前言 挤压模具的寿命及精度与其选材及设计有着直接的关系。目前国内挤压模具寿命一般保持在５～１０ ｔ／套。相比而言，国外由于起步早、科技发达，其模具寿命可达２０ｔ／套。在模具制作方面， 国外广泛应用ＣＡＤ／ＣＡＭ，因此国外挤压模具精度较国内高。本文针对模具失效原因，提高模具精度、质量，延长模具使用寿命来论述。１模具失效的现象及原因分祈１．１４具失效的现象 在挤压生产中，模具失效可分为正常失效和早期失效（非正常失效）。任何挤压模具在工作状态都要 经受真空、高温、高压等恶劣环境最终报废。凡在正常工作条件下，模具寿命达到平均水平后因磨 损、热裂等而导致失效的，一般都视为正常失效。反之都属早期失效。早期失效有几种现象：模具 受惯性冲击等非正常压力而导致的断裂、脆裂、下陷、塌陷、压弯等塑性变形；工作带的过早磨损、热裂；各种原因导致的内孔扩大、鼓肚等。如图１所示。２．２＄具失效的原因分析某工厂对失效的２３３套模具进行了调查分析，其失效形式及所占比例如图２所示。下面对其失效原因进行分析。 Ｏ）设计不合理 因设计不合理而造成的模具失效现象为数不少。例如，由于焊合腔形状设计不当，分流模结构设计不 合理而造成强度不能满足要求或产生应力集中，在上机时造成模具断裂；准封闭型材、舌比过大型 材模具结构设计不合理也易造成模具弯曲或断裂；工作带形状及尺寸设计不当也会造成模具过早失效。（２）制作不到位 由于制作各工序质量不到位，容易造成金属流动时阻力过大、应力集中。例如，膜腔表面结合处圆弧 过度不光滑、表面粗糙度太低，同时关键部位的电火花空刀尺寸及位置偏差把握不严等，都能造成 模具因摩擦阻力过大或应力集中而失效。另一方面，如果热处理工艺掌握不好，不能够很好地保证 模具高温、高压状态下所需要的强度及韧性，也一样会造成模具失效。模片硬度过高，受力时易发生脆裂；硬度过低则塑性大，受力时易变形下陷、弯曲。（３）使用不科学 使用环境不科学，也易造成模具失效。它占非正常失效的５０％～７０％。主要包括模具预热不充分、铸棒温度过低或不均匀、铸棒夹渣、疲劳使用、设备压力不稳定等几个方面。 （４）维护、修模方法不合理 如果在模具使用过程中不注意加强对模具的维护，不采用科学的修模方法进行修理，也易造成模具疲劳强度、抗耐磨性过低，最终降低模具的使用寿命。２ 降低模具失效频率的对策２．ｌ 台理的结构设计 合理的结构设计对于提高模具强度是十分必要的。对于大悬臂、舌比大的准空心型材的模具结构 （如图 ３ａ所示），可以加大型模厚度或加装保护膜，或者采用假分流模结构来改善悬臂处恶劣的受力环境 。对于结构复杂的型材，应从对称及有利于分流供料等诸方面去综合考虑（如图３ｂ所示）。对于 芯体过小的空心型材（如图３Ｃ所示），在设计凸模时，应充分考虑芯体的强度，利用减少甚至不留空刀的方式增强芯体强度，同时尽可能降低芯体脖颈高度，增大分流角（如图３ｄ所示），尽量保证芯体四周受力平衡。 总之，合理的结构设计，要以提高模具固有强度、改善供料条件及受力环境为原则，同时兼顾金属在高温高压下的焊合质量。２．２ 选材合理，热处理Ｈ艺科学 在挤压模具的制作中，我国早期使用的热作模具钢３ＣｒＺＷＳＶ现已被４Ｃｒ５ＭｏｓｉＶＩ代替 。除了要求制模坯锭必须严格执行科学的铸造工艺及锻造工艺、成分规定外，坯锭内部不得有气孔 、夹渣、裂纹等任何缺陷存在。只有合格的坯锭，才能为充分发挥热作模具钢优良的热处理性能奠定基础。（二）３ＣｒＺＷＳＶ钢是一种耐热疲劳性和热强性都较高的挤压工模具材料。在一般情况下，推荐 的淬火加热温度为１０５０～１１００Ｃ。对于形状比较复杂要求变形小的模具，应在不影响淬火 硬度的前提下，出炉经缓冷后淬入油中，在冷却至２００Ｃ左右时立即回火而不能待油淬至室温后 再回火。回火的目的是消除淬火产生的组织应力和热应力，使内部组织稳定。回火温度取５８０～６１０Ｃ，保温２～４ｈ。（２）４Ｃｒ５ＭｏｓｉＶＩ钢是一种空冷硬化的铬系热作模具钢。与３ＣｒＺＷＳＶ相比，具有良 好的中温红硬性、耐磨性和冲击韧性，同时比３ＣｒＺＷＳＶ具有更好的氮化性能。在淬火前必须 进行预热处理，温度８００～８５０Ｃ，保温时间以０．ｓｍｉｎ／ｍｍ计算；淬火温度１０００ ～１０５０Ｃ，保温时间以０．２５ｍｉｎ／ｍｍ计算，可采用油淬或空冷。淬火后立即回火，温 度为５３０～６５０Ｃ，保温Ｚｈ左右。根据情况可采用两次或多次回火工艺，每次回火后应冷到室温。２．３制惧过程中的糟Ｈ细作 制模过程中的要求，主要是确保金属在受压流动过程中所受的摩擦阻力最小，同时避免在各种断面上 出现过度突然、应力集中。这就要求模具内腔表面粗糙度要符合要求；各成型面相连处要光滑连接 ，不得有突起；毛条、插件结构处的空刀尺寸及位置偏差应严格控制。特别是组合模桥及型孔角部应避免突变而形成危险截面。关键形位尺寸精度要严格遵循设计要求，不得随意降低。２．４创造合理的使用条件 首先，模具预热要充分。对于中型挤压机所用模具，应确保模具预热保温３～４ｈ，否则由于模具热 烩不足，变形温度过低而增大金属变形抗力最终导致模具断裂或脆裂。对于长期不用的模具，在模具预热炉中持续停留保温时间一般不得超过１２ｈ，否则容易造成模具局部退火，降低热疲劳强度而影响模具使用寿命。铸棒预热也应充分。无 论是箱式炉还是感应炉，都要确保铸棒预热充分、均匀。夹生、夹渣都易损坏模具，导致模具早期 失效。铸棒的均匀化处理不但能提高型材质量，同时还可改善挤压性能，降低变形抗力，延长模具使用寿命。当然，合理的保温筒温度也是十分重要的。对于设备操作，要求操作者要具备丰富的操作经验，熟悉正确的操作方法。尽量避免主机加压时的惯 性冲击。特别是对于铸棒质量及其它工艺条件还不十分理想时，主机的惯性冲击是造成模具非正常失效的主要原因。２．５及时维护、修理 在模具使用过程中，应经常进行合理的维护、保养工作，包括重复氮化、表面保护等。 （下转第４９页） （上接第１５页）氰化处理在不影响模具芯部韧性的同时，又可使工作带表层获得较高硬度，从而增 加其耐磨性及抗粘附性。同时能在工作带表层形成较大的残余应力，显著提高疲劳强度。氮化频度 应根据生产实际情况选定。原则上模孔连续通过型材长度不超过二０００ｍ，就应及时氮化维护。 否则，极易降低模具疲劳强度，影响其使用寿命。当模具长期不使用时，应将模具内腔表面清理干净后，进行氮化处理，并在工作带表面覆盖防护油后妥善保存，以备下次使用。修模是模具维护的最重要手段之一。合理的修模方法对于改善模具的使用状况、延长模具使用寿命十 分重要。工作带调整的原则是尽量避免减薄工作带的做法。阻碍流动时的打点、补焊等方法都不得过分改变模具关键部位特别是工作带内部组织，以免强度降低或发生脆硬失效。２．６建立科学的模具音理制度 在模具设计、制造及使用过程中，应建立健全科学的管理制度。首先是完善工序间质量检查制度。从 设计、使用直至最后失效，要有严格的自检、互检、专检三级检查验收认可制度。其次是坚持试模 制度。通过试模工作，可以充分暴露模具结构缺陷，不断提高模具设计、制作及修理水平。第三， 不断完善模具使用、管理的各项规章制度。包括模具管理台帐、模具档案、修模、氮化制度等，使 每套模具在整个使用过程中都能明确其存在状态、产出量等特点，也方便有关人员或部门采取积极的应对措施，改善其使用条件、进一步延长其使用寿命。３结论 挤压模具是铝合金加工的重要组成部分，它构成了铝合金成本的２０％～４０％。合理的模具材质的 选取及结构设计对于获取所需模具的形状及精度、提高产品质量、减少能耗及提高生产效率有着重 要的意义。铝合金热挤压模具失效分析@陈晓光$中国长城铝业公司铝型材厂!郑州市上街区45 0041挤压模具;;失效;;使用寿命;;结构设计;;热处理;;变形抗力;;疲劳强度分析 了挤压模具失效原因，并从模具设计、选材、制作、使用、维护、管理等方面，探索出提高模具质量、延长模具使用寿命的有效途径。玻?创造合理的使用条件首先，模具预热要充分。对于中型挤压机所用模具，应确保模具预热保温３～４ｈ，否则由于模具热 烩不足，变形温度过低而增大金属变形抗力最终导致模具断裂或脆裂。对于长期不用的模具，在模具预热炉中持续停留保温时间一般不得超过１２ｈ，否则容易造成模具局部退火，降低热疲劳强度而影响模具使用寿命。铸棒预热也应充分。无 论是箱式炉还是感应炉，都要确保铸棒预热充分、均匀。夹生、夹渣都易损坏模具，导致模具早期 失效。铸棒的均匀化处理不但能提高型材质量，同时还可改善挤压性能，降低变形抗力，延长模具使用寿命。当然，合理的保温筒温度也是十分重要的。对于设备操作，要求操作者要具备丰富的操作经验，熟悉正确的操作方法。尽量避免主机加压时的惯 性冲击。特别是对于铸棒质量及其它工艺条件还不十分理想时，主机的惯性冲击是造成模具非正常失效的主要原因。２．５及时维护、修理 在模具使用过程中，应经常进行合理的维护、保养工作，包括重复氮化、表面保护等。 （下转第４９页） （上接第１５页）氰化处理在不影响模具芯部韧性的同时，又可使工作带表层获得较高硬度，从而增 加其耐磨性及抗粘附性。同时能在工作带表层形成较大的残余应力，显著提高疲劳强度。氮化频度 应根据生产实际情况选定。原则上模孔连续通过型材长度不超过二０００ｍ，就应及时氮化维护。 否则，极易降低模具疲劳强度，影响其使用寿命。当模具长期不使用时，应将模具内腔表面清理干净后，进行氮化处理，并在工作带表面覆盖防护油后妥善保存，以备下次使用。修模是模具维护的最重要手段之一。合理的修模方法对于改善模具的使用状况、延长模具使用寿命十 分重要。工作带调整的原则是尽量避免减薄工作带的做法。阻碍流动时的打点、补焊等方法都不得过分改变模具
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