挤压模具设计
提升挤压模寿命的方法
摘要： 模具的使用寿命一直是模具行业者关心的一个重要问题，特别是用于机器零件和型材挤压成形的成形模具的热挤压模。因其是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。故而热挤压模具的使用寿命并不是很长。通过以下这四个方法延长其使用寿命：
1、通过提升物理抗性的方法
2、通过制作工艺的方法
3、通过合理选材的方法
4、模具的科学使用
关键字：挤压模具 延长寿命 模具设计 1前言
延长挤压模具的使用寿命一直是铝加工企业十分关注的问题，模具寿命的长短直接影响到企业的生产效率及产品成本，采取哪些得力措施来延长模具的使用寿命，不少企业都有自己的独到之处。为了更好地改善铝挤压模具的质量和提高其使用寿命，本文从模具的材质选择、模具的优化设计、热处理工艺的选择与模具的科学使用四个方面作了剖析，并有针对性地提出切实可行的对策。 2影响因素分析 2.1 模具材料性能的影响
挤压模具是在高温高压下作业，并承受周期载荷的作用，因此对模具钢的性能要求相当高，一般制造模具的材料应具有热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。前些年国内常采用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，近年来已被优质模具钢4Cr5MoSiV1(H13钢，其化学成分见表1)所取代，与3Cr2W8V钢相比，4Cr5MoSiV1钢具有两个突出特点：一是有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力;.二是组织中含有较多的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。所以，就延长模具的使用寿命而言，选用H13钢加工模具还是比较合适的。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。
对在高温条件下磨损情况严重的热挤压模具，特别是挤压复杂形状工件的模具，有时采用高热强性的奥氏体型热强模具钢以及特种材料的镶块模具，特种镶块材料包括特种硬质合金、氧化铝及氧化锆陶瓷材料等。只有合理的选材才能使得热挤压模具拥有更长的使用寿命。 2.2模具设计方案的影响
模具设计的合理得当，是延长其使用寿命的重要环节。挤压铝型材一般存在断面不对称和壁厚不相等现象，在设计模具时应给予重视，既要考虑模孔位置的排列，又要结合具体情 1
挤压模具设计
况，通过改变模孔工作带的高度来改善金属的流动性。下面就模具设计存在的一般问题略作分析：
2.2.1对于壁厚不相等的型材，采用不等长工作带的方法设计。见图1的丁字型材，通常依据经验公式h1/h2=b1/b2来确定工作带的高度。
式中 h
1、h2----表示截面处的相应工作带高度;
b
1、b2----表示截面处的相应型材厚度。
因为这样设计更能保证金属流动的均匀性。
图1 壁厚不相等的丁字型材
2.2.2适当调整过渡圆角的半径和工作带长度，以避免应力集中现象。见图1，A处过渡圆角流动阻力较大，金属不易充满，此处工作带的设计应稍小于正常值，而B处过渡圆角的流动阻力就较小，金属易充满，对应的工作带长度应略大于正常值。
2.2.3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铝合金与常用模具钢4Cr5MoSiV1，设计时模孔的收缩率应取1.01%-1.09%(可根据模孔尺寸的大小适当选取)。
2.2.4根据延伸系数确定模孔数目。模孔数目直接影响到延伸系数的大小，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(延伸系数)宜在10-50之间。
2.2.5合理布置模孔位置。在设计时不宜将模孔布置得过于靠近边缘，否则将会降低模具强度，导致死区金属参与流动而影响制品表面质量。
热挤压模具的寿命与所挤压的材料、挤压比密切相关，当加工变形拉力大的金属材料或在高挤压比的情况下，凹模和心棒的寿命大为缩短。模具的润滑条件和冷却对模具寿命有很大的影响。故而在制作工程中应注意其制作工艺，这样才能延长热挤压模具的使用寿命。
2.3 热处理工艺的影响
挤压模具设计
因热挤压模具工作条件恶劣，模具受力复杂，因此要求具有比较高的高温强度和高温硬度、足够的抗疲劳性和耐磨性。所以通过提升其物理抗性使得热挤压模具拥有更好的高温强度和高温硬度、足够的抗疲劳性和耐磨性，就可以使得热挤压模具的使用寿命得到延长。
要延长模具的使用寿命，热处理工艺的恰当与否甚为重要，影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、淬火速度和回火温度等。经过分析与实践，下列热处理工艺适合一般企业，能满足4Cr5MoSiV1钢在高温下的机械性能要求。
2.3.1预热：温度为600-630℃，保温时间为1.5-2.Oh(视模具大小而定)，然后升温到830～850℃，保温1.5-2.Oh。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。
2.3.2淬火：在预处理的基础上，把加热温度升高到1040-1080℃，保温2-2.5h出炉油淬，待工件温度降到130℃左右时从油中取出空冷。
2.3.3回火：淬火后的模具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：把工件加热到380-400℃保温1小时左右再缓慢升温到580-600℃进行一次回火，保温时间为2.Oh，然后出炉空冷至常温后进行二次回火，回火温度为560-580℃，保温时间为2h，随后出炉空冷。 2.4 模具使用机制的影响
要延长模具的寿命，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。以下列出要注意的三个重要方面：
2.4.1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，挤压速度一般控制在25mm/s以下。
2.4.2采用低一高一低的使用强度。模具刚进入服役期时，组织性能还处在浮动阶段，此时应采用低强度的作业方案，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;到模具的使用后期，其内部组织已部分恶化，热疲劳强度也较低，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。 2.4.3使用前期对模具进行反复氮化处理。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，但表面氮化并不是一次性就能完成的，在模具服役期间，应对之进行3-4次反复渗氮处理，一般要使氮化层厚度达到0.15-0.20mm。 3结束语
挤压模具设计
挤压模具的使用寿命是一个综合性的技术问题，以上介绍的四个方面只是其中的部分，要全面理解模具使用寿命的含义，在模具的加工制造中选择最佳工艺和模具使用后的及时修正，对延长模具的寿命也至关重要。只有通过合理的选材，正确的制作工艺以及提升其物理抗性才能使得热挤压模具的使用寿命得到延长。 参考文献：
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