為了更好地改善鋁擠壓模具的質量和提高其使用壽命,本文從模具材料的選擇、熱處理工藝、模具的優化設計與模具的科學使用四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。
一、模具材料的影響:
擠壓模具是在高溫高壓環境下作業,并要承受周期載荷的作用,因此對模具鋼的性能要求相當高,一般制造模具的材料應具有較高的熱穩定性、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重,近年來已被4Cr5MoSiV鋼取代。
與3Cr2W8V鋼相比,4Cr5MoSiV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;Cr、Mo元素,氮化處理時能生成豐富穩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4Cr5MoSi V鋼加工模具還是比較合適的。
二、熱處理工藝的影響:
要延長模具的使用壽命,熱處理工藝的優化與否甚為重要,影響熱處理質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。經過分析與實踐,下列熱處理工藝適合一般企業,能滿足4Cr5MoSiV鋼在高溫下的機械性能要求。
1、預熱。溫度600~630℃,保溫時間1.5~2h視模具大小而定,然后升溫到830~850℃,保溫1.5~2h,此工藝過程為淬火前的預處理,它能合理調整工件內部的微觀缺陷,為淬火準備必要的條件。
2、淬火。在預處理的基礎上,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。淬火后工件內部有較大的內應力,必須及時對工件進行回火,以消除淬火時產生的應力。為了避免工件開裂,回火前也應加熱均勻,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560~580℃,保溫時間為2h,隨后出爐空冷。
三、模具設計方案的影響:
模具設計的合理與否是延長其使用壽命的重要環節。擠壓鋁型材一般存在斷面不對稱和壁厚不相等現象,在設計模具時應給予重視,既要考慮??孜恢玫呐帕?,又要結合具體情況,通過改變??坠ぷ鲙У母叨葋砀纳平饘俚牧鲃有?。下面就模具設計中存在的一般問題略作分析:
1、對于壁厚不等的型材應采用不等長工作帶的設計方法。保證金屬流動的均勻性。
2、適當調整過渡圓角的半徑和工作帶長度,可以避免應力集中現象。
3、模孔尺寸的確定應綜合考慮型材性質和模具材料的收縮率。對于6063鋁合金和常用模具鋼4Cr5MoSiV,設計時模孔的收縮率應取1.01%~1.09%可根據模孔尺寸適當選取。
4、根據延伸系數確定??讛的?。模孔數目直接影響到延伸系數的大小,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,一般擠壓系數延伸系數宜在10~50。
5、合理布置??孜恢?。
四、模具使用方面的影響:
要延長模具壽命,科學地使用模具也是不容忽視的一個方面。由于模具的工作環境極為惡劣高溫高壓,生產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:
1、采用適宜的擠壓速度。在擠壓過程中,當擠壓速度過快時,會造成金屬流動不均勻,模具溫度較高等現象,如果此時金屬變形產生的余熱不能及時帶走,模具就可能因局部過熱而失效,當擠壓速度較適宜時,就避免了上述不良后果的發生,擠壓速度一般應控制在25mm/s以下。
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,此期間應采用低強度的作業方案,以使模具向平穩期過渡。模具使用中期,可適當提高使用強度,因為此時模具的綜合性能處在最佳狀態。到模具使用的后期,其內部組織已部分惡化,熱疲勞強度也較低,此時應適當降低模具的使用強度,以免在使用中出現不測。
3、使用前期對模具進行滲氮處理。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,以減少模具使用時的熱磨損。
五、結束語:
擠壓模具的使用壽命是一個綜合性的技術問題,以上介紹的四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最佳工藝和模具使用后及時修正,對延長模具壽命也至關重要。