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鋁型材擠壓模具的質量及合理使用

發布時間:2017-07-22 09:21 文章來源:未知 閱讀次數:
鋁型材擠壓模具的質量和合理使用對模具的使用壽命有很大影響,其中模具材料、模具設計方案、熱處理工藝以及模具在機臺的使用是重中之重,結合工廠的實際情況談一些淺顯的看法。
  1、鋁型材擠壓模具材料
  鋁型材擠壓模具是在高溫高壓狀態下作業,并要承受周期載荷的作用,因此對模具鋼的性能有相當高的要求,制造模具的材料應具有很好的熱穩定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。以前國內常采用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,已被優質模具鋼4Cr5MoSiV1(H13鋼)所取代。與3Cr2W8V鋼相比,4Cr5MoSiV1鋼具有兩個突出特點:一、有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力;二是含有較多的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。統計數字表明:用H13鋼和3Cr2W8V鋼制造同種模具,前者的使用壽命是后者的3~5倍。近年來,國內也已經開展相關研究,來開發更加適宜于熱壓力加工的模具用鋼材,包括傳統熔煉方式的鋼材以及粉末冶金方法制造的鋼材,有了實驗室的產品,但未能大規模產業化應用。
  2、鋁型材擠壓模具熱處理工藝
  延長鋁型材擠壓模具的使用壽命,熱處理工藝極為重要,影響熱處理質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及溫度均勻性等。結合各公司熱處理分析與實踐,下列工藝能滿足4Cr5MoSiV1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,把加熱溫度升高到1025±10℃,4Cr5 MoSiV1鋼對淬火溫度很敏感,且在高溫下的淬火性能優良,所以應對其實行高溫淬火。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,必須在1~2h內對工件進行回火,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'C,保溫時間為2h,隨后出爐空冷。
  3、  鋁型材擠壓模具設計方案的影響
  鋁型材擠壓模具設計的合理與否是延長其使用壽命的重要環節。擠壓鋁型材一般是形狀復雜壁厚不均勻等,模具設計既要考慮模孔位置的排列,又要結合具體情況考慮出料、調直、整形、修模的方便。模具模孔工作帶根據型材壁厚、離中心位遠近、懸壁長短、分流橋位置等設計不等長的工作帶來改善金屬的流動性。下面就模具設計中存在的一般問題簡略分析:
  (1) 對于壁厚不等的型材應采用不等長工作帶的方法設計,保證金屬流動的均勻性。
  (2) 適當調整模具加工的過渡圓角的半徑,以免出現應力集中現象。
  (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H13模具鋼,設計時模孔的收縮率應取1.01%左右。對不同壁厚及尺寸可以根據壓力平衡適當調整收縮率設計。
  (4) 根據擠壓系數和型材截面的外形等確定模孔數目。模孔數目直接影響到擠壓系數的大小,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,一般擠壓系數宜在10-120。
  (5) 合理布置模孔位置。在設計時,進料口或模孔應小于鋁棒直徑5mm以上,模具規格及鋁棒直徑越大,余量也需適當增大。否則導致死區金屬參與流動而影響制品表面質量。
  4、鋁型材擠壓模具使用方面的影響
  要延長鋁型材擠壓模具壽命,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。
  (2) 采用低-高-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,以免使用中出現模具變形、裂紋等缺陷。
  (3) 使用期間應對鋁型材擠壓模具進行反復滲氮處理。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,擠壓到一定的產量就要氮化處理,做好保養,否則模具極易裂橋或其它方面原因報廢,在模具服役期間應對之進行3-4次反復滲氮處理,一般要使滲氮層厚度達到0.15-0.20mm間。
  總之,鋁型材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4個方面只是其中的部分,在模具的加工制造中選擇最佳工藝和模具使用后及時修模和保養等,對延長模具壽命也很重要。希望以上簡要分析能起到拋磚引玉的作用,具體的細節工作需各工序人員不斷的總結經驗,在提高模具壽命方面不斷下功夫,以降低生產成本。

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