【摘要】
介紹了在鋁合金擠壓模具中使用硬合金的重要性，并提出了一種新型的硬合金擠壓模具。該模具采用硬合金材料進(jìn)行局部鑲嵌，以提高模具的耐磨性。以圓管擠壓模耐磨性。以圓管擠壓模為例，描述了硬合金的選擇方法，重點(diǎn)介紹了硬合金的尺寸確定和鑲嵌方法，并根據(jù)擠壓結(jié)果與硬合金擠壓模進(jìn)行了比較。
結(jié)果表明，硬質(zhì)合金的使用可以大大提高模具的耐磨性和使用壽命。
關(guān)鍵詞:鋁型材；圓管；硬合金；鑲嵌
硬合金鋁型材擠壓模具
0 前言
目前，中國(guó)已成為世界上主要的鋁生產(chǎn)國(guó)，每年生產(chǎn)鋁擠壓模具的消耗量非常大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際生產(chǎn)中擠壓模報(bào)廢失效的主要原因是模具磨損。因此，提高模具的耐磨性對(duì)提高模具的使用壽命具有重要意義，并將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1]。目前，生產(chǎn)鋁擠壓模具的材料具有良好的機(jī)械性能H13.它解決了過去熱作模具在工作中容易斷裂失效的問題。但由于鋼材紅硬度低，耐磨性弱，模具磨損導(dǎo)致大部分模具在材料不疲勞損壞的前提下報(bào)廢，價(jià)格相對(duì)昂貴的模具鋼材造成了巨大的浪費(fèi)，也增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。硬質(zhì)合金材料因其硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性好而在模具行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于其硬度脆弱、韌性差、抗沖擊韌性低、對(duì)應(yīng)力集中敏感，硬質(zhì)合金材料至今尚未成熟應(yīng)用于熱擠壓模具，這也是因?yàn)槿藗冞€沒有完全掌握模具鋼基體與硬質(zhì)合金在高溫下的配合，以及服務(wù)受力時(shí)的效應(yīng)機(jī)制。本文將硬質(zhì)合金引入圓管擠壓模具中，將優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼與硬質(zhì)合金有機(jī)結(jié)合，從而大大提高了硬質(zhì)合金在工藝條件下的優(yōu)良溫度和壓力要求。
鋁擠壓模具報(bào)廢的原因大致分為三類一是模具因長(zhǎng)期使用、磨損、修模等原因超差報(bào)廢，占80%左右；
二是危險(xiǎn)斷面鋁型材模具坍塌、斷裂、懸臂擠壓等造成的報(bào)廢，約占10%；
第三，型材截面設(shè)計(jì)改進(jìn)或淘汰造成的模具報(bào)廢約占5%。這些易坍塌、斷裂、懸臂擠壓等危險(xiǎn)斷鋁型材加工擠壓模具稱為危險(xiǎn)斷面模具
一、硬質(zhì)合金的選擇
硬合金鑲嵌在擠壓模具中，一方面必須合理選擇合金的類型和品牌，因?yàn)閿D壓模具在高溫、高壓條件下使用，并承受交替載荷和沖擊載荷；另一方面，應(yīng)考慮獲得硬合金材料的市場(chǎng)便利性和成本。目前常用的硬合金有鎢鈷 （YG）、鎢鈦鈷類 （YT）、鎢鉭鈷和鎢鈦鉭鈷[3]。典型的硬質(zhì)合金和模具基礎(chǔ)鋼H13的物理機(jī)械性能如表1所示。表1 典型硬質(zhì)合金和模具鋼H13主要物理機(jī)械性能
從表 1 可以看出，與工具鋼的熱膨脹系數(shù) 12.8×10-6
相比之下，硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)要小得多，這在模具設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)考慮。此外，硬質(zhì)合金的彈性變形量和塑性變形量也很小。這不僅對(duì)模具有利，也對(duì)硬質(zhì)合金對(duì)模具中的應(yīng)力集中非常敏感，容易造成模具損壞。因此，并非所有品種繁多、形狀多樣的鋁型材都適合使用硬質(zhì)合金，但對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、圓角較大的圓管和品種，由于應(yīng)力集中度小，適合使用硬質(zhì)合金鑲嵌件。眾所周知，目前鋁型材擠壓模所選的基體鋼是H13鋼，為了提高模具的耐磨性，選擇硬合金作為鑲嵌材料是基于硬合金材料的高硬度、良好的耐磨性和良好的導(dǎo)熱性。不選擇硬合金作為基質(zhì)材料的原因是硬脆、韌性差、抗沖擊韌性低、對(duì)應(yīng)力集中敏感。通過分析，在所有硬合金材料中，鈷硬合金更合適，這是因?yàn)橛埠辖鸬臋C(jī)械性能主要由鈷含量和碳化鎢粒度決定，鈷含量越高，抗壓強(qiáng)度越高。相對(duì)而言，鈷含量低的合金具有更好或更明顯的耐磨性，而鈷含量高的合金具有更好或更明顯的沖擊性。
為了提高鋁型材擠壓模具的使用壽命，首先要解決模具工作表面的磨損問題，強(qiáng)調(diào)模具的耐磨性，所以選擇鈷含量低的YG8硬質(zhì)合金。這與冷沖壓模具中選擇沖擊性能好的 YG15 完全不同。此外，相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，硬質(zhì)合金的熱線膨脹系數(shù)隨鈷含量的增加而增加[7]?？紤]到擠壓模具的工作溫度為520~540 ℃，為避免高溫下合金熱膨脹過大導(dǎo)致型材壁厚變化，應(yīng)選用鈷含量低的硬質(zhì)合金；此外，從表1可以看出，YG8基體鋼在高溫下的熱膨脹可以忽略不計(jì)。
二：硬合金鑲嵌方法
以圖1所示的鋁型材圓管擠壓模具為例。由于硬合金鑲嵌在擠壓模具中，首先采用傳統(tǒng)的工藝方法制作一套完整的模具，然后對(duì)上模具和下模具的工作部分，即上模具的模芯和下模具的?？走M(jìn)行再加工，加工硬合金鑲嵌的部分，最后將合金牢牢鑲嵌。圖1
2.1 下模鑲嵌硬質(zhì)合金
根據(jù)要求，鑲嵌合金與模具基體的結(jié)合必須牢固可靠。模具的工作溫度為520~540 ℃，硬質(zhì)合金和模具基材料H13在這個(gè)溫度下的熱膨脹系數(shù)是不同的。因此，硬質(zhì)合金通過加熱壓力安裝鑲嵌在下?？字小毫Π惭b要求是確保高溫 520~540 ℃下合金與下模鑲嵌孔的單面間隙小于0.02 mm。這就要求兩者在常溫下過度配合，以保證硬質(zhì)合金在常溫下不掉落。
具體操作如下:(1) 加工硬質(zhì)合金。選用 硬質(zhì)合金YG8.合金厚度為8 mm，其加工方法是慢線切割：先切割?？椎男倍?，然后一次切割?？缀托螤?，以確保型孔和形狀的同心度。另一方面，切割?？椎墓ぷ鲙С叽鐬? mm。(2) 下?；w的加工。下模和上模按未鑲嵌合金時(shí)的正常加工進(jìn)行。組裝完成后，將上下模分開。兩者的尺寸關(guān)系如圖2所示。尺寸關(guān)系如下:D1=1.01×D0（mm）。D2=D1 40（mm）。D3=0.996×D2圖2 下模鑲嵌孔及硬質(zhì)合金尺寸示意圖
(3)加熱壓裝。將加工好的下模和合金放入箱式爐中，慢慢加熱至 (520±5） ℃并保溫2 h，然后出爐快速壓裝。為保證壓裝順利，合金可提前約1 min由于鑲嵌孔的深度高于合金0.5 mm，因此，壓裝平整后，用銅錘輕輕敲打下模鑲嵌孔周圍，使邊緣下沉，壓合金。裝配后的下模如圖3所示。
圖3 鑲嵌硬質(zhì)合金后的下模
圖1
2.2 上模鑲嵌硬質(zhì)合金
上模的合金鑲嵌主要是用硬質(zhì)合金鑲嵌模芯。上?；w按常規(guī)設(shè)計(jì)加工鑲嵌是模具熱處理后的精加工。合金和模具不需要預(yù)熱，而是在室溫下進(jìn)行的。方法主要包括以下幾點(diǎn):
（1） 將YG8硬質(zhì)合金鑲塊的磨削厚度與上模芯設(shè)計(jì)的工作帶高度尺寸一致，外圓 0.2 mm的余量。
(2) 上模止口外圓精車0.5 mm余量，合金螺絲位置0.2 mm 余量；熱處理前可精車到位止口臺(tái)階、止口平面、模芯頸位、合金位。
（3） YG8硬質(zhì)合金鑲塊的內(nèi)孔磨削尺寸小于上模的配合鑲嵌部位尺寸0.01 mm，即上模與鑲嵌合金的配合采用基孔過盈配合，過盈小于0.01 mm，或使用配合代號(hào)H7/n6.過盈配合。
(4) 熱處理后，以上模芯的頸部位置為基準(zhǔn)，將緊固合金的螺釘位置精車到位，并車M16 （或M12) 外螺紋。設(shè)計(jì)外螺紋時(shí)，螺紋外徑與合金的外徑應(yīng)大于3 mm。
（5） 把YG8.用墊片和墊片將硬質(zhì)合金鑲塊油滑到模芯的合金位置M擰緊螺母，固定硬質(zhì)合金。
(6) 以上模芯頸為基準(zhǔn)，將螺絲頭部車成錐形，保護(hù)模具工作帶。
(7) 四爪單動(dòng)卡盤安裝上模YG8硬質(zhì)合金鑲塊為基準(zhǔn)，將YG8硬質(zhì)合金鑲塊
圖4 上模合金鑲嵌示意圖
3:對(duì)比擠壓結(jié)果
取外徑 （D0） 23.4mm、壁厚為0.8 mm圓管品種 的圓管品種MN的擠壓機(jī)上分別采用傳統(tǒng)的模具和鑲嵌硬質(zhì)合金的模具對(duì)這二種結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠壓生產(chǎn)跟蹤，所得結(jié)果如表2所示。表2 模具結(jié)構(gòu)與擠壓結(jié)果對(duì)比
由此可見，下模孔鑲嵌硬質(zhì)合金后，模具的耐磨性明顯提高，模具的使用壽命大大提高，型材的表面質(zhì)量明顯提高。
4 結(jié)束語
本研究以簡(jiǎn)單的圓管擠壓模為例，測(cè)試了在擠壓模上鑲嵌硬質(zhì)合金，最終取得了良好的效果。但熱安裝方法操作麻煩，有一定的風(fēng)險(xiǎn)。此外，當(dāng)下模具采用冷安裝方法時(shí)，需要進(jìn)一步研究如何將室溫下的間隙合作轉(zhuǎn)化為高溫下的過剩合作。由于硬合金對(duì)沖擊和應(yīng)力的敏感性，其適用的型材品種僅限于一些簡(jiǎn)單且有一定圓角的品種。然而，對(duì)于適用的型材，在模具中鑲嵌硬合金的關(guān)鍵是考慮模具材料與硬合金線膨脹系數(shù)的差異，以及壓力安裝方法，以充分發(fā)揮硬合金的潛力和作用。結(jié)果還表明，使用硬合金可以大大提高模具的耐磨性和使用壽命。
幾種硬合金鋁型材擠壓模具
一種硬合金鋁型材擠壓模具，一種硬合金鋁型材擠壓模具，一種硬合金鋁型材擠壓模具，三種模具世界，歡迎您——— 1● 帶你進(jìn)入意大利康柏斯模具世界2● 模授世界學(xué)校學(xué)生問答總結(jié)(1)3● 20種設(shè)計(jì)方案圖集《實(shí)用篇》4● 大型鋁型材模具設(shè)計(jì)分析復(fù)雜困難● 6082鋁合金汽車支架擠壓模具的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用● 鋁型材擠壓桿擠壓墊(頭)加工工藝7● 各種擠壓模具設(shè)計(jì)圖集值得收藏-學(xué)習(xí)-轉(zhuǎn)發(fā)8● 新型開口式氣缸擠壓模具設(shè)計(jì)新方案9● 擠壓車間主任崗位職責(zé)-鋁型材擠壓車間操作流程及作業(yè)指導(dǎo)書10● 經(jīng)典100種復(fù)雜擠壓模具實(shí)體結(jié)構(gòu)分析（值得收藏）11● 鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)崗位職責(zé)內(nèi)涵-擠壓模具設(shè)計(jì)規(guī)程及指導(dǎo)書12● {技術(shù)實(shí)戰(zhàn)篇} 一種提高擠壓速度及表面質(zhì)量的有效途徑來實(shí)圖演練13● 新鋁型材擠壓后續(xù)表面處理工藝及缺陷美14● 新版經(jīng)典大型鋁型材復(fù)雜模具設(shè)計(jì)成功方案25例15● 一種高效實(shí)用的鋁擠壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)16● 各類特殊鋁合金生產(chǎn)技術(shù)及模具設(shè)計(jì)分析17● 鋁型材壁厚薄及懸臂大的特殊模具設(shè)計(jì)18● 大型擠壓模具設(shè)計(jì)及擠壓缺陷及質(zhì)量分析19● 深入圖文剖析鋁型材擠壓焊合、條紋、暗痕的控制與消除方法20● 最新修模大師的20大絕招都在這里了，值得深入研究，圖文解說21● 最新統(tǒng)計(jì)42種新鋁合金一模多出 (孔 )擠壓特點(diǎn)及設(shè)計(jì)技術(shù)22● 教你如何做一把測(cè)量模具工作帶平整度的“神器”之詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟感謝您抽出 · 來閱讀此文模授
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