行反復(fù)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)對之進行3-4次反復(fù)滲氮處理,一般要使?jié)B氮層厚度達到0.15-0.20mm。
        2 b! n! U% U, d# y  5 結(jié)束語
        . \\5 f" v: t& o' N- j  T2 n" A' M  擠壓模具的使用壽命是一個綜合性的技術(shù)問題,以上介紹的4個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*工藝和模具使用后及時修正,對延長模具壽命也至關(guān)重要。
         
        本主題由 wangying 于 2009-9-1 12:07 解除置頂
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