鋁合金-鋁材擠壓模具的使用條件及其損壞原因分析

　　在擠壓過程中，擠壓工、模具的鋁材工作條件是十分繁重的。隨著擠壓産品品種的增加和規格大型化、形狀複雜化、尺寸精密化、材料高強化以及大型的高比壓擠壓筒和新的擠壓方法的不鋁管斷出現，擠壓工模具的工作條件變得更爲惡劣了，對它們的要求也越來越高了。下面概括地分析一下鋁合金擠壓工模具的使用條件及其損壞原因：

　　(1)承受長時高溫作用。在擠壓過程中，直接與高溫鑄錠接觸並參與變形的擠壓工具(擠壓筒、擠壓墊片、針後端、沖針等)和模具(模子、模墊、針尖、舌 模套、模支承等)的表面溫度有時局部可高達550℃以上。承受高溫作用的時間一般爲幾分鍾到幾十分鍾，對于擠壓速度慢的難變形鋁合金來說，有時長達數小時 以上。長時間的高溫作用，大大地惡化了金屬與工具之間的摩擦條件，降低了工模具材料的強度，以至于産生塑性變形，加速其破損。

　　(2)承受長時高壓作用。表4—1—2列出了鋁合金擠壓成形時所需的最小單位壓力。爲了獲得不同的比壓以滿足不同合金和品種變形的要求，設計和制造了具有不同比壓的擠壓機和擠壓筒。表4—1—3列出了部分擠壓筒的比壓。
表4—1—2鋁合金擠壓成形所需單位壓力表

合金與品種

所需的最小單位壓力/MPa

合金與品種

所需的最小單位壓力/MPa
純鋁産品
鋁合金普通型、棒材

100～150
200～450

鋁合金壁板和空心型材
冷擠壓産品

450～l000
600～1200

　　(3)承受激冷激熱作用。穿孔針、模子和擠壓墊片等工具，工作時間和非工作時間的溫差，擠壓鋁合金時可達200～300℃以上。而在水冷模擠壓、穿孔 擠壓時，工模具中的溫度梯度更大，變化更激烈。加之，工模具材料的傳熱能力較低，很可能在工模具中産生大的熱應力，使其工作條件更爲惡化。在激冷激熱作用 下，工模具極易産生微裂或熱疲勞裂紋。

　　(4)承受反複循環應力作用。在工作時間，工模具要承受很高的壓力，而在非工作鋁擠型時間裏則突然卸載，應力下降到零，而且，有的工具(如穿孔系統的工具)在擠壓過程中有時受壓，鋁合金材料有時受拉，因此，工模具部件中的應力狀態是極其複雜和極不穩定的。在這種反複循環，拉壓交變的應力作用下，工模具極易産生疲勞破壞。

　　(5)承受偏心載荷和沖擊載荷作用。在穿孔和擠壓時，特別在擠壓複雜斷面型材、空心型材、大直徑小內孔的厚壁管材時，工模具內會産生很大的附加應力， 或引起很高的應力集中。在細長件、薄壁空心件(如實心和空心擠壓軸，穿孔針組件等)中，還會受到偏心載荷、沖擊載荷、扭曲和橫向彎曲應力的作用。主應力和 這些附加應力叠加，會形成很高的工作應力。在這種複合應力的作用下，工模具最易鋁材批發喪失其鋁擠型工廠穩定性、産生鋁條彎曲、扭斷或折斷。

　　(6)承受高溫高壓下的高摩擦作用。鋁合金在擠壓時的主要特點之一是極易與工模具表面産生“粘結”作用，即在高溫高壓作用下，合金中的V、Fe、Si等溶質原子滲透到工模具表面層而産生焊合作用，在與高溫金屬直接接觸的擠壓筒內套、穿孔針和鋁棒模子等的表面粘附一層金屬。在高溫高壓作用下，這些粘附的金屬層不斷形成，又不斷被破壞，經多次反複磨損，而引起工模具失效。

　　(7)承受局部應力集中的作用。由于新産品形狀比較複雜，相應的模具和工具(如扁擠壓筒、軸、舌模和平面分流組合模等)的形狀和結構也比較複雜，因而在高溫台中鋁擠型高壓下容易産生局部的應力集中，從而引起局部變形或局部壓塌。

　　總之，在穿孔或擠壓時，工模具的工作條件是十分惡劣的，引起其變形和損壞的因素也是錯綜複雜的。因此，在設計時應盡可能考慮各種不利因素的影響，選擇合理的結構，進行可靠的強度校核，規定合理的加工工藝和熱處理工藝，選擇合適的材料。