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影响铝挤压模具寿命的因素探讨 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。 表1 4Cr5MoSiV1 的化学成分 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： （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 h1、h2－－－－表示截面处的相应工作带高度； b1、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）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。 （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。 （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。挤压三角型材 时，图2 的模孔布置就比较适宜。 图2 角型材模孔布置图 2．3 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 （见图3）。 图3 4Cr5MoSiV1 钢的热处理工艺示意图 （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