1. 前言
延長(zhǎng)擠壓模具的使用壽命一直是鋁加工企業(yè)十分關(guān)注的問(wèn)題，模具壽命的長(zhǎng)短直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品成本，采取哪些得力措施來(lái)延長(zhǎng)模具的使用壽命，不少企業(yè)都有自己的獨(dú)到之處。為了更好地改善鋁擠壓模具的質(zhì)量和提高其使用壽命，本文從模具的材質(zhì)選擇、模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱處理工藝的選擇與模具的科學(xué)使用四個(gè)方面作了剖析，并有針對(duì)性地提出切實(shí)可行的對(duì)策。
2. 影響因素分析
2.1 模具材料性能的影響
擠壓模具是在高溫高壓下作業(yè)，并承受周期載荷的作用，因此對(duì)模具鋼的性能要求相當(dāng)高，一般制造模具的材料應(yīng)具有熱穩(wěn)定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。前些年國(guó)內(nèi)常采用3Cr2W8V鋼制造模具，但它的韌性低，抗疲勞強(qiáng)度不好，即使采用高溫淬火等工藝處理措施亦不能滿足要求，模具的早期失效十分嚴(yán)重，近年來(lái)已被模具鋼4Cr5MoSiV1（H13鋼）所取代，與3Cr2W8V鋼相比，H13鋼具有兩個(gè)突出特點(diǎn)：一是有良好的高溫綜合性能和較高的熱疲勞抗力；．二是組織中含有較多的Cr、Mo元素，氮化處理時(shí)能生成豐富穩(wěn)定的氮化物并彌散分布。
但是相對(duì)于SSAB鋼廠研發(fā)的Toolox材料，由于已經(jīng)在鋼廠就進(jìn)行了熱處理，內(nèi)應(yīng)力非常小，Toolox44具備了很高的韌性，比較同等硬度的H13系列材料，韌性有大幅度的提高，Toolox44回火溫度達(dá)到640攝氏度左右，在600度以下保證Toolox44的力學(xué)性能不變。由于Toolox材料是全新的冶金成分設(shè)計(jì)，氮化性能非常優(yōu)異，氮化層和Toolox基體材料結(jié)合非常好。而且Toolox的拋光性能非常好，能得到很光滑的模具表面，在擠壓時(shí)候的阻力能大大降低，因此Toolox材料應(yīng)用在鋁擠壓模具時(shí)，配合良好的表面氮化，能夠得到非常理想的效果。所以，就延長(zhǎng)模具的使用壽命而言，選用Toolox加工模具是最佳的。
2.2 模具設(shè)計(jì)方案的影響
模具設(shè)計(jì)的合理得當(dāng)，是延長(zhǎng)其使用壽命的重要環(huán)節(jié)。擠壓鋁型材一般存在斷面不對(duì)稱和壁厚不相等現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)給予重視，既要考慮模孔位置的排列，又要結(jié)合具體情況，通過(guò)改變模孔工作帶的高度來(lái)改善金屬的流動(dòng)性。下面就模具設(shè)計(jì)存在的一般問(wèn)題略作分析：
（1）對(duì)于壁厚不相等的型材，采用不等長(zhǎng)工作帶的方法設(shè)計(jì)。
（2）適當(dāng)調(diào)整過(guò)渡圓角的半徑和工作帶長(zhǎng)度，以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。
（3）模孔尺寸的確定應(yīng)綜合考慮型材性質(zhì)和模具材料的收縮率
（4）根據(jù)延伸系數(shù)確定模孔數(shù)目。模孔數(shù)目直接影響到延伸系數(shù)的大小，擠壓比過(guò)大會(huì)使擠壓力超過(guò)正常值而損壞模具，過(guò)小則會(huì)使擠壓制品的機(jī)械性能下降，一般擠壓系數(shù)（延伸系數(shù)）宜在10－50之間。
（5）合理布置模孔位置。在設(shè)計(jì)時(shí)不宜將模孔布置得過(guò)于靠近邊緣，否則將會(huì)降低模具強(qiáng)度，導(dǎo)致死區(qū)金屬參與流動(dòng)而影響制品表面質(zhì)量。
2.3 熱處理工藝的影響
要延長(zhǎng)模具的使用壽命，熱處理工藝的恰當(dāng)與否甚為重要，影響熱處理質(zhì)量的主要因素有加熱速度、淬火溫度、淬火速度和回火溫度等。Toolox材料無(wú)需熱處理，省去了熱處理費(fèi)用和時(shí)間，也降低了熱處理風(fēng)險(xiǎn)。
2.4 模具使用機(jī)制的影響
要延長(zhǎng)模具的壽命，科學(xué)地使用模具也是不容忽視的一個(gè)方面。由于模具的工作環(huán)境極為惡劣（高溫高壓），生產(chǎn)中要采取一定的措施來(lái)確保它的組織性能。以下列出要注意的三個(gè)重要方面：
（1）采用適宜的擠壓速度。在擠壓過(guò)程中，當(dāng)擠壓速度過(guò)快時(shí)，會(huì)造成金屬流動(dòng)不均勻、模具溫度較高等現(xiàn)象，如果此時(shí)金屬變形產(chǎn)生的余熱不能及時(shí)帶走，模具就可能因局部過(guò)熱而失效，當(dāng)擠壓速度較適宜時(shí)，就避免了上述不良后果的發(fā)生，擠壓速度一般控制在25mm/s以下。
（2）采用低一高一低的使用強(qiáng)度。模具剛進(jìn)入服役期時(shí)，組織性能還處在浮動(dòng)階段，此時(shí)應(yīng)采用低強(qiáng)度的作業(yè)方案，使模具向平穩(wěn)期過(guò)渡；模具使用中期，可適當(dāng)提高使用強(qiáng)度，因?yàn)榇藭r(shí)模具的綜合性能處在最佳狀態(tài)；到模具的使用后期，其內(nèi)部組織已部分惡化，熱疲勞強(qiáng)度也較低，應(yīng)適當(dāng)降低模具的使用強(qiáng)度，以免使用中出現(xiàn)模具變形、裂紋等缺陷。
（3）使用前期對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)氮化處理。滲氮處理能使模具在保持足夠韌性的情況下大大提高其表面硬度，以減少模具使用時(shí)的熱磨損，但表面氮化并不是一次性就能完成的，在模具服役期間，應(yīng)對(duì)之進(jìn)行3－4次反復(fù)滲氮處理，一般要使氮化層厚度達(dá)到0．15－0．20mm。
3.結(jié)束語(yǔ)
擠壓模具的使用壽命是一個(gè)綜合性的技術(shù)問(wèn)題，以上介紹的四個(gè)方面只是其中的部分，要全面理解模具使用壽命的含義，在模具的加工制造中選擇最佳工藝和模具使用后的及時(shí)修正，對(duì)延長(zhǎng)模具的壽命也至關(guān)重要。