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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。
1、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。統計數字表明，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。 針對上述熱處理工藝，需要補充說明的是:由于4Cr5MoSiV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。 3、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，既要考慮模孔位置的排列，又要結合具體情況，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)、根據延伸系數確定模孔數目。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)、合理布置模孔位置。在設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，導致死區金屬參與流動而影響制品表面質量。 4、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，但表面滲氮并不是一次性就能完成的，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。 5、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。 |