铝型材挤压模具的三种失效形式及预防措施

2017-08-11

 失效形式:铝挤压模的失效形式,生产中会因模具的冲击破裂、塑性变形、粘附及过早的磨损和热裂、细颈或拉断、压弯等现象出现早期失效,也会由于技术问题、氮化问题等造成模具损坏,同时还会因模具问题而造成压堵、间隙、扩、并口等故障,但挤压模的失效主要表现为磨损、开裂、变形三种正常失效方式。

(1)磨损失效

  铝型材在挤压过程中是通过没有润滑加工的高温高压下的挤压材料碰上模具型腔的开口部分,一面与定径带平面直接接触,一面滑动,从而产生很大的摩擦力,铝合金型材使型腔表面和定径带表面受到磨损而失效。

  同时模具在摩擦过程中,模具工作表面上粘附了一些坯料金属使得模具的几何形状发生变化而不能使用,也视为磨损失效,其表现形式为刃口钝化、棱角变圆、平面下陷、表面沟痕、剥落、粘模等。

  磨损失效的根本原因是摩擦。模具磨损的具体形式与摩擦过程的速度等诸多因素有关,如模具材料和被加工坯料的化学成分及机械性能、模具和坯料的表面粗糙度等以及挤压过程中的压力、温度、速度等有关系。铝挤压模具的磨损主要是热磨损,热磨损是摩擦时,金属表面因温度升高而软化和模具型腔表面发生互相咬合所造成的,模具型腔表面高温软化后,其耐磨性降低。热磨损过程十分复杂,显然温度是影响热磨损的主要因素,温度愈高,热磨损愈严重。

(2)开裂失效

  在实际生产中裂纹分布在模具的某些部位,它经过一定的服役期,萌生细小的裂纹,并逐渐向纵深扩展,裂纹扩展到一定尺寸后,将严重削弱模具的承载能力而引起断裂,或在原热处理和加工制造模具时已经产生微裂纹,使模具在服役中容易扩展从而发生早期裂纹。

  失效原因在设计方面主要是模具强度设计及过渡处圆角半径的选择;制造方面主要是材质的预检和加工时表面粗糙度及加损伤方面的注意,以及热处理和表面处理质量的影响。在使用中主要注意模具预热、挤压比及锭坯温度的掌握以及挤压速度和金属变形流动的控制。

(3)变形失效

  变形失效就是模具在使用中出现悬臂偏心、下陷,铝合金型材分流模上模在使用中出现的舌头偏心及下模出现的型腔塌陷、型孔胀大、棱角倒塌等失效形式,主要原因有材料强度不高;或模具材料虽选择正确,但热处理工艺不正确,未充分发挥模具钢的强韧性;或分流模设计不当,使流速不均,造成对舌头的侧向力不均而产生偏心;还有就是分流模虽设计正确,但加工制造水平不高,使进入各分流孔的流速不均,造成侧向力不同而导致偏心。

问:有没有什么具体的方法来提高模具的使用寿命?

答:预防这三种失效形式,提高铝挤压模寿命有以下5个措施:

  影响铝挤压模寿命的因素很多,除了模具的结构设计与强度较核、模具材料、冷热加工与电加工工艺、热处理与表面处理工艺等内在因素的影响外,还有挤压工艺与使用条件、模具维护与修理、挤压产品材料特性与形状、规格以及模具科学故的管理等外在因素有关。

  同时,影响的因素不是单一的,而是一个复杂多因素的综合性问题。但基于上述失效形式及其原因的分析使得我们在如何提高铝挤压模寿命的时候有了思路和方法。

(1)合理设计模具

  模具设计的合理得当,是延长其使用寿命的重要环节。正确设计的模具结构,应保证在正常的使用条件下没有产生冲击破裂和应力集中的可能,因此,在设计模具时应尽量使各部分受力均匀,注意避免尖角、内凹角、壁厚差悬殊、扁宽薄壁截面等,以免产生过大的应力集中,引起热处理变形、开裂和使用过程中脆性破裂或早期热裂。

  同时标准化设计有利于模具的互换、保管和维修。总的说来,合理的模具结构设计和可靠的强度较核,还有不断革新模具设计理论和方法,采用电子计算机辅助设计等是改进挤压模具设计和提高使用寿命的主要途径。

(2)模具材料的合理选择

  挤压模具是在高温高压下作业,并承受周期载荷的作用,工作条件和环境十分恶劣,因此对模具钢的性能要求相当高,制造模具的材料应具有良好的热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。

  目前国内常采用模具材料是4Cr5MoSiV1H13钢和3Cr2W8V钢,但近年来由于3Cr2W8V钢的韧性低,抗疲劳强度不好,即便采用高温淬火等工艺处理措施也不能满足要求,模具的早期失效比较严重,新型钢种4Cr5MoSiV1H13钢具有良好的淬透性、热强性、耐磨性和塑性,较高的冲击韧性、抗冷热疲劳性,热处理变形小,抗裂纹扩展性好,能改善挤压型材的表面粗糙度,易修模以及良好的高温综合性能和组织中含有较多的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等突出特点,因此逐渐取代了Cr2W8V钢,成为挤压模具的首选材料,实践数据也证明:用4Cr5MoSiV1钢和3Cr2W8V钢制造同种模具,4Cr5MoSiV1的寿命比3Cr2W8V的寿命高3~5倍1,已成为标准模具用材。中国钢研NOS412钼含量更高,耐磨性和韧性更好。适用于对耐磨性和韧性要求更高的热挤压模具(大型或复杂的铝挤压模具)。

  当然模具材料的选择也是一个很复杂的问题,涉及面很广,只有将研制新材料、提高材料本身质量与研究新型热处理工艺和表面强化处理工艺有机结合起来,才是提高寿命的有效途径。

(3)提高热处理和表面处理质量

  挤压模具的使用寿命很大程度上取决于热处理质量,因此,先进的热处理方法和热处理工艺以及强韧化处理和表面强化处理对提高模具使用寿命尤为重要,同时,严格控制热处理和表面强化工艺,防止热处理缺陷,调整淬火与回火工艺参数,增加预处理、稳定化处理和回火次数,注意温控、升温和冷却强度,采用新型淬火介质以及研究强韧化处理、各种表面强化处理等新工艺、新设备,都有利于模具使用寿命的提高。

(4)提高模具制造中的加工质量

  在模具的加工过程中,常见的加工方法有机械加工、线切割加工、放电加工等。机械加工是模具加工过程中不可缺少的重要工序,它不但改变模具的外观尺寸,而且直接影响型材的质量及模具使用寿命;线切割加工模孔是模具加工中广泛使用的工艺方法,它提高了加工效率和加工精度,但也带来了一些特殊问题,如经线切割加工的模具,如不经过回火处理而直接用于生产,易产生掉渣、剥落等现象,将降低模具的使用寿命。

  因此对线切割后的模具进行充分回火能改善表面拉应力状态,降低残余应力,提高模具使用寿命。应力集中是模具断裂的主要原因,在图纸设计允许的范围内,线切割丝直径越大越好,这不仅有利于提高加工效率,也可大大改善应力的分布状态,防止应力集中的发生;放电加工是由放电时所产生的材料汽化、熔融和加工液蒸发现象的叠加作用所进行的一种电腐蚀加工。

  带来的问题是由于加热、冷却的热作用和加工液的电化学作用,在加工部位形成变质层产生应变和应力,在加工液为油的情况下,因油的燃烧而分解出的碳原子向被加工面扩散、渗碳,变质层在热应力提高的同时,因脆硬而易产生裂纹,同时构成残余应力而依附在工件上,这将造成疲劳强度降低,加速断裂、应力腐蚀等现象。因此在加工过程中,应尽量防止上述问题的产生,提高加工质量。

(5)改善工况和改进挤压工艺条件

  挤压模的工作条件极差和环境十分恶劣,因此,改进挤压工艺方法和工艺参数,改善工作条件与工作环境对提高模具寿命有利。所以我们在挤压前要认真拟订挤压方案,选择最佳的设备系统与坯料规格,制定最佳的挤压工艺参数(如挤压温度、速度、挤压系数和挤压压力等)和改善挤压时的工作环境(如采用水冷或氮气冷却、充分润滑等),减轻模具的工作负担(如降低挤压力,减少激冷激热和交变载荷等),建立与健全工艺操作规程和安全使用规程。

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暖
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