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铝型材热挤压工模具材料的合理选择
内容来源:http://www.apas.net.cn/    作者:武将    发布日期:2021-06-30 08:42    阅读次数:138 次 点击收藏

为了提高模具的使用寿命,降低生产成本,提高铝型材产品质量,应根据型材品种、批量大小、工模具结构、形状和大小、工作条件以及钢材本身的熔铸、锻造、加工和热处理工艺性能,钢材的价格和货源等方面的情况,综合权衡利弊,选择经济而合理的工模具材料;归纳起来,选择轻合金挤压工模具材料时一般应考虑以下几个方面的因素;

 

(1)被挤压铝型材或合金的性能;不同的型材或合金在挤压时具有不同的物理-化学性能和力学性能,不同的温度-速度规范和不同的挤压工艺条件,所以,对工模具材料提出了不同的要求,因此,应根据被挤压型材和合金的性能来选择最合理最经济的工模具材料;下表列出了按被挤压型材选取模具材料的部分情况;

挤压不同铝型材时使用的模具钢
被挤压型材品种
挤压温度范围/C
模具硬度要求HRC
使用模具钢牌号
铜与铜合金
648~1093
36~45
H21、H23、H26
镍合金
1093~1259
43~47
H11、H13、H21
钛合金
871~1036
43~47
H11、H13、H21
1093~1259
43~47
H11、H13、H21
铝合金
343~510
46~50
H12、H13
镁合金
343~426
46~50
H12、H13

(2)铝型材品种、形状和规格;型材的品种、形状和规格对工模具材料也有不同的要求;挤压圆棒和圆管时,可选用中等强度的5CrNiMo5CrMnMo5CrNiW等钢材或者强度更低的钢材来制造模具和工具;而挤压具有复杂形状的空心铝型材和薄壁管材时应选用4Cr5MoSiV13Cr2W8V等较高级的材料来制造工模具;对于形状复杂的空心型材以及宽厚比大于50的扁宽薄壁型材和带筋壁板型材,则要求选用更高级的模具材料;对于品种单一、专业化程度高、批量大、要求壁薄、精度高、表面优良的民用建筑型材来说,则应选择具有高强、高耐热耐磨、高抗蠕变且具有良好可氮化性能的钢材来制造模具;

 

(3)挤压方法、工艺条件与设备结构;模具材料的合理选择与挤压方法有很大的关系,正如前面所述,热挤压模具材料要求有高的热强度和热硬度,高的热稳定性和耐磨性等,而冷挤压时,工模具必须在很高的压力下工作,一般单位压力可高达1500~2000MPa,当连续生产时,模具工作部分的局部温度可达150~200℃;同时,由于冷挤压的工具运动速度快,受冲击力作用较大,故工模具材料除要求具有高的强度和良好的韧性,小的碳化物偏析外,还必须有良好的热处理性能;目前,除了3Cr2W8V等钢材外,尚选用硬质合金材料来制造冷挤压工模具;

 

静液挤压时,由于模具处于高压液体包围之中,模子呈预应力状态,同时,静液挤压时的挤压力比正、反向挤压时都要低,故可选用3Cr2W8V等模具钢来制造工模具;

 

在挤压过程中,由于工艺条件的变化,选择工模具材料也应做适当的变化,如穿孔挤压时的针尖和针后端,水冷或氮气冷却挤压用的模具等应选用具有良好抗激冷激热的材料来制造;正向无润滑热挤压与润滑挤压时模具材料的主要区别是前者应选用耐模性更高,热表面强度,氮化性能更好的材料;

 

在某些情况下,设备结构的不同也会影响工模具材料的选择,如T·A·C反挤压时,由于反向挤压轴的特殊结构,装在其中的模子,密封环和填充块都要承受相当大的压力,故一般需要采用3Cr2W8VH11~H13材料,而普通的反挤压轴及其配套件,一般可用5CrNiMo钢制造;

 

(4)挤压工模具的结构形状与尺寸;挤压棒材、管材和普通实心铝型材的平面模,一般可选用5CrNiMo3Cr2W8V钢材制造,而形状复杂的特殊型材模(如带筋壁板模、变断面型材模等)和挤压空心型材用的舌型模、平面分流组合模等必须用4Cr5MoSiV13Cr2W8V钢或更高级的材料来制造;

 

一般情况下,可选用5CrNiW5CrNiMo5CrMnSiMoV等钢材来制造挤压筒,但制造小型挤压筒、高比压挤压筒,特别是扁挤压筒时,其内套应选用3Cr2W8V4Cr5MoSiV1钢,中套可选用5CrNiMo,而外套则可选用45号锻钢;其它的挤压工具,如挤压轴、针支承等,在受高比压时,也可做成组合式的,其中工作部分采用3Cr2W8V4Cr5MoSiV1钢,而基座部分可选用5CrNiMo钢材;T·A·C反挤压轴的导套则可用3号锻钢来制造;

 

工模具的尺寸也是选择材料时应考虑的一个重要因素,一般来说,受重载荷的小尺寸工模具应选用3Cr2W8V钢或4Cr5MoSiV1钢或更高级的材料来制造,而对于尺寸大,质量超过300kg的模具和5000kg的基本工具,由于钢材的熔铸、锻造加工和热处理质量难以保证,故一般不宜采用3Cr2W8V钢材,而最好选用4Cr5MoSiV1钢来制造;

 

(5)材料的价格及其它因素;挤压工模具属于易损部件,特别是挤压模子和针尖的消耗量是相当大的,据不完全统计,热挤压中等批量的铝型材时,工模具的消耗占整个挤压总生产成本的35%~53%;因此,为了降低挤压成本,除了提高模具质量、延长使用寿命外,选用价格较低廉的经济合理的工模具材料也是一个重要的因素;即在能同时满足某种工艺条件和工作要求的情况下,应优先选用价格更低的材料;在计算模具钢的效果时,应考虑钢材本身的成本;

 

开发与选用工模具材料是一项十分复杂的工作,除技术上、经济上的需要与可能外,还应与本国和本地区的具体情况相适应;如某些钢材需要采用特殊的熔炼、锻造和热处理工艺,而某些国家目前尚无此类工艺装备或工艺技术,一些国家的钨藏量比较丰富,而另一些国家缺乏镍金属等等;总之,应根据技术上的需要和可能,选择既经济又合理的工模具材料;

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