明泰铝业_铝材挤压模具的使用条件及其损坏原因分析

在挤压过程中，挤压工、模具的工作条件是十分繁重的。随着挤压产品品种的增加和规格大型化、形状复杂化、尺寸精密化、材料高强化以及大型的高比压挤压筒和新的挤压方法的不断出现，挤压工模具的工作条件变得更为恶劣了，对它们的要求也越来越高了。下面概括地分析一下铝合金挤压工模具的使用条件及其损坏原因：

(1)承受长时高温作用。在挤压过程中，直接与高温铸锭接触并参与变形的挤压工具(挤压筒、挤压垫片、针后端、冲针等)和模具(模子、模垫、针尖、舌模套、模支承等)的表面温度有时局部可高达550℃以上。承受高温作用的时间一般为几分钟到几十分钟，对于挤压速度慢的难变形铝合金来说，有时长达数小时以上。长时间的高温作用，大大地恶化了金属与工具之间的摩擦条件，降低了工模具材料的强度，以至于产生塑性变形，加速其破损。

(2)承受长时高压作用。表4—1—2列出了铝合金挤压成形时所需的较小单位压力。为了获得不同的比压以满足不同合金和品种变形的要求，设计和制造了具有不同比压的挤压机和挤压筒。表4—1—3列出了部分挤压筒的比压。

(3)承受激冷激热作用。穿孔针、模子和挤压垫片等工具，工作时间和非工作时间的温差，挤压铝合金时可达200～300℃以上。而在水冷模挤压、穿孔挤压时，工模具中的温度梯度更大，变化更激烈。加之，工模具材料的传热能力较低，很可能在工模具中产生大的热应力，使其工作条件更为恶化。在激冷激热作用下，工模具极易产生微裂或热疲劳裂纹。

(4)承受反复循环应力作用。在工作时间，工模具要承受很高的压力，而在非工作时间里则突然卸载，应力下降到零，而且，有的工具(如穿孔系统的工具)在挤压过程中有时受压，有时受拉，因此，工模具部件中的应力状态是极其复杂和极不稳定的。在这种反复循环，拉压交变的应力作用下，工模具极易产生疲劳破坏。

(5)承受偏心载荷和冲击载荷作用。在穿孔和挤压时，特别在挤压复杂断面型材、空心型材、大直径小内孔的厚壁管材时，工模具内会产生很大的附加应力，或引起很高的应力集中。在细长件、薄壁空心件(如实心和空心挤压轴，穿孔针组件等)中，还会受到偏心载荷、冲击载荷、扭曲和横向弯曲应力的作用。主应力和这些附加应力迭加，会形成很高的工作应力。在这种复合应力的作用下，工模具容易丧失其稳定性、产生弯曲、扭断或折断。

(6)承受高温高压下的高摩擦作用。铝合金在挤压时的主要特点之一是极易与工模具表面产生“粘结”作用，即在高温高压作用下，

合金中的V、Fe、Si等溶质原子渗透到工模具表面层而产生焊合作用，在与高温金属直接接触的挤压筒内套、穿孔针和模子等的表面粘附一层金属。在高温高压作用下，这些粘附的金属层不断形成，又不断被破坏，经多次反复磨损，而引起工模具失效。

(7)承受局部应力集中的作用。由于新产品形状比较复杂，相应的模具和工具(如扁挤压筒、轴、舌模和平面分流组合模等)的形状和结构也比较复杂，因而在高温高压下容易产生局部的应力集中，从而引起局部变形或局部压塌。

总之，在穿孔或挤压时，工模具的工作条件是十分恶劣的，引起其变形和损坏的因素也是错综复杂的。因此，在设计时应尽可能考虑各种不利因素的影响，选择合理的结构，进行可靠的强度校核，规定合理的加工工艺和热处理工艺，选择合适的材料。