影响铝挤压模具使用寿命的因素

时间：2015-03-17

如何延长铝挤压模具的使用寿命一直是铝加工企业十分关注的问题，模具使用寿命的长短直接影响到企业的生产效率及产品成本，因此各个铝挤压模具制造企业都会采取不同的措施来延长模具的使用寿命，下面我们来简单分析一下影响铝挤压模具使用寿命的因素有哪些，铝挤压模具制造企业可以根据如下要点做到扬长避短，从而让自己的模具制造工艺更上一屋楼。

1、模具材料性能的影响

铝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）所取代，与3Cr2W8V钢相比，4Cr5MoSiV1钢具有两个**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。据统计，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。

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。下面就根据目前在铝挤压模具设计方面存在的一些问题略作分析：

（1）对于壁厚不相等的型材，采用不等长工作带的方法设计。

（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。

（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）。

（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**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。

（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。

3、热处理工艺的影响

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

（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）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。

（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。

针对上述热处理工艺，需要补充说明的是：由于4Cr5MoSiVI（H13）钢对淬火温度很敏感，且在高温下的淬火性能优良，所以应对其实行高温淬火。

4、模具使用机制的影响

要延长铝挤压模具的使用寿命，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较为恶劣（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：

（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）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较佳状态；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。

（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。

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