提高铝材挤压模具利用 寿命的八年夜 办法

1、 挤压工模具的使用寿命

挤压模具因磨损或其他掉 效情势 ，终致不行修复而报废之前所能承受的挤压的总次数或经由过程 挤压铸锭的总个数(也可用经由过程 产物 的总长度或总品量暗示)，称之为挤压工模具的使用寿命。

工模具在报废之前，可能呈现初期 掉 效。但在绝年夜 多半 情况下，经由过程 公道 的批改 后还能继续使用。工模具在第一次修复之前，或两次修复之间所经由过程 的挤压铸锭数(产物 的质量或长度)称为中心寿命。

挤压工模具答应 修复的次数是有限的，在出产实践中，挤压东西一般可修复2～3次(反复 热处置一般只答应 一次)；平面模和穿孔针可修复3～5次，乃至 高达l0次以上；组合模最多可修复3～4次。工模具的中心寿命越高，答应 修复的次数越多，则使用寿命就越长。

因为 挤压工模具的外形 复杂，构造 各别 ，而且工作条件和用处 各不不异，答应 误差 尺度 (尺寸精度、外面 状况 等)也纷歧 样。是以 ，要准确地、定量地界说 出工模具的寿命是难题 的。所谓工模具的使用寿命，现实 上只是一个年夜 致的整体 的概念。

提高工模具寿命，本色 上意味着与掉 效作斗争。按工模具掉 效发生时候 的迟早，年夜 致可分为初期 掉 效和正常掉 效。一般来讲 ，工模具的冲击碎裂 、塑性变形、粘附及过早的磨损和热裂、细颈或拉断、压弯等均属初期 掉 效，而在工模具到达 正常平均寿命程度 以后 的磨损和热裂，则属正常掉 效。表4—5—1为某厂轻合金挤压车间按磨损和裂纹较量争论 模具使用寿命的现实 情况。从表可看出，热挤压模具报废件中，磨损约占90%，裂纹占10%阁下 ，空心型材模具的裂纹所占比例比实心产物 模具的年夜 ，如以挤出总长度来暗示模具的使用寿命，则空心件模具年夜 约是实心件模具的一半。表4—5—2则为日本某厂模具初期 掉 效的实例。

表4—5—1按磨损和裂纹统计的挤压模具使用寿命表

模具类型

报废缘由

指标

实心型材模

空心型材模

磨损

裂纹

磨损

裂纹

报废缘由 比率/%

92.6

7.2

88.6

11.4

寿命

平均挤压长度/km

尺度 误差 /km

27.06

7.43

12.6

9.81

17.09

3.78

10.2

4.72

取样数

155

12

271

35

表4—5—2日本有关模具初期 掉 效的统计数据(平均)表

掉 效缘由

百分比/%

热处置欠妥

模具设计不公道

模具材质不良

模具加工方式 不当

使用条件欠安

对模具材料特征 缺少 熟悉

下料欠妥

选材欠妥

其他(磨削、焊接、组装不良、外面 处置欠妥 等)

44

10

7

7

7

5

3

3

14

2、 影响挤压工模具使用寿命的主要身分

影响挤压工模具使用寿命的身分 很多，归纳综合 起来可分为两年夜 类。一类是外因，即东西工作时的外界的情况 和外部条件。另外一 类是内因，即工模具自己 的构造 和使用机能 。内因取决于工模具的设计、材料选择和全部 加工工艺，包孕 冶金、铸造 、热处置、机加工和电加工等进程 。材料和所有的加工工艺身分 ，终究 反映到工模具的加工精度、外面 粗拙 度、晶粒度年夜 小、碳化物偏析、夹杂物含量及散布 ，和 硬度、强度、韧性、耐磨性、热不变性和耐热疲惫 性等指标上。这些指标决议了工模具的使用机能 。

综合年夜 量的资料和按照持久出产实践的经验，可将影响挤压工模具使用寿命的身分 归纳为以下 几个方面：

(1)工模具的构造 设计与强度校核；

(2)工模具材料；

(3)冷、热加工与电加工工艺；

(4)热处置与外面 处置工艺；

(5)挤压工艺与使用条件；

(6)保护 与补缀 ；

(7)挤压产物 材料特征 和外形 、规格；

(8)科学办理。

此中(1)～(4)属于内涵 身分 ，(5)～(8)为外在身分 。一般来讲 ，只要上述几个方面根基 处置适合 ，工模具的使用寿命便可 到达 正常程度 。反之，若是有一个方面或几个方面处置欠妥 ，例如工模具构造 设计不公道 、选材欠妥 或材质欠安 、加工方式 或加工工艺不公道 、热处置或外面 处置方式 欠妥 、模具的安装或装备 精度差、使用保护 欠妥 、加工精度不敷 、外面 状况 不良、组合装配不公道 等，则可能发生初期 掉 效。一样 ，若是在上述所列各身分 中，在某一方面或某几个方面经由过程 采取 新材料、新工艺、新手艺 ，获得 某种成心 义的冲破 ，则有可能使工模具的寿命年夜 幅度提高，到达 先辈 程度 。

影响工模具的寿命的诸身分 是相互 影响，彼此制约又互为弥补、互为增进 的，一种影响身分 又会触及 到其他方面的身分 。是以 ，应把影响工模具寿命的诸身分 作为一个有机的整体来对待 ，看成 一个系统工程问题来进行接头。挤压工场 中常见的引发 工模具报废的主要身分 示于图4—5—38。

图4—5—38挤压工模具报废因果图

3、 提高工模具使用寿命的主要路子

挤压工模具的使用寿命常常 是决议某一工艺方式 或某一产物 是不是 经济可行的要素。是以 ，国表里 很多 学者都致力于提高挤压工模具寿命的研究。然则 ，如上所述，工模具寿命的影响身分 很多，是一个复杂的多身分 的综合性问题，所以，只有从理论上和实践上系统地深切 地研究工模具的工作条件、掉 效特征和缘由 ，把握 工模具材料的成份 、组织、机能 三者之间的关系，阐明工模具设计、加工和使用的全进程 ，才能真正找到提高某种具体工模具寿命的办法 。一般来讲 ，为了提高工模具的使用寿命应从以下几个方面着手展开 工作。

1．公道 设计工模具

只有工模具设计公道 ，才能充实阐扬材料应有的效能，这是避免 工模具初期 掉 效的根蒂根基 。若是工模具设计自己 不克不及 包管 足够的强度和韧性，那末 ，必定 会使工模具因过载而初期 掉 效。准确 设计的工模具构造 ，应包管 在正常使用条件下，没有发生 冲击碎裂 和应力集中的可能。工模具的强度和使用寿命起首 是由足够的尺寸来包管 的，但工模具的尺寸主要由产物 尺寸所决议，受装备 安装空间的限制和其他身分 的影响。

在设计工模具时，应尽量使各部门受力平均 ，留意 避免尖角、内凹角、壁厚差差异 、扁宽薄壁截面等，以免发生 过年夜 的应力集中，引发 热处置变形、开裂和使用进程 中脆性碎裂 或初期 热裂。另外 ，还应斟酌 工模具的刚性。为了便于交换 、保管和维修、尺度 化设计也是十分主要 的。

挤压模具的优化设计是获得经济而公道 模具的主要 手段。近些年 来，世界列国 投入年夜 量人力、物力和财力致力于挤压模具优化问题的研究。因为 年夜 型较量争论 机的开辟 和运用 ，CAD/CAM手艺 的敏捷 成长 ，有限元阐明理论和适用 手艺 的不休完美 和 各类 数值摹拟 和物理摹拟 方式 的进一步适用 化，为挤压模具优化设计的理论和手艺 的开辟 开辟了道路。今朝 很多 年夜 型的、复杂的、主要 的挤压工模具(如年夜 型高比压圆挤压筒、优良 多层组装式扁挤压筒、固定挤压垫片、多孔舌型模、年夜 型空心壁板用平面组合模、异形空心型材的穿孔系统、流线模角等)等优化设计问题已获得了写意后果。挤压模具优化理论研究与适用 手艺 获得了重年夜 冲破 ，获得 了一年夜 批功效 ，有的已规范化和系统化。

总之，公道 设计工模具构造 和进行靠得住 的强度校核，不休刷新 工模具设计理论和方式 ，采取 电子较量争论 机辅助设计等是改良挤压工模具设计和提高使用寿命的主要路子 。

2．公道 选择工模具材料和研发新型模具材料

按照工模具的工作条件和机能 要求，准确 选择其材料也是提高使用寿命和下降 出产本钱 的有用 办法 。前人已做过年夜 量工作，从化学成份 、冶金进程 、铸造 与热处置工艺和 提高原材料自己 的品质等方面进行了普遍 的研究，并获得 了很年夜 的进展。然则 ，工模具材料的选择是一个十分复杂的问题，触及 面很广，所以致 今还没有 获得重年夜 的冲破 。研究与实践证实 ，把研制新材料、提高材料自己 的品质与研究新型的热处置工艺和外面 强化处置工艺有机地连系 起来，是解决这一课题的有用 路子 。

跟着 热挤压条件愈来愈 严重，对工模具的机能 要求愈来愈 高。为了知足 这类 愈来愈 高的要求，世界列国 近些年 来开辟 研制了很多 有价值的新型挤压工模具钢，见表4—5—3。由表可见，由J·Rhollway等开辟 的A种钢，将含碳量降到0.25%～0.30%以下，用Ni提高基体的延性、韧性的同时，添加Mo、Co来增进 微细碳化物析出。因为 含Mo或Co 3%以上的钢的强度、耐磨损性有显著提高，但延展性却下降不年夜 ，所以添加3%Mo或Co的钢是最适合 的。另外 ，因为 Co的本钱 高，所以最近 又开辟 了不含Co但具有高综合机能 的B种钢和C种钢。在析出硬化型马氏体钢方面，开辟 了ASM尺度 的6F4钢，它含有(0.15～0.2)%C，为了提高淬透性，添加了3%的Ni和3.4%Mo。因为 含量低，所以在淬火状况 下硬度也较低，而延展性和韧性较高。在一般的预硬化状况 (在400℃低温回火状况 ，40～44HRC条件下)下使用时，因为 制品外面 的温升而引发 析出强化。此种钢适于制造年夜 型挤压东西，但也可用作模具材料。最近开辟 的马氏体时效处置钢的特点是：以极低的C和高Ni作为根基 成份 ，并添加剂了 Co、Mo、Ti、Al。以极低碳的马氏体作基体，和之前 使用的热作东西钢的冶金特征完全分歧 ，它是经由过程 时效而平均 弥散地析出Ni3Mo、Fe2MoNi3Ti相到达 强化，从而获得 超硬高强度(≥2000 MPa)。因为 这类 钢具有异常 高的强度和精良的韧性，所以适用于制造承载的挤压东西和模具。表4—5—3中示出的奥氏体钢A286具有精良的耐热性，若是在720℃时效，能发生 γi(Ni13Ti)析出强化，则在高温下的强度比马氏体高。另外 ，最近又开辟 了哄骗由V碳化物的共格析出而引发 强化的(0.5～1.0)C－13Mn－8Ni－10Cr－(2～4)V－0.1Ti－0.0005B钢，其强度高于Hl9和A286，很有进展 用于建造 热挤压铝合金型材模具。下面举例阐明几种对提遐龄 命有价值的模具材料。

表4—5—3最近开辟 的新型挤压工模具钢成份 表

种别

钢号

主要成份 /%

C

Si

Mn

Ni

Cr

Mo

Co

W

V

其他

二次硬化型

马氏体钢

H10

0.30

0.3

0.4

3.0

3.0

0.5

BHl0A

0.30

0.30

0.4

3.0

3.0

3．O

－0.5

H19

0.40

-0.3

0.4

4.3

0.40

4.3

4.5

2.0

A

0.28

-0.3

0.7

3.0

0.5

3.3

3.0

B

0.40

-0.40

0.4

2.0

2.0

2.O

0.15

Nb0.004

C

0.40

+0.3

1.5

2.5

2.1

1.2

B0.005

析出硬化型马氏体钢

6F4

0.20

0.3

0.7

3.0

3.4

D

0.20

0.5

0.5

0.8

2.6

1.9

0.4

0.4

0.8

Nb0.4

马氏体时

1700MPa级

0.1

18

4.8

8.0

Ti0.45，Al0.10

2100MPa级

18

4.6

8.5

A10.10,Ti0.80

效处置钢

2400MPa级

18

4.2

12.0

Til.50，Al0.10

奥氏体钢

A286

1.5

25

15

1.3

0.3

Ti0.20

F

0.5～1.0

0.4

13

8

10

2～4

Ti0.10,B0.005

1)4Cr3M02V钢

4Cr3M02V钢是在消化接收 瑞典的ASSABQR080M热挤压模具钢的根蒂根基 上开辟 出来的，其机能 优于4Cr5MoSiVl钢，可取代4Cr5MoSiVl钢用于建造 热挤压模，有辽阔 的推行 运用 前景。4Cr3M02V钢的化学成份 为(0.35～0.42)%C；(0.22～0.42)％Si；(0.5～1.0)%Mn：(2.2～2.8)%Cr；(1.8～2.2)%Mo；(1.0～1.4)%V。当淬火温度为1100℃时，在600℃时的高温硬度HV为470～480 MPa。在1080℃淬火+600℃回火两次(各1 h)条件下，其高温硬度为HV525～535 MPa。出产实验 证实 ，当4Cr3M02V挤压模具的硬度为470～480 HV，挤压筒温度为400～450℃，模具温度为400～440%，铸锭温度为450～500℃，挤压速度60 m/min的条件下，挤压铝合金型材的使用寿命为7～10 t/每模。

2)AE31高质模具钢

AE31是日本高周波钢业股份有限公司 和神户制钢中心 研究地点 对0.4C－2Ni－3Cr－2Mo－0.3V的成份 加以改良后研制成功的，是一种抱负的铝合金型材模具材料，其常温机能 、高温机能 、回火不变性，稀奇是氮化特征 都优于SKD62钢。例如，1025℃淬火+575℃回火后，其 σb可达l800 MPa，σ0.2≥1500 MPa，HRC可达52以上，深冲率可达50％阁下 ，δ≥10％，冲击功Ak年夜 于39 J，在高温下仍具精良的KIC值。

3)ASSAB8407“组织优化”高温热作模具钢

该钢种由瑞典一胜百钢材有限公司研制，尺度 规格为AISIHl3MICRODIzED，主要化学成份 ：0.37％C、1.0%Si、0.4%Mn、5.3%Cr、1.4%M0、1.0%V。热处置后的室温强度为 HRC≥52、σb≥1820 MPa, σ0.2≥1152 MPa、ψ﹥45％、δ≥10%。其主要长处 是：组织精密 平均 ，韧性高；含碳量低，不会发生热裂；抗高温热应力疲惫 强度高档 。

3．研发新型热处置工艺

1)预处置工艺研究

4CrSMoSiVl钢是合金元素含量较高的过共析钢，在冶炼、铸造时可能呈现碳化物偏析，锻轧后构成 粗年夜 的碳化物带。碳化物的数目 、年夜 小及散布 状况 直接影响钢材的组织与机能 。如残存 碳化物数目 多、粒度年夜 、散布 状况 欠安 (如呈明明带状或沿晶界散布 )，则钢材的韧性和疲惫 抗力将年夜 年夜 下降。为了改良 模具终究 热处置后的组织和机能 ，对4Cr5MoSiVl钢进行了系统的预期处置工艺实验 。采取 自动相阐明手艺 对碳化物面积分数(A%)、平均粒径(d)和单元 面积碳化物个数(Nc)定量测定，用拉伸法测定了常规力学机能 。优化设计出了该钢种的预处置工艺轨制 ，并与常规球化退火工艺的组织机能 进行了对照。阐来岁 夜 量的实验 后果，获得以下有价值的功效 ：

(1)预处置明明地改良 了4Cr5MoSiVl钢的组织，所有消弭 带状碳化物，年夜 年夜 削减 了粗年夜 碳化物的数目 ，可获得散布 平均 、尺寸藐小 的碳化物组织。

(2)预处置方式 与常规球化退火(860℃下退火)方式 比拟 ，具有勤俭 能源，出产周期短等长处 ，在强度、晶粒度根基 上相当的条件 下，可提高钢材的塑性和韧性。

(3)保举 的预处置工艺为：ll00℃固溶，770℃或860℃高温回火，回火硬度为207～235HB。

2)热处置工艺研究

(1)通俗 热处置工艺轨制 的优化

为充实阐扬4CrSMoSiVl钢的潜力，对其终究 热处置轨制 进行了研究，经由过程 年夜 量的实验 和出产实践，保举 4Cr5MoSiVl钢挤压模使用以下 热处置轨制 ：淬火进步 行800～850℃预热，以免 加热速渡过 快、热应力增年夜 引发 模具开裂。淬火温度规模为1020～1070℃，加热落后 行油冷淬火，淬火后必需 立刻 进炉回火(时候 间隙最长不跨越 6 h)以防因淬火后应力过年夜 而致使 开裂。回火温度规模为580～620℃，回火2～3次，每次l.5～2 h，回火的硬度为42～48HRC。经由 年夜 量的出产使用，证实 优化工艺不变靠得住 ，可年夜 年夜 提高模具使用寿命和经济效益。

(2)真空热处置工艺研究

在研究了4Cr5MoSiVl钢和等温球化处置、预处置和两重 处置的根蒂根基 上，运用 正交优化方式 研究了其最好 的真空热处置工艺轨制 。按照理化检测的后果，阐了然分歧 真空热处置轨制 与该材料的室温硬度、常规力学机能 、高温硬度、高温力学机能 和 特种机能 (热疲惫 与热磨损抗力)之间的关系。用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜和体视显微镜阐了然材料经分歧 真空热处置后的显微组织的热磨损、热疲惫 裂纹的外面 描摹。经由过程 年夜 量的研究工作和工业性实验 ，获得了以下功效 ：

①4Cr5MoSiVl钢铝型材挤压模具经1100℃/0.5 min·mm-1油冷+770℃或860℃/2.6 min·mm-1空冷预处置后，组织平均 ，碳化物散布 弥散且藐小 ，为终究 热处置作了精良的组织预备 。

②4Cr5MoSiVl钢铝型材挤压模真空热处置最好 工艺优化后果是：l040～1080℃真空淬火，600℃ + 580℃×3h两次真空回火，真空度为10-3～l0-1Pa。

③4Cr5MoSiVl钢真空热处置后，其组织为回火马氏体(M)+下贝氏体(B)，且真空热处置后的马氏体(M)板条比非真空热处置的藐小 ，碳化物描摹为圆球状。

④经真空热处置的模具，具有精良的综协力 学机能 、抗回火能力，其高温机能 也优手通俗 热处置的模具。

⑤4Cr5MoSiVl钢经真空热处置后，模具变形小，仅为常规处置的l/3～1/10，一般在0.05 mm阁下 ，模具的热疲惫 抗力和热磨损抗力比非真空处置的高，且在1080℃油淬，600～580℃回火时呈现最好 值。

⑥出产性实验 后果解释，用上述真空热处置工艺处置的模具，耐磨性好、粘铝少、型材外面 光洁度高、模具使用寿命比经通俗 热处置的模具提高2～3倍以上。

3)强韧化处置工艺研究

近十年来，3Cr2W8V钢的强韧化处置工艺又有了新的成长 ，主要的功效 有：

(1)高温淬火+高温回火工艺。此工艺将3Cr2W8V钢的淬火温度提高到1150～1170℃，目标 在于使碳化物更平均 。高温回火是将3Cr2W8V钢的回火温度提高到670℃阁下 。此工艺提高了材料的热疲惫 机能 和断裂韧度，对 因热疲惫 龟裂致使 的初期 破断现象是十分有益 的。但因为 采取 高温回火，材料的强度和硬度损掉 年夜 ，故对强度和耐磨性要求较高的铝挤压模尚待改良。

(2)组织预处置工艺，也称作两重 处置工艺，即在终究 热处置之前，以高温固溶(1150～1250℃)加高温回火(730～780℃)取代 锻撤退退却 火工艺。其目标 是通太高 温固溶消弭 粗年夜 碳化物和碳化物偏析，然后采取 高温回火使碳化物平均 藐小 地析出，同时消弭 遗传性，从而提高材料的强度，特别 是韧性。终究 热处置仍按常规工艺进行。据报道，用此法可以使 材料冲击韧度提高20%～30%。

(3)超高温淬火+中温回火工艺研究。采取 1250℃以上超高温奥氏体，使合金元素充实溶入奥氏体，可以使3Cr2W8V钢的高温强度和抗回火软化能力显著提高，因此 提高挤压模抗高温软塌和磨损机能 。继高温淬火以后 ，若采取 560℃阁下 回火，则冲击韧度会呈现低谷，同时σb会年夜 幅下降 ；若采取 300～500℃中心回火，既避开了560℃回火而至 使 的KIC低谷，又避免 了650℃回火所呈现的冲击功低谷，可以使模具获得强韧性的共同。铝挤压模具的工作温度通常是 400～500℃，模具外面 最高温升一般在520℃阁下 ，是以 ，即便 是长时候 使用后，原中温回火的组织还是 不变的，不致发生 二次硬化现象，如许 可以免 非凡 碳化物物析出和残存 奥氏体的分化 。因此 模具在工作时可连结 韧性不变。同时，模具在使用进程 中回火软化偏向 少，若采取 500℃以下中温回火，不会引发 模具热强性和耐磨性在使用进程 中下降 。可见，超高温奥氏体淬火+中温回火是铝型材挤压模具的一种可行的强韧化处置工艺。

4．外面 强化处置新工艺研究

(1)离子硫、碳、氮三元共渗工艺研究

研究了分歧 预先处置、共渗氛围 、温度时候 和蔼 压对共渗层的影响。后果解释，经淬火+ 回火处置的模具共渗层的硬度最高，氮气与二硫化碳之比以20～30:1为佳。用正交实验 研究，肯定 了4Cr5MoSiVl模具钢的最好 三元共渗工艺为：在540～560℃渗氮2 h，三元共渗1 h。采取 光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪及改良的Tlttagia法和Uddehlom法研究了三元共渗后的金相组织、表层硬度、渗层深度、相构造 、热疲惫 和热磨损机能 和 它们的外面 描摹。后果解释，经由过程 共渗氛围 的工艺参数的公道 节制 可获得组织精良、层深适度、外面 硬度高、热疲惫 和热磨损机能 好、自润滑机能 精良的共渗层。年夜 批量出产实践证实 ，经三元共渗的铝挤压模具，其使用寿命平都可 达l5～20t/每模，最高可达51.4 t/每模，而且挤压出来的铝材平整、外面 光洁、品质良好，获得了明明的经济效益。

(2)离子复合处置工艺研究

哄骗离子冲击装配 对4Cr5MoSiVl和3Cr2W8V钢制铝型材挤压模具的离子复合处置工艺进行了周全 的研究，经优选实验 和检测定量阐明，深切 研究了离子复合处置的温度、时候 、气压、氛围 和离子场散布 状况 等身分 与所得渗层相构造 构成 、渗透 元素散布 、显微组织、渗层深度、外面 硬度和 耐磨机能 之间的关系。肯定 了可以使 模具获得精良综合机能 的最好 工艺参数：处置温度为520～560℃，时候 4～6 h，工作气压1067～1333 Pa，工作氛围 为N2、H2、Ar加含硫、含碳、含氧的夹杂 气体。

系统地研究了窄缝窄槽模具的离子复合处置工艺，已使具有0.7 mm以上窄缝的薄壁型材模具到达 了精良的处置结果 。

经频频 实验 ，研究成功了适合于离子处置工艺的外面 涂覆屏障 手艺 。该手艺 具有离子处置进程 不变、防渗机能 好、涂覆层极易肃清等特点，而且对避免 局部过热和促使模具的均温化具有精良的结果 。经年夜 批出产证实，对3Cr2W8V挤压型材模，经离子复合处置后，其使用寿命由未经处置的平均3t/每模提高到l2 t/每模以上，型材产物 的外面 质量明明改良 ，获得了精良的经济效益。

(3)离子氮化工艺研究

在辉光离子氮化炉上做了年夜 量的氧化处置工艺研究，以壁厚为1.5 mm以上的挤压模孔进行实验 获得 了写意的后果，出产证实 ，提高了模具的耐磨性和型材外面 品质。

(4)气体软氮化工艺研究

对气体软氮化工艺进行了年夜 量的研究工作，后果外面 ，气体软氮化是一种低温碳、氮共渗方式 ，可以使 模具的抗咬合性、抗磨损机能 提高。其最年夜 特点是不受模具型孔宽度和复杂性的影响，而且氮化结果 精良。

(5)脉冲等离子渗氮工艺研究

脉冲等离子手艺 是一种可准确节制 的可多参数转变 的渗氮法。可转变 的参数有：时候 、工件温度、外界热源温度、工件外界热源的温度梯度、电压、电流、气体夹杂 物成份 、气流速度、室内压力、脉冲反复 次数、脉冲延续 时候 、节制 方式等，因为 可变参数多，应采取 可编程微机节制 。

用脉冲等离子渗氮手艺 的气～固界面回响反映 为：

①发生 被电离物氮原子和中性氮原子，N2N++N；

②溅射净化工件外面 ，渗到工件外面 的N+=从钢外面 溅射的铁和溅射的污物；

③氮化铁的构成 ，溅射的铁+氮=氮化铁(Fe2N)；

④响应 的渗氮进程

FeN-→Fe2N+N

Fe2N-→Fe3N+N

Fe3N-→Fe4N+N

Fe4N-→Fe+N

脉冲离子渗氮手艺 的主要特点是：

①下降 进程 的温度，稀奇适用于温度敏感性钢和几何敏感性模具的渗氮处置；

②温度梯度可编程节制 ；

③进程 的氮耗、气体能耗、离子能耗都低；

④可用飞溅法净化模型 ；

⑤情况 好，无污染，无辐射；

⑥操作人员少，操作保护 费用低；

⑦渗氮层平均 精密 ，冶金质量易于节制 ；

⑧电参数、温度参数、力学参数均由微机节制 ，易于实现进程 自动化。

脉冲等离子手艺 处置的模型 冶金品质平均 ，模具品质高，削减 了修模时候 ，提高了效力 ，下降 了本钱 ，可获得明明的经济效益。

(6)低温渗硼法的研究

对铝挤压模具的渗硼手艺 进行了年夜 量的热力学较量争论 和阐明，采取 了新活化剂和添加剂，研制成一种价钱 低廉、熔点适中的高硼酸盐，冲破 了常规的低温(700℃)渗硼温度界线 ，使液体渗硼温度降到600℃以下，同时还对4Cr5MoSiVl和3Cr2W8V钢模具进行了分歧 的渗硼正交实行 ，得出了低温电渗硼的最好 工艺，并在国表里 初次 用低温渗硼法处置外形 复杂的型材模获得 了写意的后果。因为 渗硼层硬度高达1500HV以上，具有极高的耐磨、耐蚀、耐高暖和抗粘铝的能力，使得模具寿命年夜 幅度提高，挤压型材外面 品质远优于其他外面 处置，处置的模具窄缝可达0.68 mm。用光学显微镜、扫描电镜、X光衍射仪和各类 物理－化学阐明测定法研究了渗硼层组织构成 和形态，经出产稽核，模具使用寿命可提高3～4倍，型材外面 粗拙 率可达Ra 0.4цm以上，具有精良的经济效益和社会效益。

(7)PVD－TiN涂层工艺研究

近些年 来，新研制的物理气相沉积氮化钛(PVD—TiN)涂层手艺 初次 用于铝材挤压工模具超硬耐磨涂层。在PVD进程 参数、涂层构造 和机能 关系方面进行了年夜 量工作。稀奇是对涂层/基底界面构造 和涂层顶点 密度与机能 之间进行了较深切 的研究，提出PVD涂层模具钢耐磨损性三要素不雅 点，用涂层外面 显微硬度HV、现实 膜基结协力 Lch和临界饱和结协力 Lch等参数改良了Holm定律表达式。年夜 幅度提高3Cr2W8V和4Cr5MoSiVl钢PVD涂层后的使用机能 。

多组正交机能 实行 后果解释，各沉积参数对HV、Lc、W和沉积速度 的影响权重从年夜 到小挨次为P∑、β、t、Vb、I、Ts……。轰击条件和某些非凡 手艺 对结协力 和薄膜发展 也有明明影响，在阐明的根蒂根基 上给出了优化工艺条件。

系统地研究了3Cr2W8V和4Cr5MoSiV钢的氮化处置和它们经PVD涂层后的室温与高温力学机能 ，包孕 抗弯强度盯αW、αb、α0.2、δ%、ψ%和E，而且 对断口描摹及断裂特征进行了不雅 察对照。后果解释，PVD涂层不但 使外面 硬度提高5～6倍，且使力学机能 连结 原型基底材料的高程度 ，较氮化处置的强度高20％，塑性高70%～80%，即便 在面缩率达50％以上情况下杯锥口四周 涂层仍不剥落。用研制成的装配 和工艺制备的挤压穿孔针进行实验 ，后果以下 ： HV为3500；Lc为50N；αb为1600MPa；δ为10%；ψ为45%；E为201GPa及耐磨性提高l50倍以上。

研制成铝管材挤压穿孔针批量处置系统，涂层平均 度高，方即可 靠，反复 性好，无公害且易于节制 ，经年夜 批出产验证，可显著削减 管材内壁划伤废品，制品 率可提高2.6%以上，可节能降耗，削减 砂磨等工序，改良 情况 ，减轻劳动量，获得 了明明的经济效益和社会效益。

5．制模与修模新工艺新方式 的研究

1)制模新方式 新工艺的研究

(1)Hobson制模法

该法是1984年英国Hobson公司假想 出的一种制造铝挤压模的新方式 。其工艺假想 是：按照金属塑性活动 道理 ，当金属质点平均 活动 时，经由过程 挤压模孔时的阻力与流量成反比。假定 某塑性介质挤入模孔时，挤入量(挤入模孔内的深浅)与模孔对金属挤人量的阻力有关，由此，若按塑性介质挤入模孔内的深浅作为模具工作宽度，就正好能使金属平均 活动 。若能选择一种既与挤压金属塑性活动 特征 不异，又本事 侵蚀 的工作介质，用挤压方式压入模孔内，不经设计较量争论 就可以 肯定 该原工作带宽度，然后，采取 化学侵蚀 的方式 加工出模型 的空刀部门。该法能完全摹拟 铝合金的活动 特征，是以 能获得使金属活动 平均 的最优化的模型 设计，加工工艺简化，装备 简单，是一种多快好省的制模新方式 。据报道 ，英国、日本等国已在摹拟 介质、侵蚀 液、加工工艺等方面获得了了冲破 ，并已进入年夜 批量工业实验 。

(2)“一步法”制模新工艺的研究

展开 了年夜 量的实行 工作，解决了手艺 关头，根基 上肯定 了知足 “Hobson”工艺的介质成份 ，并在“Hobson”工艺的根蒂根基 上开辟 了“上步法”制模新工艺。其主要功效 有：

①选择工作介质。按照塑性加工中的类似 理论即类似 条件来选择工作介质。今朝 国表里 经常使用 的摹拟 金属塑性变形的材料及其n、m、ц值列于表4—5—4中，由表可知，蜡泥塑性活动 特征 值规模宽，其活动 特征 随主要成份 含量转变 而转变 ，是以 ，选择了蜡泥作为制造挤压模的工作介质。

表4-5—4经常使用 摹拟 金属塑性变形材料(工作介质)的活动 特征 值

工作介质

n

m

μ

铅

塑泥

蜡泥

0.1～0.4

0.25

-0.4～0.1

-0.02～-0.07

0.08

-0.15～0.40

0.2～0.4

不肯定

0.O9～-0.3

②工作介质成份 规模。用正交法，选用L9(34)正交表，肯定 工作介质的主要成份 规模为(20～30)%白腊 ，(30～40)％填充剂，(10～30)%粘结剂，(2～10)%添加剂。

⑧工作介质和6063铝合金的n、m、ц值的测定。Gleeble－1500热力摹拟 机上测定了工作介质(室温)和6063铝合金(495±5℃)的n,、m值；用圆环镦粗法测定了磨擦 系数ц。

④侵蚀 液的选择。经频频 实验 ，配制了一种夹杂 酸作为侵蚀 加工模型 空刀的侵蚀 液，其成份 为15%H2S04，20%HN03，10%HCl，15%H3P04，40%H20。

⑤肯定 了“一步法”工艺流程，如图4—5—39所示。

图4—5—39“一步法”工艺流程图

按照以上阐明可知，“一步法”设计制造铝合金挤压模比传统方式 要简单和经济，具有精良的经济效益和社会效益，有辽阔 的成长 前景。

(3)凝固节制 铸造法制造挤压模

20世纪80年月 后期，日本发现 了一种建造 铝挤压模的新方式 ，即凝固节制 铸造法。该法是一种各向匀速成长，可提高材料强度的新工艺，用此法制造的挤压模质量不变，而力学机能 可与铸造 法相媲美。用此法制造的挤压模已 由过程 日本富山轻金属公司出产考验，后果解释，制模时候 可缩短40%，材料的制品 率达80％以上，而且机能 不变。近几年来，日本ッ一ヶ一金属(株)和富山金属工业股份有限公司 又开辟 一种CK铸造模，其力学机能 (HRC≥46.7，αs﹥995 MPa，αb≥1166 MPa，δ≥10.8%)到达 或跨越 了铸造法制模的程度 (HRC≥47.4，αs≥982 MPa，αb≥1170 MPa，δ≥9.5%)，使用寿命也跨越 了铸造 模。

(4)特年夜 型热挤压平面分流组合模的制造新工艺

年夜 型卧式挤压机(125MN以上)上用的特年夜 型分流模的主要特点是：

①外廓尺寸年夜 。外径+700～1500 mm，厚度为l50～300 mm；质量500～3000 kg，为中小型模型 的10～100倍。

②型孔十分复杂。一块模型 上开有多个异形孔腔，各切面的厚度转变 急剧，相干 尺寸复杂 ，圆弧拐点很多。

③尺寸精度要求严，粗拙 度有严酷要求。

④因为 工作应力高，要求采取 高强耐热合金钢制造，经热处置后其硬度应平均 、适中，既有高的高温强度，又有精良的韧性。

为了知足 上述要求，简化工艺，缩短周期，提遐龄 命，下降 本钱 ，对特年夜 型平面分流模的选材、机加工工艺、电加工工艺和热处置及外面 处置工艺进行了一系列研究和改良工作，并获得 了重年夜 功效 。

①选择适合 的模具材料，必经严酷的复验和超声波查验。严酷节制 改锻的始锻温度、终锻温度、冷却速度和冷却方式 。

②按照模型 的尺寸年夜 小、外形 和所选用的钢材，每一个 模型 都应按新型的工艺流程零丁 编制工艺，并把握 和节制 各工序的具体操作细节。

③应按照具体情况零丁 编制热处置工艺。淬火前应尽量消弭 直角和尖角部门。为消弭 外面 应力，应进行预处置。淬火加热分段进行，可采纳屡次 回火，并把弥补回火作为模具制造的最后一道工序。

④采取 整体电极加工多孔异形型槽，但在电火花加工进程 中电流不克不及 过年夜 。

⑤模型 在进行氮化前必然 要进行抛光处置，以获得精良的氮化结果 。

⑥建造 复杂构造 的模具除 采取 先辈 的数控电加工手艺 外，还必需 配有钳工的精雕细刻。除 严酷零丁 加工上、下模之外，要稀奇留意 上下模共同面的研磨加工。上、下模要有靠得住 的定位和严酷的对中。

年夜 批量出产实践证实 ，用上述新工艺制造的特年夜 型平面分流组合模，在重型挤压机上的使用寿命长、机能 不变、产物 的外面 和尺寸精度高、具有较年夜 的经济效益。

2)建筑铝型材挤压模具制造工艺线路 的改良研究

传统的挤压模加工工艺线路 存在工序多、工艺流程长及加工周期长，以钳工手工锉修、手工抛光为主，难以包管 尺寸精度和外面 粗拙 度，而且粉尘年夜 ，污染情况 ；组合模的上、下模尺寸难于包管 ，上下模设置装备摆设 不公道 易错位、难齐心 ；模型 建造 进程 发生 迂回活动 ，出产周期长，未便 于出产办理，模型 外面 硬度低，磨损快，模型 使用寿命低，而且挤压出的型材外面 易呈现拉毛、划伤现象，氧化上色后外面 易呈现不平均 的光泽和挤压条纹。明显 ，这类 模具加工工艺线路 是极不公道 的。为了改良，进行了年夜 量的研究实验 工作。在接收 、消化国表里 先辈 装备 和手艺 的根蒂根基 上，连系 近些年 来的研究功效 ，研制出了一套新的挤压模具加工工艺线路 (图4—5—40、图4—5—41)。该新工艺线路 与传统的工艺线路 比拟 ，简化了工艺，削减 了工序和装备 ，缩短了加工周期，提高了模具的精度、外面 光洁度和外面 硬度，可年夜 年夜 提高出产效力 和模具品质，提高模具使用寿命和使用质量，下降 材料损耗和能耗，改良 劳动条件和情况 ，下降 本钱 ，具有明明的经济效益。

3)修模新方式 、新工艺的研究

近些年 来，挤压模具的保护 与补缀 作为提高使用寿命的一种主要 手段而被广年夜 挤压工作者所正视 ，除 不休提高修模技能 之外，还就修模道理 与修模方案设计、修模方式 与修模东西等问题进行了一系列深切 的研究。研究外面 ，即便 用最好 的设计和最公道 的工艺制造出来的模型 ，在试模和挤压进程 中仍不行避免地会呈现磨损掉 效问题。使这类 掉 效下降 到最低限度或尽量 耽误 模具使用寿命的最有用 的方式 是经由过程 具有丰硕的实践经验的修模工，在挤压出产的现场对模具不休地进行不雅 察和阐明，与设计人员一道制定 修模方案，并采纳有用 的办法 ，对模型 进行调剂 和批改 。是以 ，挤压模具的批改 ，对提高产物 品质，耽误 模具寿命，提高出产效力 ，下降 本钱 具有重年夜 的意义。现场修模的感化 主如果 ：调剂 金属流速，批改 尺寸，改正 形位，改良 模具的外面 状况 ，提高模具的使用寿命。在修模前应对模型 工作带和工作平面等处进行细心 不雅 测和搜检 ，并用不润滑和正常的温度一速度规范进行试模，准确判定 发生 缺点 的缘由 ，以利于肯定 最好 的修模方案。在批改 模孔尺寸时，应斟酌 模孔弹性转变 引发 的尺寸变小；模孔下塌、尺寸超负差；模孔弹塑性变形和整体曲折 所引发 的尺寸转变 ；金属填充不满引发 的尺寸超负差；金属供流不足引发 的中部尺寸超负差；流速不均引发 的尺寸超负差；多孔挤压时制品长短不齐；设计或磨损引发 的尺寸超正差等情况。在改变金属活动 特征方面采取 加快 、阻碍、补焊、综合补缀 等方式 获得 了精良的结果 。抛光工作带外面 的修模方式 主要研制了新法锉修；锉修 + 细砂布抛光法；布砂轮抛光法；挤压珩磨机抛光法；锉修 + 超声波二合一抛光法；锉修 + 超声波 + 电解三合一抛光法和 喷砂或喷丸抛光法等。另外 在修模东西方面除 开辟 研制了异形金刚石组锉、喷丸机、二合一和三合一抛光机等外，还试制成功了多种电动修模器、显微测微器、多维丈量 机和X—Y，坐标测微机等，为修模缔造 了条件。

图4—5—40改良后的平面模模组的加工工艺流程图

6．改良装备 构造 和挤压工艺条件，改良 工作情况

工模具的装配与安装的方式 和精度，所用装备 的类型、能力和精度和 挤压坯料的成份 、机能 和规格，挤压工艺方式 和工艺参数、工作条件与工作情况 等直接影响挤压产物 的质量和工模具的使用寿命。是以 ，在挤压前，当真订定 挤压方案，选择最好 的装备 系统与坯料规格，制定最好 的挤压工艺参数(如挤压温度、挤压速度、挤压系数和挤压压力等)和改良 挤压时的工作情况 (如采取 水冷或氮化冷却工模具、充实润滑等)，减轻工模具的工作承当(以下 降 挤压力，削减 激冷激热和交变载荷等)，创立与健全工艺操作规程和平安 使用规程，执行 周全 质量办理，实时 阐明变乱 缘由 和工模具掉 效缘由 并实时 采取 有用 办法 等，可包管 有用 地提高工模具的使用寿命。

图4—5—41改良后的分流模组加工工艺线路 流程图

7．公道 使用与保护 工模具

工模具的公道 使用与维修对 提高其使用寿命有侧重 年夜 的意义。公道 的使用可年夜 年夜 改良 工模具的工作条件和工作情况 ，减轻工作承当；公道 的维修可年夜 年夜 提高中心寿命。是以 ，制定 和执行公道 可行的使用规程，提高出产工人的操作手艺 程度 ，使用先辈 的修模方式 、修模手艺 和修模东西，把修模与氮化处置有机地连系 起来，尽量采取 年夜 改小、小改年夜 、废模新生 、旧模翻新等办法 ，是年夜 幅度提高工模具使用寿命的有用 路子 。

8．增强 周全 质量办理，创立健全工模具的科学办理轨制

为了提高工模具的使用寿命，在采取 先辈 手艺 的同时，还必需 执行 科学办理门径。作为科学办理方式 主要 内容的周全 质量办理(TQC)，也一样 适用于工模具办理，在执行 周全 质量办理时，必需 把设计、加工、查验和 出产使用和维修人员组织起来，让每小我 明白 职责，做好本职工作，自动 弄 好工序间的共同，当真贯彻设计与出产进程 中的各项规章轨制 和科学办理门径，积极鞭策 PDCA轮回 向前活动 ，不休提高工模具的质量和使用寿命。采取 适用 模具办理软件，用微机联网动态办理所有工模具的设计制造、出产、补缀 和库存情况，使之经常连结 精良状况 。