提高鋁材擠壓模具利用 壽命的八年夜 辦法

1、 擠壓工模具的使用壽命

擠壓模具因磨損或其他掉 效情勢 ，終致不行修復而報廢之前所能承受的擠壓的總次數(shù)或經(jīng)由過程 擠壓鑄錠的總個數(shù)(也可用經(jīng)由過程 產(chǎn)物 的總長度或總品量暗示)，稱之為擠壓工模具的使用壽命。

工模具在報廢之前，可能呈現(xiàn)初期 掉 效。但在絕年夜 多半 情況下，經(jīng)由過程 公道 的批改 后還能繼續(xù)使用。工模具在第一次修復之前，或兩次修復之間所經(jīng)由過程 的擠壓鑄錠數(shù)(產(chǎn)物 的質(zhì)量或長度)稱為中心壽命。

擠壓工模具答應 修復的次數(shù)是有限的，在出產(chǎn)實踐中，擠壓東西一般可修復2～3次(反復 熱處置一般只答應 一次)；平面模和穿孔針可修復3～5次，乃至 高達l0次以上；組合模最多可修復3～4次。工模具的中心壽命越高，答應 修復的次數(shù)越多，則使用壽命就越長。

因為 擠壓工模具的外形 復雜，構造 各別 ，而且工作條件和用處 各不不異，答應 誤差 尺度 (尺寸精度、外面 狀況 等)也紛歧 樣。是以 ，要準確地、定量地界說 出工模具的壽命是難題 的。所謂工模具的使用壽命，現(xiàn)實 上只是一個年夜 致的整體 的概念。

提高工模具壽命，本色 上意味著與掉 效作斗爭。按工模具掉 效發(fā)生時候 的遲早，年夜 致可分為初期 掉 效和正常掉 效。一般來講 ，工模具的沖擊碎裂 、塑性變形、粘附及過早的磨損和熱裂、細頸或拉斷、壓彎等均屬初期 掉 效，而在工模具到達 正常平均壽命程度 以后 的磨損和熱裂，則屬正常掉 效。表4—5—1為某廠輕合金擠壓車間按磨損和裂紋較量爭論 模具使用壽命的現(xiàn)實 情況。從表可看出，熱擠壓模具報廢件中，磨損約占90%，裂紋占10%閣下 ，空心型材模具的裂紋所占比例比實心產(chǎn)物 模具的年夜 ，如以擠出總長度來暗示模具的使用壽命，則空心件模具年夜 約是實心件模具的一半。表4—5—2則為日本某廠模具初期 掉 效的實例。

表4—5—1按磨損和裂紋統(tǒng)計的擠壓模具使用壽命表

模具類型

報廢緣由

指標

實心型材模

空心型材模

磨損

裂紋

磨損

裂紋

報廢緣由 比率/%

92.6

7.2

88.6

11.4

壽命

平均擠壓長度/km

尺度 誤差 /km

27.06

7.43

12.6

9.81

17.09

3.78

10.2

4.72

取樣數(shù)

155

12

271

35

表4—5—2日本有關模具初期 掉 效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(平均)表

掉 效緣由

百分比/%

熱處置欠妥

模具設計不公道

模具材質(zhì)不良

模具加工方式 不當

使用條件欠安

對模具材料特征 缺少 熟悉

下料欠妥

選材欠妥

其他(磨削、焊接、組裝不良、外面 處置欠妥 等)

44

10

7

7

7

5

3

3

14

2、 影響擠壓工模具使用壽命的主要身分

影響擠壓工模具使用壽命的身分 很多，歸納綜合 起來可分為兩年夜 類。一類是外因，即東西工作時的外界的情況 和外部條件。另外一 類是內(nèi)因，即工模具自己 的構造 和使用機能 。內(nèi)因取決于工模具的設計、材料選擇和全部 加工工藝，包孕 冶金、鑄造 、熱處置、機加工和電加工等進程 。材料和所有的加工工藝身分 ，終究 反映到工模具的加工精度、外面 粗拙 度、晶粒度年夜 小、碳化物偏析、夾雜物含量及散布 ，和 硬度、強度、韌性、耐磨性、熱不變性和耐熱疲憊 性等指標上。這些指標決議了工模具的使用機能 。

綜合年夜 量的資料和按照持久出產(chǎn)實踐的經(jīng)驗，可將影響擠壓工模具使用壽命的身分 歸納為以下 幾個方面：

(1)工模具的構造 設計與強度校核；

(2)工模具材料；

(3)冷、熱加工與電加工工藝；

(4)熱處置與外面 處置工藝；

(5)擠壓工藝與使用條件；

(6)保護 與補綴 ；

(7)擠壓產(chǎn)物 材料特征 和外形 、規(guī)格；

(8)科學辦理。

此中(1)～(4)屬于內(nèi)涵 身分 ，(5)～(8)為外在身分 。一般來講 ，只要上述幾個方面根基 處置適合 ，工模具的使用壽命便可 到達 正常程度 。反之，若是有一個方面或幾個方面處置欠妥 ，例如工模具構造 設計不公道 、選材欠妥 或材質(zhì)欠安 、加工方式 或加工工藝不公道 、熱處置或外面 處置方式 欠妥 、模具的安裝或裝備 精度差、使用保護 欠妥 、加工精度不敷 、外面 狀況 不良、組合裝配不公道 等，則可能發(fā)生初期 掉 效。一樣 ，若是在上述所列各身分 中，在某一方面或某幾個方面經(jīng)由過程 采取 新材料、新工藝、新手藝 ，獲得 某種成心 義的沖破 ，則有可能使工模具的壽命年夜 幅度提高，到達 先輩 程度 。

影響工模具的壽命的諸身分 是相互 影響，彼此制約又互為彌補、互為增進 的，一種影響身分 又會觸及 到其他方面的身分 。是以 ，應把影響工模具壽命的諸身分 作為一個有機的整體來對待 ，看成 一個系統(tǒng)工程問題來進行接頭。擠壓工場 中常見的引發(fā) 工模具報廢的主要身分 示于圖4—5—38。

圖4—5—38擠壓工模具報廢因果圖

3、 提高工模具使用壽命的主要路子

擠壓工模具的使用壽命常常 是決議某一工藝方式 或某一產(chǎn)物 是不是 經(jīng)濟可行的要素。是以 ，國表里 很多 學者都致力于提高擠壓工模具壽命的研究。然則 ，如上所述，工模具壽命的影響身分 很多，是一個復雜的多身分 的綜合性問題，所以，只有從理論上和實踐上系統(tǒng)地深切 地研究工模具的工作條件、掉 效特征和緣由 ，把握 工模具材料的成份 、組織、機能 三者之間的關系，闡明工模具設計、加工和使用的全進程 ，才能真正找到提高某種具體工模具壽命的辦法 。一般來講 ，為了提高工模具的使用壽命應從以下幾個方面著手展開 工作。

1．公道 設計工模具

只有工模具設計公道 ，才能充實闡揚材料應有的效能，這是避免 工模具初期 掉 效的根蒂根基 。若是工模具設計自己 不克不及 包管 足夠的強度和韌性，那末 ，必定 會使工模具因過載而初期 掉 效。準確 設計的工模具構造 ，應包管 在正常使用條件下，沒有發(fā)生 沖擊碎裂 和應力集中的可能。工模具的強度和使用壽命起首 是由足夠的尺寸來包管 的，但工模具的尺寸主要由產(chǎn)物 尺寸所決議，受裝備 安裝空間的限制和其他身分 的影響。

在設計工模具時，應盡量使各部門受力平均 ，留意 避免尖角、內(nèi)凹角、壁厚差差異 、扁寬薄壁截面等，以免發(fā)生 過年夜 的應力集中，引發(fā) 熱處置變形、開裂和使用進程 中脆性碎裂 或初期 熱裂。另外 ，還應斟酌 工模具的剛性。為了便于交換 、保管和維修、尺度 化設計也是十分主要 的。

擠壓模具的優(yōu)化設計是獲得經(jīng)濟而公道 模具的主要 手段。近些年 來，世界列國 投入年夜 量人力、物力和財力致力于擠壓模具優(yōu)化問題的研究。因為 年夜 型較量爭論 機的開辟 和運用 ，CAD/CAM手藝 的敏捷 成長 ，有限元闡明理論和適用 手藝 的不休完美 和 各類 數(shù)值摹擬 和物理摹擬 方式 的進一步適用 化，為擠壓模具優(yōu)化設計的理論和手藝 的開辟 開辟了道路。今朝 很多 年夜 型的、復雜的、主要 的擠壓工模具(如年夜 型高比壓圓擠壓筒、優(yōu)良 多層組裝式扁擠壓筒、固定擠壓墊片、多孔舌型模、年夜 型空心壁板用平面組合模、異形空心型材的穿孔系統(tǒng)、流線模角等)等優(yōu)化設計問題已獲得了寫意后果。擠壓模具優(yōu)化理論研究與適用 手藝 獲得了重年夜 沖破 ，獲得 了一年夜 批功效 ，有的已規(guī)范化和系統(tǒng)化。

總之，公道 設計工模具構造 和進行靠得住 的強度校核，不休刷新 工模具設計理論和方式 ，采取 電子較量爭論 機輔助設計等是改良擠壓工模具設計和提高使用壽命的主要路子 。

2．公道 選擇工模具材料和研發(fā)新型模具材料

按照工模具的工作條件和機能 要求，準確 選擇其材料也是提高使用壽命和下降 出產(chǎn)本錢 的有用 辦法 。前人已做過年夜 量工作，從化學成份 、冶金進程 、鑄造 與熱處置工藝和 提高原材料自己 的品質(zhì)等方面進行了普遍 的研究，并獲得 了很年夜 的進展。然則 ，工模具材料的選擇是一個十分復雜的問題，觸及 面很廣，所以致 今還沒有 獲得重年夜 的沖破 。研究與實踐證實 ，把研制新材料、提高材料自己 的品質(zhì)與研究新型的熱處置工藝和外面 強化處置工藝有機地連系 起來，是解決這一課題的有用 路子 。

跟著 熱擠壓條件愈來愈 嚴重，對工模具的機能 要求愈來愈 高。為了知足 這類 愈來愈 高的要求，世界列國 近些年 來開辟 研制了很多 有價值的新型擠壓工模具鋼，見表4—5—3。由表可見，由J·Rhollway等開辟 的A種鋼，將含碳量降到0.25%～0.30%以下，用Ni提高基體的延性、韌性的同時，添加Mo、Co來增進 微細碳化物析出。因為 含Mo或Co 3%以上的鋼的強度、耐磨損性有顯著提高，但延展性卻下降不年夜 ，所以添加3%Mo或Co的鋼是最適合 的。另外 ，因為 Co的本錢 高，所以最近 又開辟 了不含Co但具有高綜合機能 的B種鋼和C種鋼。在析出硬化型馬氏體鋼方面，開辟 了ASM尺度 的6F4鋼，它含有(0.15～0.2)%C，為了提高淬透性，添加了3%的Ni和3.4%Mo。因為 含量低，所以在淬火狀況 下硬度也較低，而延展性和韌性較高。在一般的預硬化狀況 (在400℃低溫回火狀況 ，40～44HRC條件下)下使用時，因為 制品外面 的溫升而引發(fā) 析出強化。此種鋼適于制造年夜 型擠壓東西，但也可用作模具材料。最近開辟 的馬氏體時效處置鋼的特點是：以極低的C和高Ni作為根基 成份 ，并添加劑了 Co、Mo、Ti、Al。以極低碳的馬氏體作基體，和之前 使用的熱作東西鋼的冶金特征完全分歧 ，它是經(jīng)由過程 時效而平均 彌散地析出Ni3Mo、Fe2MoNi3Ti相到達 強化，從而獲得 超硬高強度(≥2000 MPa)。因為 這類 鋼具有異常 高的強度和精良的韌性，所以適用于制造承載的擠壓東西和模具。表4—5—3中示出的奧氏體鋼A286具有精良的耐熱性，若是在720℃時效，能發(fā)生 γi(Ni13Ti)析出強化，則在高溫下的強度比馬氏體高。另外 ，最近又開辟 了哄騙由V碳化物的共格析出而引發(fā) 強化的(0.5～1.0)C－13Mn－8Ni－10Cr－(2～4)V－0.1Ti－0.0005B鋼，其強度高于Hl9和A286，很有進展 用于建造 熱擠壓鋁合金型材模具。下面舉例闡明幾種對提遐齡 命有價值的模具材料。

表4—5—3最近開辟 的新型擠壓工模具鋼成份 表

種別

鋼號

主要成份 /%

C

Si

Mn

Ni

Cr

Mo

Co

W

V

其他

二次硬化型

馬氏體鋼

H10

0.30

0.3

0.4

3.0

3.0

0.5

BHl0A

0.30

0.30

0.4

3.0

3.0

3．O

－0.5

H19

0.40

-0.3

0.4

4.3

0.40

4.3

4.5

2.0

A

0.28

-0.3

0.7

3.0

0.5

3.3

3.0

B

0.40

-0.40

0.4

2.0

2.0

2.O

0.15

Nb0.004

C

0.40

+0.3

1.5

2.5

2.1

1.2

B0.005

析出硬化型馬氏體鋼

6F4

0.20

0.3

0.7

3.0

3.4

D

0.20

0.5

0.5

0.8

2.6

1.9

0.4

0.4

0.8

Nb0.4

馬氏體時

1700MPa級

0.1

18

4.8

8.0

Ti0.45，Al0.10

2100MPa級

18

4.6

8.5

A10.10,Ti0.80

效處置鋼

2400MPa級

18

4.2

12.0

Til.50，Al0.10

奧氏體鋼

A286

1.5

25

15

1.3

0.3

Ti0.20

F

0.5～1.0

0.4

13

8

10

2～4

Ti0.10,B0.005

1)4Cr3M02V鋼

4Cr3M02V鋼是在消化接收 瑞典的ASSABQR080M熱擠壓模具鋼的根蒂根基 上開辟 出來的，其機能 優(yōu)于4Cr5MoSiVl鋼，可取代4Cr5MoSiVl鋼用于建造 熱擠壓模，有遼闊 的推行 運用 前景。4Cr3M02V鋼的化學成份 為(0.35～0.42)%C；(0.22～0.42)％Si；(0.5～1.0)%Mn：(2.2～2.8)%Cr；(1.8～2.2)%Mo；(1.0～1.4)%V。當淬火溫度為1100℃時，在600℃時的高溫硬度HV為470～480 MPa。在1080℃淬火+600℃回火兩次(各1 h)條件下，其高溫硬度為HV525～535 MPa。出產(chǎn)實驗 證實 ，當4Cr3M02V擠壓模具的硬度為470～480 HV，擠壓筒溫度為400～450℃，模具溫度為400～440%，鑄錠溫度為450～500℃，擠壓速度60 m/min的條件下，擠壓鋁合金型材的使用壽命為7～10 t/每模。

2)AE31高質(zhì)模具鋼

AE31是日本高周波鋼業(yè)股份有限公司 和神戶制鋼中心 研究地點 對0.4C－2Ni－3Cr－2Mo－0.3V的成份 加以改良后研制成功的，是一種抱負的鋁合金型材模具材料，其常溫機能 、高溫機能 、回火不變性，稀奇是氮化特征 都優(yōu)于SKD62鋼。例如，1025℃淬火+575℃回火后，其 σb可達l800 MPa，σ0.2≥1500 MPa，HRC可達52以上，深沖率可達50％閣下 ，δ≥10％，沖擊功Ak年夜 于39 J，在高溫下仍具精良的KIC值。

3)ASSAB8407“組織優(yōu)化”高溫熱作模具鋼

該鋼種由瑞典一勝百鋼材有限公司研制，尺度 規(guī)格為AISIHl3MICRODIzED，主要化學成份 ：0.37％C、1.0%Si、0.4%Mn、5.3%Cr、1.4%M0、1.0%V。熱處置后的室溫強度為 HRC≥52、σb≥1820 MPa, σ0.2≥1152 MPa、ψ﹥45％、δ≥10%。其主要長處 是：組織精密 平均 ，韌性高；含碳量低，不會發(fā)生熱裂；抗高溫熱應力疲憊 強度高檔 。

3．研發(fā)新型熱處置工藝

1)預處置工藝研究

4CrSMoSiVl鋼是合金元素含量較高的過共析鋼，在冶煉、鑄造時可能呈現(xiàn)碳化物偏析，鍛軋后構成 粗年夜 的碳化物帶。碳化物的數(shù)目 、年夜 小及散布 狀況 直接影響鋼材的組織與機能 。如殘存 碳化物數(shù)目 多、粒度年夜 、散布 狀況 欠安 (如呈明明帶狀或沿晶界散布 )，則鋼材的韌性和疲憊 抗力將年夜 年夜 下降。為了改良 模具終究 熱處置后的組織和機能 ，對4Cr5MoSiVl鋼進行了系統(tǒng)的預期處置工藝實驗 。采取 自動相闡明手藝 對碳化物面積分數(shù)(A%)、平均粒徑(d)和單元 面積碳化物個數(shù)(Nc)定量測定，用拉伸法測定了常規(guī)力學機能 。優(yōu)化設計出了該鋼種的預處置工藝軌制 ，并與常規(guī)球化退火工藝的組織機能 進行了對照。闡來歲 夜 量的實驗 后果，獲得以下有價值的功效 ：

(1)預處置明明地改良 了4Cr5MoSiVl鋼的組織，所有消弭 帶狀碳化物，年夜 年夜 削減 了粗年夜 碳化物的數(shù)目 ，可獲得散布 平均 、尺寸藐小 的碳化物組織。

(2)預處置方式 與常規(guī)球化退火(860℃下退火)方式 比擬 ，具有勤儉 能源，出產(chǎn)周期短等長處 ，在強度、晶粒度根基 上相當?shù)臈l件 下，可提高鋼材的塑性和韌性。

(3)保舉 的預處置工藝為：ll00℃固溶，770℃或860℃高溫回火，回火硬度為207～235HB。

2)熱處置工藝研究

(1)通俗 熱處置工藝軌制 的優(yōu)化

為充實闡揚4CrSMoSiVl鋼的潛力，對其終究 熱處置軌制 進行了研究，經(jīng)由過程 年夜 量的實驗 和出產(chǎn)實踐，保舉 4Cr5MoSiVl鋼擠壓模使用以下 熱處置軌制 ：淬火進步 行800～850℃預熱，以免 加熱速渡過 快、熱應力增年夜 引發(fā) 模具開裂。淬火溫度規(guī)模為1020～1070℃，加熱落后 行油冷淬火，淬火后必需 立刻 進爐回火(時候 間隙最長不跨越 6 h)以防因淬火后應力過年夜 而致使 開裂?；鼗饻囟纫?guī)模為580～620℃，回火2～3次，每次l.5～2 h，回火的硬度為42～48HRC。經(jīng)由 年夜 量的出產(chǎn)使用，證實 優(yōu)化工藝不變靠得住 ，可年夜 年夜 提高模具使用壽命和經(jīng)濟效益。

(2)真空熱處置工藝研究

在研究了4Cr5MoSiVl鋼和等溫球化處置、預處置和兩重 處置的根蒂根基 上，運用 正交優(yōu)化方式 研究了其最好 的真空熱處置工藝軌制 。按照理化檢測的后果，闡了然分歧 真空熱處置軌制 與該材料的室溫硬度、常規(guī)力學機能 、高溫硬度、高溫力學機能 和 特種機能 (熱疲憊 與熱磨損抗力)之間的關系。用透射電鏡、掃描電鏡、光學顯微鏡和體視顯微鏡闡了然材料經(jīng)分歧 真空熱處置后的顯微組織的熱磨損、熱疲憊 裂紋的外面 描摹。經(jīng)由過程 年夜 量的研究工作和工業(yè)性實驗 ，獲得了以下功效 ：

①4Cr5MoSiVl鋼鋁型材擠壓模具經(jīng)1100℃/0.5 min·mm-1油冷+770℃或860℃/2.6 min·mm-1空冷預處置后，組織平均 ，碳化物散布 彌散且藐小 ，為終究 熱處置作了精良的組織預備 。

②4Cr5MoSiVl鋼鋁型材擠壓模真空熱處置最好 工藝優(yōu)化后果是：l040～1080℃真空淬火，600℃ + 580℃×3h兩次真空回火，真空度為10-3～l0-1Pa。

③4Cr5MoSiVl鋼真空熱處置后，其組織為回火馬氏體(M)+下貝氏體(B)，且真空熱處置后的馬氏體(M)板條比非真空熱處置的藐小 ，碳化物描摹為圓球狀。

④經(jīng)真空熱處置的模具，具有精良的綜協(xié)力 學機能 、抗回火能力，其高溫機能 也優(yōu)手通俗 熱處置的模具。

⑤4Cr5MoSiVl鋼經(jīng)真空熱處置后，模具變形小，僅為常規(guī)處置的l/3～1/10，一般在0.05 mm閣下 ，模具的熱疲憊 抗力和熱磨損抗力比非真空處置的高，且在1080℃油淬，600～580℃回火時呈現(xiàn)最好 值。

⑥出產(chǎn)性實驗 后果解釋，用上述真空熱處置工藝處置的模具，耐磨性好、粘鋁少、型材外面 光潔度高、模具使用壽命比經(jīng)通俗 熱處置的模具提高2～3倍以上。

3)強韌化處置工藝研究

近十年來，3Cr2W8V鋼的強韌化處置工藝又有了新的成長 ，主要的功效 有：

(1)高溫淬火+高溫回火工藝。此工藝將3Cr2W8V鋼的淬火溫度提高到1150～1170℃，目標 在于使碳化物更平均 。高溫回火是將3Cr2W8V鋼的回火溫度提高到670℃閣下 。此工藝提高了材料的熱疲憊 機能 和斷裂韌度，對 因熱疲憊 龜裂致使 的初期 破斷現(xiàn)象是十分有益 的。但因為 采取 高溫回火，材料的強度和硬度損掉 年夜 ，故對強度和耐磨性要求較高的鋁擠壓模尚待改良。

(2)組織預處置工藝，也稱作兩重 處置工藝，即在終究 熱處置之前，以高溫固溶(1150～1250℃)加高溫回火(730～780℃)取代 鍛撤退退卻 火工藝。其目標 是通太高 溫固溶消弭 粗年夜 碳化物和碳化物偏析，然后采取 高溫回火使碳化物平均 藐小 地析出，同時消弭 遺傳性，從而提高材料的強度，特別 是韌性。終究 熱處置仍按常規(guī)工藝進行。據(jù)報道，用此法可以使 材料沖擊韌度提高20%～30%。

(3)超高溫淬火+中溫回火工藝研究。采取 1250℃以上超高溫奧氏體，使合金元素充實溶入奧氏體，可以使3Cr2W8V鋼的高溫強度和抗回火軟化能力顯著提高，因此 提高擠壓?？垢邷剀浰湍p機能 。繼高溫淬火以后 ，若采取 560℃閣下 回火，則沖擊韌度會呈現(xiàn)低谷，同時σb會年夜 幅下降 ；若采取 300～500℃中心回火，既避開了560℃回火而至 使 的KIC低谷，又避免 了650℃回火所呈現(xiàn)的沖擊功低谷，可以使模具獲得強韌性的共同。鋁擠壓模具的工作溫度通常是 400～500℃，模具外面 最高溫升一般在520℃閣下 ，是以 ，即便 是長時候 使用后，原中溫回火的組織還是 不變的，不致發(fā)生 二次硬化現(xiàn)象，如許 可以免 非凡 碳化物物析出和殘存 奧氏體的分化 。因此 模具在工作時可連結 韌性不變。同時，模具在使用進程 中回火軟化偏向 少，若采取 500℃以下中溫回火，不會引發(fā) 模具熱強性和耐磨性在使用進程 中下降 。可見，超高溫奧氏體淬火+中溫回火是鋁型材擠壓模具的一種可行的強韌化處置工藝。

4．外面 強化處置新工藝研究

(1)離子硫、碳、氮三元共滲工藝研究

研究了分歧 預先處置、共滲氛圍 、溫度時候 和藹 壓對共滲層的影響。后果解釋，經(jīng)淬火+ 回火處置的模具共滲層的硬度最高，氮氣與二硫化碳之比以20～30:1為佳。用正交實驗 研究，肯定 了4Cr5MoSiVl模具鋼的最好 三元共滲工藝為：在540～560℃滲氮2 h，三元共滲1 h。采取 光學顯微鏡、顯微硬度計、X射線衍射儀及改良的Tlttagia法和Uddehlom法研究了三元共滲后的金相組織、表層硬度、滲層深度、相構造 、熱疲憊 和熱磨損機能 和 它們的外面 描摹。后果解釋，經(jīng)由過程 共滲氛圍 的工藝參數(shù)的公道 節(jié)制 可獲得組織精良、層深適度、外面 硬度高、熱疲憊 和熱磨損機能 好、自潤滑機能 精良的共滲層。年夜 批量出產(chǎn)實踐證實 ，經(jīng)三元共滲的鋁擠壓模具，其使用壽命平都可 達l5～20t/每模，最高可達51.4 t/每模，而且擠壓出來的鋁材平整、外面 光潔、品質(zhì)良好，獲得了明明的經(jīng)濟效益。

(2)離子復合處置工藝研究

哄騙離子沖擊裝配 對4Cr5MoSiVl和3Cr2W8V鋼制鋁型材擠壓模具的離子復合處置工藝進行了周全 的研究，經(jīng)優(yōu)選實驗 和檢測定量闡明，深切 研究了離子復合處置的溫度、時候 、氣壓、氛圍 和離子場散布 狀況 等身分 與所得滲層相構造 構成 、滲透 元素散布 、顯微組織、滲層深度、外面 硬度和 耐磨機能 之間的關系?？隙?了可以使 模具獲得精良綜合機能 的最好 工藝參數(shù)：處置溫度為520～560℃，時候 4～6 h，工作氣壓1067～1333 Pa，工作氛圍 為N2、H2、Ar加含硫、含碳、含氧的夾雜 氣體。

系統(tǒng)地研究了窄縫窄槽模具的離子復合處置工藝，已使具有0.7 mm以上窄縫的薄壁型材模具到達 了精良的處置結果 。

經(jīng)頻頻 實驗 ，研究成功了適合于離子處置工藝的外面 涂覆屏障 手藝 。該手藝 具有離子處置進程 不變、防滲機能 好、涂覆層極易肅清等特點，而且對避免 局部過熱和促使模具的均溫化具有精良的結果 。經(jīng)年夜 批出產(chǎn)證實，對3Cr2W8V擠壓型材模，經(jīng)離子復合處置后，其使用壽命由未經(jīng)處置的平均3t/每模提高到l2 t/每模以上，型材產(chǎn)物 的外面 質(zhì)量明明改良 ，獲得了精良的經(jīng)濟效益。

(3)離子氮化工藝研究

在輝光離子氮化爐上做了年夜 量的氧化處置工藝研究，以壁厚為1.5 mm以上的擠壓?？走M行實驗 獲得 了寫意的后果，出產(chǎn)證實 ，提高了模具的耐磨性和型材外面 品質(zhì)。

(4)氣體軟氮化工藝研究

對氣體軟氮化工藝進行了年夜 量的研究工作，后果外面 ，氣體軟氮化是一種低溫碳、氮共滲方式 ，可以使 模具的抗咬合性、抗磨損機能 提高。其最年夜 特點是不受模具型孔寬度和復雜性的影響，而且氮化結果 精良。

(5)脈沖等離子滲氮工藝研究

脈沖等離子手藝 是一種可準確節(jié)制 的可多參數(shù)轉變 的滲氮法?？赊D變 的參數(shù)有：時候 、工件溫度、外界熱源溫度、工件外界熱源的溫度梯度、電壓、電流、氣體夾雜 物成份 、氣流速度、室內(nèi)壓力、脈沖反復 次數(shù)、脈沖延續(xù) 時候 、節(jié)制 方式等，因為 可變參數(shù)多，應采取 可編程微機節(jié)制 。

用脈沖等離子滲氮手藝 的氣～固界面回響反映 為：

①發(fā)生 被電離物氮原子和中性氮原子，N2N++N；

②濺射凈化工件外面 ，滲到工件外面 的N+=從鋼外面 濺射的鐵和濺射的污物；

③氮化鐵的構成 ，濺射的鐵+氮=氮化鐵(Fe2N)；

④響應 的滲氮進程

FeN-→Fe2N+N

Fe2N-→Fe3N+N

Fe3N-→Fe4N+N

Fe4N-→Fe+N

脈沖離子滲氮手藝 的主要特點是：

①下降 進程 的溫度，稀奇適用于溫度敏感性鋼和幾何敏感性模具的滲氮處置；

②溫度梯度可編程節(jié)制 ；

③進程 的氮耗、氣體能耗、離子能耗都低；

④可用飛濺法凈化模型 ；

⑤情況 好，無污染，無輻射；

⑥操作人員少，操作保護 費用低；

⑦滲氮層平均 精密 ，冶金質(zhì)量易于節(jié)制 ；

⑧電參數(shù)、溫度參數(shù)、力學參數(shù)均由微機節(jié)制 ，易于實現(xiàn)進程 自動化。

脈沖等離子手藝 處置的模型 冶金品質(zhì)平均 ，模具品質(zhì)高，削減 了修模時候 ，提高了效力 ，下降 了本錢 ，可獲得明明的經(jīng)濟效益。

(6)低溫滲硼法的研究

對鋁擠壓模具的滲硼手藝 進行了年夜 量的熱力學較量爭論 和闡明，采取 了新活化劑和添加劑，研制成一種價錢 低廉、熔點適中的高硼酸鹽，沖破 了常規(guī)的低溫(700℃)滲硼溫度界線 ，使液體滲硼溫度降到600℃以下，同時還對4Cr5MoSiVl和3Cr2W8V鋼模具進行了分歧 的滲硼正交實行 ，得出了低溫電滲硼的最好 工藝，并在國表里 初次 用低溫滲硼法處置外形 復雜的型材模獲得 了寫意的后果。因為 滲硼層硬度高達1500HV以上，具有極高的耐磨、耐蝕、耐高暖和抗粘鋁的能力，使得模具壽命年夜 幅度提高，擠壓型材外面 品質(zhì)遠優(yōu)于其他外面 處置，處置的模具窄縫可達0.68 mm。用光學顯微鏡、掃描電鏡、X光衍射儀和各類 物理－化學闡明測定法研究了滲硼層組織構成 和形態(tài)，經(jīng)出產(chǎn)稽核，模具使用壽命可提高3～4倍，型材外面 粗拙 率可達Ra 0.4цm以上，具有精良的經(jīng)濟效益和社會效益。

(7)PVD－TiN涂層工藝研究

近些年 來，新研制的物理氣相沉積氮化鈦(PVD—TiN)涂層手藝 初次 用于鋁材擠壓工模具超硬耐磨涂層。在PVD進程 參數(shù)、涂層構造 和機能 關系方面進行了年夜 量工作。稀奇是對涂層/基底界面構造 和涂層頂點 密度與機能 之間進行了較深切 的研究，提出PVD涂層模具鋼耐磨損性三要素不雅 點，用涂層外面 顯微硬度HV、現(xiàn)實 膜基結協(xié)力 Lch和臨界飽和結協(xié)力 Lch等參數(shù)改良了Holm定律表達式。年夜 幅度提高3Cr2W8V和4Cr5MoSiVl鋼PVD涂層后的使用機能 。

多組正交機能 實行 后果解釋，各沉積參數(shù)對HV、Lc、W和沉積速度 的影響權重從年夜 到小挨次為P∑、β、t、Vb、I、Ts……。轟擊條件和某些非凡 手藝 對結協(xié)力 和薄膜發(fā)展 也有明明影響，在闡明的根蒂根基 上給出了優(yōu)化工藝條件。

系統(tǒng)地研究了3Cr2W8V和4Cr5MoSiV鋼的氮化處置和它們經(jīng)PVD涂層后的室溫與高溫力學機能 ，包孕 抗彎強度盯αW、αb、α0.2、δ%、ψ%和E，而且 對斷口描摹及斷裂特征進行了不雅 察對照。后果解釋，PVD涂層不但 使外面 硬度提高5～6倍，且使力學機能 連結 原型基底材料的高程度 ，較氮化處置的強度高20％，塑性高70%～80%，即便 在面縮率達50％以上情況下杯錐口四周 涂層仍不剝落。用研制成的裝配 和工藝制備的擠壓穿孔針進行實驗 ，后果以下 ： HV為3500；Lc為50N；αb為1600MPa；δ為10%；ψ為45%；E為201GPa及耐磨性提高l50倍以上。

研制成鋁管材擠壓穿孔針批量處置系統(tǒng)，涂層平均 度高，方即可 靠，反復 性好，無公害且易于節(jié)制 ，經(jīng)年夜 批出產(chǎn)驗證，可顯著削減 管材內(nèi)壁劃傷廢品，制品 率可提高2.6%以上，可節(jié)能降耗，削減 砂磨等工序，改良 情況 ，減輕勞動量，獲得 了明明的經(jīng)濟效益和社會效益。

5．制模與修模新工藝新方式 的研究

1)制模新方式 新工藝的研究

(1)Hobson制模法

該法是1984年英國Hobson公司假想 出的一種制造鋁擠壓模的新方式 。其工藝假想 是：按照金屬塑性活動 道理 ，當金屬質(zhì)點平均 活動 時，經(jīng)由過程 擠壓?？讜r的阻力與流量成反比。假定 某塑性介質(zhì)擠入?？讜r，擠入量(擠入模孔內(nèi)的深淺)與?？讓饘贁D人量的阻力有關，由此，若按塑性介質(zhì)擠入?？變?nèi)的深淺作為模具工作寬度，就正好能使金屬平均 活動 。若能選擇一種既與擠壓金屬塑性活動 特征 不異，又本事 侵蝕 的工作介質(zhì)，用擠壓方式壓入模孔內(nèi)，不經(jīng)設計較量爭論 就可以 肯定 該原工作帶寬度，然后，采取 化學侵蝕 的方式 加工出模型 的空刀部門。該法能完全摹擬 鋁合金的活動 特征，是以 能獲得使金屬活動 平均 的最優(yōu)化的模型 設計，加工工藝簡化，裝備 簡單，是一種多快好省的制模新方式 。據(jù)報道 ，英國、日本等國已在摹擬 介質(zhì)、侵蝕 液、加工工藝等方面獲得了了沖破 ，并已進入年夜 批量工業(yè)實驗 。

(2)“一步法”制模新工藝的研究

展開 了年夜 量的實行 工作，解決了手藝 關頭，根基 上肯定 了知足 “Hobson”工藝的介質(zhì)成份 ，并在“Hobson”工藝的根蒂根基 上開辟 了“上步法”制模新工藝。其主要功效 有：

①選擇工作介質(zhì)。按照塑性加工中的類似 理論即類似 條件來選擇工作介質(zhì)。今朝 國表里 經(jīng)常使用 的摹擬 金屬塑性變形的材料及其n、m、ц值列于表4—5—4中，由表可知，蠟泥塑性活動 特征 值規(guī)模寬，其活動 特征 隨主要成份 含量轉變 而轉變 ，是以 ，選擇了蠟泥作為制造擠壓模的工作介質(zhì)。

表4-5—4經(jīng)常使用 摹擬 金屬塑性變形材料(工作介質(zhì))的活動 特征 值

工作介質(zhì)

n

m

μ

鉛

塑泥

蠟泥

0.1～0.4

0.25

-0.4～0.1

-0.02～-0.07

0.08

-0.15～0.40

0.2～0.4

不肯定

0.O9～-0.3

②工作介質(zhì)成份 規(guī)模。用正交法，選用L9(34)正交表，肯定 工作介質(zhì)的主要成份 規(guī)模為(20～30)%白臘 ，(30～40)％填充劑，(10～30)%粘結劑，(2～10)%添加劑。

⑧工作介質(zhì)和6063鋁合金的n、m、ц值的測定。Gleeble－1500熱力摹擬 機上測定了工作介質(zhì)(室溫)和6063鋁合金(495±5℃)的n,、m值；用圓環(huán)鐓粗法測定了磨擦 系數(shù)ц。

④侵蝕 液的選擇。經(jīng)頻頻 實驗 ，配制了一種夾雜 酸作為侵蝕 加工模型 空刀的侵蝕 液，其成份 為15%H2S04，20%HN03，10%HCl，15%H3P04，40%H20。

⑤肯定 了“一步法”工藝流程，如圖4—5—39所示。

圖4—5—39“一步法”工藝流程圖

按照以上闡明可知，“一步法”設計制造鋁合金擠壓模比傳統(tǒng)方式 要簡單和經(jīng)濟，具有精良的經(jīng)濟效益和社會效益，有遼闊 的成長 前景。

(3)凝固節(jié)制 鑄造法制造擠壓模

20世紀80年月 后期，日本發(fā)現(xiàn) 了一種建造 鋁擠壓模的新方式 ，即凝固節(jié)制 鑄造法。該法是一種各向勻速成長，可提高材料強度的新工藝，用此法制造的擠壓模質(zhì)量不變，而力學機能 可與鑄造 法相媲美。用此法制造的擠壓模已 由過程 日本富山輕金屬公司出產(chǎn)考驗，后果解釋，制模時候 可縮短40%，材料的制品 率達80％以上，而且機能 不變。近幾年來，日本ッ一ヶ一金屬(株)和富山金屬工業(yè)股份有限公司 又開辟 一種CK鑄造模，其力學機能 (HRC≥46.7，αs﹥995 MPa，αb≥1166 MPa，δ≥10.8%)到達 或跨越 了鑄造法制模的程度 (HRC≥47.4，αs≥982 MPa，αb≥1170 MPa，δ≥9.5%)，使用壽命也跨越 了鑄造 模。

(4)特年夜 型熱擠壓平面分流組合模的制造新工藝

年夜 型臥式擠壓機(125MN以上)上用的特年夜 型分流模的主要特點是：

①外廓尺寸年夜 。外徑+700～1500 mm，厚度為l50～300 mm；質(zhì)量500～3000 kg，為中小型模型 的10～100倍。

②型孔十分復雜。一塊模型 上開有多個異形孔腔，各切面的厚度轉變 急劇，相干 尺寸復雜 ，圓弧拐點很多。

③尺寸精度要求嚴，粗拙 度有嚴酷要求。

④因為 工作應力高，要求采取 高強耐熱合金鋼制造，經(jīng)熱處置后其硬度應平均 、適中，既有高的高溫強度，又有精良的韌性。

為了知足 上述要求，簡化工藝，縮短周期，提遐齡 命，下降 本錢 ，對特年夜 型平面分流模的選材、機加工工藝、電加工工藝和熱處置及外面 處置工藝進行了一系列研究和改良工作，并獲得 了重年夜 功效 。

①選擇適合 的模具材料，必經(jīng)嚴酷的復驗和超聲波查驗。嚴酷節(jié)制 改鍛的始鍛溫度、終鍛溫度、冷卻速度和冷卻方式 。

②按照模型 的尺寸年夜 小、外形 和所選用的鋼材，每一個 模型 都應按新型的工藝流程零丁 編制工藝，并把握 和節(jié)制 各工序的具體操作細節(jié)。

③應按照具體情況零丁 編制熱處置工藝。淬火前應盡量消弭 直角和尖角部門。為消弭 外面 應力，應進行預處置。淬火加熱分段進行，可采納屢次 回火，并把彌補回火作為模具制造的最后一道工序。

④采取 整體電極加工多孔異形型槽，但在電火花加工進程 中電流不克不及 過年夜 。

⑤模型 在進行氮化前必然 要進行拋光處置，以獲得精良的氮化結果 。

⑥建造 復雜構造 的模具除 采取 先輩 的數(shù)控電加工手藝 外，還必需 配有鉗工的精雕細刻。除 嚴酷零丁 加工上、下模之外，要稀奇留意 上下模共同面的研磨加工。上、下模要有靠得住 的定位和嚴酷的對中。

年夜 批量出產(chǎn)實踐證實 ，用上述新工藝制造的特年夜 型平面分流組合模，在重型擠壓機上的使用壽命長、機能 不變、產(chǎn)物 的外面 和尺寸精度高、具有較年夜 的經(jīng)濟效益。

2)建筑鋁型材擠壓模具制造工藝線路 的改良研究

傳統(tǒng)的擠壓模加工工藝線路 存在工序多、工藝流程長及加工周期長，以鉗工手工銼修、手工拋光為主，難以包管 尺寸精度和外面 粗拙 度，而且粉塵年夜 ，污染情況 ；組合模的上、下模尺寸難于包管 ，上下模設置裝備擺設 不公道 易錯位、難齊心 ；模型 建造 進程 發(fā)生 迂回活動 ，出產(chǎn)周期長，未便 于出產(chǎn)辦理，模型 外面 硬度低，磨損快，模型 使用壽命低，而且擠壓出的型材外面 易呈現(xiàn)拉毛、劃傷現(xiàn)象，氧化上色后外面 易呈現(xiàn)不平均 的光澤和擠壓條紋。明顯 ，這類 模具加工工藝線路 是極不公道 的。為了改良，進行了年夜 量的研究實驗 工作。在接收 、消化國表里 先輩 裝備 和手藝 的根蒂根基 上，連系 近些年 來的研究功效 ，研制出了一套新的擠壓模具加工工藝線路 (圖4—5—40、圖4—5—41)。該新工藝線路 與傳統(tǒng)的工藝線路 比擬 ，簡化了工藝，削減 了工序和裝備 ，縮短了加工周期，提高了模具的精度、外面 光潔度和外面 硬度，可年夜 年夜 提高出產(chǎn)效力 和模具品質(zhì)，提高模具使用壽命和使用質(zhì)量，下降 材料損耗和能耗，改良 勞動條件和情況 ，下降 本錢 ，具有明明的經(jīng)濟效益。

3)修模新方式 、新工藝的研究

近些年 來，擠壓模具的保護 與補綴 作為提高使用壽命的一種主要 手段而被廣年夜 擠壓工作者所正視 ，除 不休提高修模技能 之外，還就修模道理 與修模方案設計、修模方式 與修模東西等問題進行了一系列深切 的研究。研究外面 ，即便 用最好 的設計和最公道 的工藝制造出來的模型 ，在試模和擠壓進程 中仍不行避免地會呈現(xiàn)磨損掉 效問題。使這類 掉 效下降 到最低限度或盡量 耽誤 模具使用壽命的最有用 的方式 是經(jīng)由過程 具有豐碩的實踐經(jīng)驗的修模工，在擠壓出產(chǎn)的現(xiàn)場對模具不休地進行不雅 察和闡明，與設計人員一道制定 修模方案，并采納有用 的辦法 ，對模型 進行調(diào)劑 和批改 。是以 ，擠壓模具的批改 ，對提高產(chǎn)物 品質(zhì)，耽誤 模具壽命，提高出產(chǎn)效力 ，下降 本錢 具有重年夜 的意義。現(xiàn)場修模的感化 主如果 ：調(diào)劑 金屬流速，批改 尺寸，改正 形位，改良 模具的外面 狀況 ，提高模具的使用壽命。在修模前應對模型 工作帶和工作平面等處進行細心 不雅 測和搜檢 ，并用不潤滑和正常的溫度一速度規(guī)范進行試模，準確判定 發(fā)生 缺點 的緣由 ，以利于肯定 最好 的修模方案。在批改 模孔尺寸時，應斟酌 模孔彈性轉變 引發(fā) 的尺寸變??；模孔下塌、尺寸超負差；?？讖椝苄宰冃魏驼w曲折 所引發(fā) 的尺寸轉變 ；金屬填充不滿引發(fā) 的尺寸超負差；金屬供流不足引發(fā) 的中部尺寸超負差；流速不均引發(fā) 的尺寸超負差；多孔擠壓時制品長短不齊；設計或磨損引發(fā) 的尺寸超正差等情況。在改變金屬活動 特征方面采取 加快 、阻礙、補焊、綜合補綴 等方式 獲得 了精良的結果 。拋光工作帶外面 的修模方式 主要研制了新法銼修；銼修 + 細砂布拋光法；布砂輪拋光法；擠壓珩磨機拋光法；銼修 + 超聲波二合一拋光法；銼修 + 超聲波 + 電解三合一拋光法和 噴砂或噴丸拋光法等。另外 在修模東西方面除 開辟 研制了異形金剛石組銼、噴丸機、二合一和三合一拋光機等外，還試制成功了多種電動修模器、顯微測微器、多維丈量 機和X—Y，坐標測微機等，為修模締造 了條件。

圖4—5—40改良后的平面模模組的加工工藝流程圖

6．改良裝備 構造 和擠壓工藝條件，改良 工作情況

工模具的裝配與安裝的方式 和精度，所用裝備 的類型、能力和精度和 擠壓坯料的成份 、機能 和規(guī)格，擠壓工藝方式 和工藝參數(shù)、工作條件與工作情況 等直接影響擠壓產(chǎn)物 的質(zhì)量和工模具的使用壽命。是以 ，在擠壓前，當真訂定 擠壓方案，選擇最好 的裝備 系統(tǒng)與坯料規(guī)格，制定最好 的擠壓工藝參數(shù)(如擠壓溫度、擠壓速度、擠壓系數(shù)和擠壓壓力等)和改良 擠壓時的工作情況 (如采取 水冷或氮化冷卻工模具、充實潤滑等)，減輕工模具的工作承當(以下 降 擠壓力，削減 激冷激熱和交變載荷等)，創(chuàng)立與健全工藝操作規(guī)程和平安 使用規(guī)程，執(zhí)行 周全 質(zhì)量辦理，實時 闡明變亂 緣由 和工模具掉 效緣由 并實時 采取 有用 辦法 等，可包管 有用 地提高工模具的使用壽命。

圖4—5—41改良后的分流模組加工工藝線路 流程圖

7．公道 使用與保護 工模具

工模具的公道 使用與維修對 提高其使用壽命有側重 年夜 的意義。公道 的使用可年夜 年夜 改良 工模具的工作條件和工作情況 ，減輕工作承當；公道 的維修可年夜 年夜 提高中心壽命。是以 ，制定 和執(zhí)行公道 可行的使用規(guī)程，提高出產(chǎn)工人的操作手藝 程度 ，使用先輩 的修模方式 、修模手藝 和修模東西，把修模與氮化處置有機地連系 起來，盡量采取 年夜 改小、小改年夜 、廢模新生 、舊模翻新等辦法 ，是年夜 幅度提高工模具使用壽命的有用 路子 。

8．增強 周全 質(zhì)量辦理，創(chuàng)立健全工模具的科學辦理軌制

為了提高工模具的使用壽命，在采取 先輩 手藝 的同時，還必需 執(zhí)行 科學辦理門徑。作為科學辦理方式 主要 內(nèi)容的周全 質(zhì)量辦理(TQC)，也一樣 適用于工模具辦理，在執(zhí)行 周全 質(zhì)量辦理時，必需 把設計、加工、查驗和 出產(chǎn)使用和維修人員組織起來，讓每小我 明白 職責，做好本職工作，自動 弄 好工序間的共同，當真貫徹設計與出產(chǎn)進程 中的各項規(guī)章軌制 和科學辦理門徑，積極鞭策 PDCA輪回 向前活動 ，不休提高工模具的質(zhì)量和使用壽命。采取 適用 模具辦理軟件，用微機聯(lián)網(wǎng)動態(tài)辦理所有工模具的設計制造、出產(chǎn)、補綴 和庫存情況，使之經(jīng)常連結 精良狀況 。