鋁型材擠壓模具的合理使用、維護及管理
發(fā)布時間：2016-9-9 17:29:38 點擊次數(shù)：2854
在鋁型材生產(chǎn)企業(yè)中，模具成本在型材擠壓生產(chǎn)成本中占到35%左右。模具的好壞以及模具是否能夠合理使用和維護，直接決定了企業(yè)是否能夠正常、合格的生產(chǎn)出型材來。擠壓模具在型材擠壓生產(chǎn)中的工作條件是十分惡劣的，既需要在高溫、高壓下承受劇烈的摩擦、磨損作用，并且還需要承受周期性載荷作用。這都需要模具具有較高的熱穩(wěn)定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。為滿足以上幾項要求，目前在國內(nèi)普遍采用優(yōu)質(zhì)4Cr5MoSiV1（美國牌號H13）合金鋼，并采用真空熱處理淬火等方式來制作模具，以滿足鋁型材生產(chǎn)中的各項要求。
然而，在實際生產(chǎn)中，仍然有部分模具在擠壓時未能達到預定產(chǎn)量，嚴重的甚至擠壓不到20條棒或上機不到2次就提前報廢，致使采用昂貴的模具鋼制作的模具遠遠不能實現(xiàn)其應有的效益。這種現(xiàn)象在國內(nèi)許多家鋁型材生產(chǎn)企業(yè)目前普遍存在。究其成因，需要從以下幾方面入手。
一、鋁型材截面本身就千變?nèi)f化，并且鋁擠壓行業(yè)發(fā)展到今天，鋁合金具有重量輕，強度好等重要優(yōu)點，目前已經(jīng)有許多行業(yè)采用鋁型材來代替原有材料。由于部分型材的特殊導致模具由于型材截面特殊，設(shè)計和制作難度較大。如果還是使用采用常規(guī)的擠壓方法往往難于達到模具額定產(chǎn)量，必須采用特殊工藝，嚴格控制各項生產(chǎn)工藝參數(shù)才能正常進行生產(chǎn)。并且有的模具由于本身型材截面的特殊或模具本身的質(zhì)量問題，而導致模具不能擠壓到額定產(chǎn)量，這就需要銷售人員在接單時與技術(shù)部門和模具廠進行充分溝通。同時模具設(shè)計制作部門需要不斷優(yōu)化模具設(shè)計技術(shù)，提高模具制作精度，提高模具質(zhì)量。
二、選擇合適的擠壓機型進行生產(chǎn)。進行擠壓生產(chǎn)前，需對型材截面進行充分計算，根據(jù)型材截面的復雜程度，壁厚大小以及擠壓系數(shù)λ來確定擠壓機噸位大小。一般來講，λ>7-10。當λ>8-45時，模具的使用壽命較長，型材生產(chǎn)過程較為順暢。當λ>70-80后則屬較難擠壓型材，模具普遍壽命較短。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復雜，越容易導致模具局部剛性不夠，模具腔內(nèi)的金屬流動難于趨向均勻，并伴隨造成局部應力集中。型材生產(chǎn)時容易塞模和悶車或形成扭曲波浪，模具容易發(fā)生彈性變形，嚴重的還會發(fā)生塑性變形使模具直接報廢。
三、合理選擇錠坯及加熱溫度。要嚴格控制擠壓錠坯的合金成分。目前一般企業(yè)要求鑄錠晶粒度達到一級標準，以增強塑性和減少各項異性。當鑄錠中有氣孔、組織疏松或有中心裂紋時，擠壓過程中氣體的突然釋放類似"放炮"，使得模具局部工作帶突然減載又加載，形成局部巨大的沖擊載荷，對模具影響很大。有條件的企業(yè)可對錠坯進行均勻化處理，在550~570C保溫8小時后強制冷卻，擠壓突破壓力可降低7-10%，擠壓速度可提高15%左右。
四、優(yōu)化擠壓工藝。要科學延長模具壽命，合理使用模具進行生產(chǎn)是不容忽視的一個方面。由于擠壓模具的工作條件極為惡劣，在擠壓生產(chǎn)中一定要采取合理的措施來確保模具的組織性能。（1）采取適宜的擠壓速度。在擠壓過程中，當擠壓速度過快時，會造成金屬流動難于均勻，鋁金屬流和模具腔內(nèi)壁摩擦加劇致使模具工作帶磨損加速，模具溫度實際較高等現(xiàn)象。如果此時金屬變形產(chǎn)生的余熱不能及時被帶走，模具就可能因局部過熱而失效。如果擠壓速度適宜，就可避免上述不良后果的發(fā)生，擠壓速度一般應控制在25mm/s以下。（2）合理選擇擠壓溫度。擠壓溫度是由模具加熱溫度、盛錠筒溫度和鋁棒溫度來決定的。鋁棒溫度過低容易引起擠壓力升高或產(chǎn)生悶車現(xiàn)象，模具容易出現(xiàn)局部微量的彈性變形，或在應力集中的部位產(chǎn)生裂紋而導致模具早期報廢。鋁棒溫度過高會使金屬組織軟化，而使得黏附于模具工作帶表面甚至堵模（嚴重時模具在高壓下崩塌），未均勻鑄錠合理加熱溫度在460-520°C，經(jīng)過均勻化的鑄錠合理加熱溫度在430-480°C。
五、擠壓模具使用前期必須對模具進行合理的表面滲氮處理過程。表面滲氮處理能使模具在保持足夠韌性的前提下大大提高模具的表面硬度，以減少模具使用時的產(chǎn)生熱磨損。需要注意的是表面滲氮并不是一次就可以完成的，在模具服役期間必須進行3-4次的反復滲氮處理，一般要求滲氮層厚度達到0.15mm左右。比較合適的氮化過程為在模具入廠檢驗后進行第一次氮化。此時由于氮化層組織尚不穩(wěn)定，應該在擠壓5-10條棒后再次氮化。第二次氮化后，可擠壓40-80條棒。第三次氮化后以不超過100-120條棒為宜。氮化前工作帶一定要拋光，模具腔內(nèi)要清理干凈，不可殘留堿渣或異物顆粒。一般情況下模具的氮化次數(shù)不超過4-5次，因為此時氮化層如果不是工作帶被拉傷的話經(jīng)過反復氮化和擠壓生產(chǎn)，氮化層組織已經(jīng)相對穩(wěn)定。要注意的是前期氮化時要經(jīng)過合適的生產(chǎn)過程方能進行氮化，氮化次數(shù)不能過于頻繁，否則工作帶易脫層。
六、模具上機前工作帶必須經(jīng)過研磨拋光，工作帶一般要求拋光至鏡面。對模具工作帶的平面度和垂直度裝配前要進行檢查。氮化質(zhì)量的好壞一定程度上決定了工作帶拋光的光潔度。模具腔內(nèi)必須用高壓氣以及毛刷清理干凈，不得有粉塵或雜質(zhì)異物，否則極易在金屬流的帶動下拉傷工作帶，使擠壓出來的型材產(chǎn)品出現(xiàn)面粗或劃線等缺陷。
七、擠壓生產(chǎn)時模具保溫時間一般在2-3小時左右，但不能超過8小時，否則模具工作帶氮化層硬度會降低而導致上機時不耐磨引起型材表面粗糙，嚴重的會引起劃線等缺陷。使用模具時要有與模具相配套的模支撐、模套和支承墊，避免因支承墊內(nèi)孔過大而導致模具出口面與支承墊接觸面太小，使得模具變形或破裂。模具、擠壓筒、擠壓軸三者同心，同心度為±3mm以內(nèi)，否則易產(chǎn)生偏心載荷以及模具各部位的設(shè)計流動速度改變，影響型材成型。
八、采用正確的堿洗(煮模)方法。模具卸模后，此時模具溫度在500°C以上，如果立即浸入堿水中，由于堿水溫度要比模具溫度低得多，如果模具溫度下降迅速，模具極易發(fā)生開裂現(xiàn)象。正確方法是等卸模后將模具在空氣中放置到100°-150°C再浸入堿水中。普通分流組合模在卸模前進行拔模操作，可以大大減少煮模工作量，縮短煮模時間。具體做法是擠壓結(jié)束后，擠壓桿先于擠壓筒后退，壓余留在擠壓筒中，然后擠壓筒后退，可同時將模具分流孔中的部分殘鋁隨同壓余拔出，然后再進行堿煮。有的分流組合模芯頭極小，甚至比鋼筆還細，這類模具擠壓結(jié)束后不允許拔模，煮模工開模時一定要事先看清楚模具結(jié)構(gòu)，必須等模具腔中的殘鋁基本都煮掉才能開模。否則稍不留神就會將芯頭碰斷，致使模具報廢。
九、模具使用上采用由低到高再到低的使用強度。模具剛進入服役期時，內(nèi)部金屬組織性能還處于浮動階段，在此期間應采用低強度的作業(yè)方案，以使模具向平穩(wěn)期過渡。模具使用中期，由于模具的各項性能已基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，類似與剛過磨合期的汽車，可適當提高使用強度。到后期，模具的金屬組織已經(jīng)開始惡化，疲勞強度，穩(wěn)定性和韌性經(jīng)過長期的生產(chǎn)服役已經(jīng)開始走入下降曲線，此時應適當降低模具的使用強度直至模具報廢。
十、加強模具在擠壓生產(chǎn)過程中的使用維護記錄，完善每套模具的跟蹤記錄檔案和管理。擠壓模具從入廠驗收到模具使用結(jié)束報廢，這中間時間短則幾個月，長的達一年以上。基本上來講，模具的使用記錄也記載著型材生產(chǎn)的各個過程。擠壓模具數(shù)量大、品種多，對每套模具的使用過程進行管理，有利于幫助模具庫管理員、模具使用者和模具設(shè)計制造人員了解每套庫存模具的真實情況。模具的跟蹤記錄包括：
（1）模具的制造信息，包括每套模具的設(shè)計圖紙，制作記錄、檢驗記錄（精度值，硬度值）等。
（2）模具每次上機擠壓的工藝信息，如加溫時間、鋁棒溫度、模具溫度、擠壓速度、擠壓力、突破壓力、鋁棒長度、合格品支數(shù)、型材線密度、成材率等。
（3）每套模具的前三次修模方案、氮化處理時間、出入模具庫時間、報廢或返回模具廠維修的時間和原因等，這些記錄的收集對改進模具管理、核算模具成本、優(yōu)化模具設(shè)計和修模、評判模具質(zhì)量好壞、提高擠壓生產(chǎn)的穩(wěn)定性、合理使用模具、確定模具最低庫存等工作都有著直接的影響。
鋁型材市場競爭的日益加劇，迫使各鋁型材生產(chǎn)企業(yè)在擠壓模具的采購、使用、維護與管理投入巨大的精力，這要求企業(yè)在改變以前的粗放式生產(chǎn)管理的同時改變自身觀念，從細節(jié)抓起，做好模具的統(tǒng)計分析和成本消耗管理，才能適應新的市場形勢，在市場中奪得先機。
然而，在實際生產(chǎn)中，仍然有部分模具在擠壓時未能達到預定產(chǎn)量，嚴重的甚至擠壓不到20條棒或上機不到2次就提前報廢，致使采用昂貴的模具鋼制作的模具遠遠不能實現(xiàn)其應有的效益。這種現(xiàn)象在國內(nèi)許多家鋁型材生產(chǎn)企業(yè)目前普遍存在。究其成因，需要從以下幾方面入手。
一、鋁型材截面本身就千變?nèi)f化，并且鋁擠壓行業(yè)發(fā)展到今天，鋁合金具有重量輕，強度好等重要優(yōu)點，目前已經(jīng)有許多行業(yè)采用鋁型材來代替原有材料。由于部分型材的特殊導致模具由于型材截面特殊，設(shè)計和制作難度較大。如果還是使用采用常規(guī)的擠壓方法往往難于達到模具額定產(chǎn)量，必須采用特殊工藝，嚴格控制各項生產(chǎn)工藝參數(shù)才能正常進行生產(chǎn)。并且有的模具由于本身型材截面的特殊或模具本身的質(zhì)量問題，而導致模具不能擠壓到額定產(chǎn)量，這就需要銷售人員在接單時與技術(shù)部門和模具廠進行充分溝通。同時模具設(shè)計制作部門需要不斷優(yōu)化模具設(shè)計技術(shù)，提高模具制作精度，提高模具質(zhì)量。
二、選擇合適的擠壓機型進行生產(chǎn)。進行擠壓生產(chǎn)前，需對型材截面進行充分計算，根據(jù)型材截面的復雜程度，壁厚大小以及擠壓系數(shù)λ來確定擠壓機噸位大小。一般來講，λ>7-10。當λ>8-45時，模具的使用壽命較長，型材生產(chǎn)過程較為順暢。當λ>70-80后則屬較難擠壓型材，模具普遍壽命較短。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復雜，越容易導致模具局部剛性不夠，模具腔內(nèi)的金屬流動難于趨向均勻，并伴隨造成局部應力集中。型材生產(chǎn)時容易塞模和悶車或形成扭曲波浪，模具容易發(fā)生彈性變形，嚴重的還會發(fā)生塑性變形使模具直接報廢。
三、合理選擇錠坯及加熱溫度。要嚴格控制擠壓錠坯的合金成分。目前一般企業(yè)要求鑄錠晶粒度達到一級標準，以增強塑性和減少各項異性。當鑄錠中有氣孔、組織疏松或有中心裂紋時，擠壓過程中氣體的突然釋放類似"放炮"，使得模具局部工作帶突然減載又加載，形成局部巨大的沖擊載荷，對模具影響很大。有條件的企業(yè)可對錠坯進行均勻化處理，在550~570C保溫8小時后強制冷卻，擠壓突破壓力可降低7-10%，擠壓速度可提高15%左右。
四、優(yōu)化擠壓工藝。要科學延長模具壽命，合理使用模具進行生產(chǎn)是不容忽視的一個方面。由于擠壓模具的工作條件極為惡劣，在擠壓生產(chǎn)中一定要采取合理的措施來確保模具的組織性能。（1）采取適宜的擠壓速度。在擠壓過程中，當擠壓速度過快時，會造成金屬流動難于均勻，鋁金屬流和模具腔內(nèi)壁摩擦加劇致使模具工作帶磨損加速，模具溫度實際較高等現(xiàn)象。如果此時金屬變形產(chǎn)生的余熱不能及時被帶走，模具就可能因局部過熱而失效。如果擠壓速度適宜，就可避免上述不良后果的發(fā)生，擠壓速度一般應控制在25mm/s以下。（2）合理選擇擠壓溫度。擠壓溫度是由模具加熱溫度、盛錠筒溫度和鋁棒溫度來決定的。鋁棒溫度過低容易引起擠壓力升高或產(chǎn)生悶車現(xiàn)象，模具容易出現(xiàn)局部微量的彈性變形，或在應力集中的部位產(chǎn)生裂紋而導致模具早期報廢。鋁棒溫度過高會使金屬組織軟化，而使得黏附于模具工作帶表面甚至堵模（嚴重時模具在高壓下崩塌），未均勻鑄錠合理加熱溫度在460-520°C，經(jīng)過均勻化的鑄錠合理加熱溫度在430-480°C。
五、擠壓模具使用前期必須對模具進行合理的表面滲氮處理過程。表面滲氮處理能使模具在保持足夠韌性的前提下大大提高模具的表面硬度，以減少模具使用時的產(chǎn)生熱磨損。需要注意的是表面滲氮并不是一次就可以完成的，在模具服役期間必須進行3-4次的反復滲氮處理，一般要求滲氮層厚度達到0.15mm左右。比較合適的氮化過程為在模具入廠檢驗后進行第一次氮化。此時由于氮化層組織尚不穩(wěn)定，應該在擠壓5-10條棒后再次氮化。第二次氮化后，可擠壓40-80條棒。第三次氮化后以不超過100-120條棒為宜。氮化前工作帶一定要拋光，模具腔內(nèi)要清理干凈，不可殘留堿渣或異物顆粒。一般情況下模具的氮化次數(shù)不超過4-5次，因為此時氮化層如果不是工作帶被拉傷的話經(jīng)過反復氮化和擠壓生產(chǎn)，氮化層組織已經(jīng)相對穩(wěn)定。要注意的是前期氮化時要經(jīng)過合適的生產(chǎn)過程方能進行氮化，氮化次數(shù)不能過于頻繁，否則工作帶易脫層。
六、模具上機前工作帶必須經(jīng)過研磨拋光，工作帶一般要求拋光至鏡面。對模具工作帶的平面度和垂直度裝配前要進行檢查。氮化質(zhì)量的好壞一定程度上決定了工作帶拋光的光潔度。模具腔內(nèi)必須用高壓氣以及毛刷清理干凈，不得有粉塵或雜質(zhì)異物，否則極易在金屬流的帶動下拉傷工作帶，使擠壓出來的型材產(chǎn)品出現(xiàn)面粗或劃線等缺陷。
七、擠壓生產(chǎn)時模具保溫時間一般在2-3小時左右，但不能超過8小時，否則模具工作帶氮化層硬度會降低而導致上機時不耐磨引起型材表面粗糙，嚴重的會引起劃線等缺陷。使用模具時要有與模具相配套的模支撐、模套和支承墊，避免因支承墊內(nèi)孔過大而導致模具出口面與支承墊接觸面太小，使得模具變形或破裂。模具、擠壓筒、擠壓軸三者同心，同心度為±3mm以內(nèi)，否則易產(chǎn)生偏心載荷以及模具各部位的設(shè)計流動速度改變，影響型材成型。
八、采用正確的堿洗(煮模)方法。模具卸模后，此時模具溫度在500°C以上，如果立即浸入堿水中，由于堿水溫度要比模具溫度低得多，如果模具溫度下降迅速，模具極易發(fā)生開裂現(xiàn)象。正確方法是等卸模后將模具在空氣中放置到100°-150°C再浸入堿水中。普通分流組合模在卸模前進行拔模操作，可以大大減少煮模工作量，縮短煮模時間。具體做法是擠壓結(jié)束后，擠壓桿先于擠壓筒后退，壓余留在擠壓筒中，然后擠壓筒后退，可同時將模具分流孔中的部分殘鋁隨同壓余拔出，然后再進行堿煮。有的分流組合模芯頭極小，甚至比鋼筆還細，這類模具擠壓結(jié)束后不允許拔模，煮模工開模時一定要事先看清楚模具結(jié)構(gòu)，必須等模具腔中的殘鋁基本都煮掉才能開模。否則稍不留神就會將芯頭碰斷，致使模具報廢。
九、模具使用上采用由低到高再到低的使用強度。模具剛進入服役期時，內(nèi)部金屬組織性能還處于浮動階段，在此期間應采用低強度的作業(yè)方案，以使模具向平穩(wěn)期過渡。模具使用中期，由于模具的各項性能已基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，類似與剛過磨合期的汽車，可適當提高使用強度。到后期，模具的金屬組織已經(jīng)開始惡化，疲勞強度，穩(wěn)定性和韌性經(jīng)過長期的生產(chǎn)服役已經(jīng)開始走入下降曲線，此時應適當降低模具的使用強度直至模具報廢。
十、加強模具在擠壓生產(chǎn)過程中的使用維護記錄，完善每套模具的跟蹤記錄檔案和管理。擠壓模具從入廠驗收到模具使用結(jié)束報廢，這中間時間短則幾個月，長的達一年以上。基本上來講，模具的使用記錄也記載著型材生產(chǎn)的各個過程。擠壓模具數(shù)量大、品種多，對每套模具的使用過程進行管理，有利于幫助模具庫管理員、模具使用者和模具設(shè)計制造人員了解每套庫存模具的真實情況。模具的跟蹤記錄包括：
（1）模具的制造信息，包括每套模具的設(shè)計圖紙，制作記錄、檢驗記錄（精度值，硬度值）等。
（2）模具每次上機擠壓的工藝信息，如加溫時間、鋁棒溫度、模具溫度、擠壓速度、擠壓力、突破壓力、鋁棒長度、合格品支數(shù)、型材線密度、成材率等。
（3）每套模具的前三次修模方案、氮化處理時間、出入模具庫時間、報廢或返回模具廠維修的時間和原因等，這些記錄的收集對改進模具管理、核算模具成本、優(yōu)化模具設(shè)計和修模、評判模具質(zhì)量好壞、提高擠壓生產(chǎn)的穩(wěn)定性、合理使用模具、確定模具最低庫存等工作都有著直接的影響。
鋁型材市場競爭的日益加劇，迫使各鋁型材生產(chǎn)企業(yè)在擠壓模具的采購、使用、維護與管理投入巨大的精力，這要求企業(yè)在改變以前的粗放式生產(chǎn)管理的同時改變自身觀念，從細節(jié)抓起，做好模具的統(tǒng)計分析和成本消耗管理，才能適應新的市場形勢，在市場中奪得先機。
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