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如何确立工业铝型材挤压模具产品标准?

用于制作模具的材质有很多,通常采用高强度与耐高温的热作模具钢,代表材料有4Cr5MoV1Si、5CrMnMo、5CrNiMo等,工业铝型材挤压模具一般采用美国进口的H13模具钢,它一种C-Cr-Mo-Si-V型钢具有非常好的抗热裂能力,主要用于制造冲击力与超载荷的挤压模具,是模具钢中应用非常广泛的一种代表钢型号。

工业铝型材挤压模具所使用的模具钢一般采用H13钢和钨钢制成,这二种材质的模具钢具是由不同的合金成分组成的,分别采用不同的制作标准,使用寿命与其它各方面的特性也有很大的区别。


1、H13钢

H13钢中含有碳、硅、锰、铬等多种化学元素,它的高强度与耐高温性能主要是由化学成分决定的,特别是合金成分中碳的含量决定了模具钢的硬度,淬火后的硬度可达55HRC左右,具体化学成分如下表所示:


表一:H13合金钢的化学成分表


C

Si

Mn

Cr

Mo

V

P

S

0.32-0.45

0.80-1.20

0.20-0.50

4.75-5.50

1.10-1.75

0.80-1.20

≤0.030

≤0.03


在模具钢的合金成分中,含碳量不能太低,否则会影响模具的淬火硬度和强度;对于热作模具钢来说,含碳量越高,它的耐高温强度以及耐磨性能就越高,但是同时也会降低韧度,而韧度的高低则由含铬量来决定,通常在设计模具时,要求在保证模具钢的强度前提下,尽可能地降低钢中碳的含量,当抗拉强度为1550MPa时,模具钢中的含碳量为0.3-0.4%最合适,当含碳量超过0.4%时就会降低模具钢的韧度。


工业铝型材选型


H13模具钢制作的工业铝型材挤压模具,除了化学成分要达到上面表一的要求外,在挤压时还要达到以下的工艺要求以及质量标准:


①严格按照国家制定的标准进行生产:GB/T1299-2014;

②热处理工艺:经二次预热:600-650℃/800-850℃,再加热到1020-1050℃;保温5-15min,在空气中冷却至530-560℃,此时的硬度为48-52HRC; 当温度在560℃-580℃时再进行二次回火是最好的,此时可以使硬度达到47-49HRC,可以使模具钢的韧度和强度保持在最佳的范围之内。

③力学性能:抗冲击力强、强度高、耐磨性好、抗腐蚀性能强、韧性好、抗回火性能稳定。


2、钨钢


钨钢是一种硬质合金,其中包含至少一种金属碳化物,如碳化钨、碳化钴等,主要合金成分中钴占3-30%,碳化钨占70%,其它金属占比不到1%,它具有非常高的硬度、强度、耐磨性、韧性与耐腐蚀性能,膨胀系数非常小,依靠高硬度与强耐磨性,被用于工业铝型材挤压模具用材料,也是一种热作模具钢,即使在500-1000℃的高温时,也能保持不变形的特性。


钨钢基体由硬化相和粘结金属二部分组成,粘结金属主要有钴、镍、钛、铁等,根据合金成分与用途可以分成钨钴合金和钨镍合金等牌号。它的成型过程是先将粉末制成坯料,放入炉中加热到一定的温度后保温,冷却成型后就成了钨钢材料,这个过程要经历以下4个阶段:


①预烧:将成型剂在高温中加热,分解出烧结体,粉末表面在高温的作用下还原成钴和钨等氧化物,经过再结晶后使金属表面的强度增加;

②固相反应:随着第一阶段反应的进行,固相反应开始发生,金属的塑性流动逐渐增强并出现收缩,此时的共晶温度达到800℃;

③液相阶段:当烧结体产生液相后,便不再收缩,而是产生结晶,此时金属的结构开始出现,共晶温度保持在800℃;

④冷却:当金属成分和结构组成显现出来后,在室温下进行冷却,为了提高钨钢的力学性能,可以进行适当的热处理。


当挤压模具的合金成分不合格,或是加工工艺不合理,就会使模具的质量达不到标准,在挤压时会使模具产生端面缺口,容易引起型材出现大帽缺陷,当高温高压环境下的模具经过不断磨损,可能会提前报废,不仅影响铝型材生产厂家的挤压效率,还会引起工业铝型材产品的精度尺寸和外观质量,使挤压模具的成品率下降,企业蒙受经济损失。


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