引言

隨著鋁型材的發(fā)展，鋁型材在各個領域得到了廣泛的應用，型材的多樣化、復雜化的同時也給擠壓模具的性能提出了更高的要求，在實際生產中，模具的使用壽命將直接影響企業(yè)的效益及生產成本。熱處理作為模具制造重要的環(huán)節(jié)之一、也是模具失效的關鍵因素之一，雖然不能將模具的失效問題都歸于熱處理，但結合實際適當、合理的優(yōu)化熱處理工藝將使模具獲得良好的綜合性能。

1.擠壓模具失效因素及防護

1.1 擠壓模具失效分正常失效和早期失效兩種，模具沒有達到預期壽命而喪失服役能力的稱為模具的早期失效。模具作為擠壓過程中的重要裝備，且制造成本高，它的早期失效將給企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟損失。

1.2 擠壓模具早期失效因素很多，歸納起來影響最大的有以下四個環(huán)節(jié)：鋼材質量、設計制造、熱處理、模具的使用不當。有的失效模具是由于單一的因素而失效，有的則是幾種因素在同一個失效模具上都會出現(xiàn)。模具常見的失效形式有磨損、開裂、塑性變形、熱疲勞等。

下面圖片是模具比較直觀的失效形式。

圖1：模具下沉    圖2：加工損傷    圖3：鋼材純凈度    圖4：凸模開裂

1.2.1 隨著市場要求，擠壓模具規(guī)格大型化、形狀復雜化、尺寸精密化和新的擠壓方案的不斷出現(xiàn)，擠壓模具的工作條件變的更加惡劣,選擇適合制造鋁型材擠壓模具的鋼材至關重要。由于國內用于制造熱作模具的鋼材質量參差不齊，所以在鋼材的選擇上應慎重。

（1）目前用于制造擠壓模具比較普遍的鋼材種類是H13，該鋼具有良好的熱強性、塑韌性、抗氧化性及熱疲勞抗力，適合鑄造各類熱作模具。

（2）模具制造所選擇的鋼材一般都是退火狀態(tài)，鋼材的純凈度、裂紋、鍛造后不平衡的亞穩(wěn)定共晶碳化物是模具的致命傷。這些問題在鋼材鍛造過程中應予以解決。

1.2.2 模具的支撐的強度、過渡處角位的選擇、分流導流的加工、表面加工粗糙及加工損傷在制造過程中應多注意并加以重視。

1.2.3 熱處理缺陷有過熱、過燒、脫碳、開裂、淬硬層不均勻和硬度不足等，熱處理是通過加熱、保溫、冷卻來改變金屬組織、結構以取得良好的綜合性能，熱處理的關鍵是加熱溫度的選擇、升溫保溫時間的安排、冷卻速度的控制。合理的熱處理工藝和設備使模具的工作性能和使用壽命得到有力的保障。

1.2.4 模具的使用過程記錄比較復雜及重要，記錄的收集對改進模具管理、核算模具成本、

優(yōu)化模具設計和修模、模具的失效分析、提高擠壓生產的穩(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。

（1）擠壓模具的制造信息，包括每套模具的設計圖紙，制作記錄、檢驗記錄（精度值、熱處理工藝、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）每套擠壓模具的修模方案、氮化處理時間、出入模具倉時間、報廢或返回模具廠維修的時間和原因等。

2.H13鋼的化學成分及主要特性

2.1 H13是含Cr0.5%的中合金熱作模具鋼的代表性鋼種，其化學元素含量范圍如表2.1所示。H13鋼的臨界轉變溫度、線膨脹系數(shù)、熱導率分別示于表2.2、2.3、2.4。

表2.1  H13鋼的化學成分  （質量百分數(shù)W/%）

TabIe2.1  Chemical composition of H13 steel

表2.2 H13鋼的臨界轉變溫度

TabIe2.2  Critical transition  temperature of H13 steel

表2.3 H13鋼的線膨脹系數(shù)

TabIe2.3  Iinear expansion coefficient of H13 steel

表2.4 H13鋼的熱導率

TabIe2.4  Thermal cond uctivity of H13 steel

2.2 H13鋼是使用最廣泛和最具代表性的熱作模具鋼種,它的主要特性是：具有高的淬透性和高的韌性；優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；具有中等耐磨損能力，還可以采用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度，但要略為降低抗熱裂能力；因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差；在較高溫度下具有抗軟化能力，使用溫度高于550℃（1000℉）硬度出現(xiàn)迅速下降（即能耐的工作溫度為540℃）；熱處理變形?。恢械群透叩那邢骷庸ば?。

3 H13鋼熱處理工藝優(yōu)化對模具的影響

3.1 如果因熱處理工藝缺陷引起模具的各種問題，一般是呈批量出現(xiàn)，造成的后果很嚴重。在熱處理工藝設計中模具的強度和韌性是一個顯著的矛盾問題，增加模具強度的同時降低了韌性，從而會導致模具開裂；增強模具韌性的同時削弱了強度，從而會導致模具易磨損、塑性變形、熱強性差。

3.2 H13的淬火溫度一般選擇奧氏體下限（1020℃-1030℃），回火溫度一般是550℃-600℃，硬度最好是在HRC：48-50、規(guī)格較大的凸模在HRC：46-48，在此硬度區(qū)間模具基本上能發(fā)揮最好的綜合性能。下面是熱處理三種工藝的效果：

（1）淬火溫度1030℃，回火溫度560℃-600℃，硬度在HRC：47-51，部分規(guī)格較大的凸模開裂。

（2）淬火溫度1020℃，回火溫度550℃-585℃，硬度在HRC：47-51，部分模具熱疲勞性能差，硬度下降快。

（3）淬火溫度1025℃，850℃延長保溫時間30分鐘，回火溫度550℃-595℃，硬度在HRC：47-51，模具使用狀況良好。

3.3 在實際生產中保證記錄的完整，注意信息的反饋并作出正確的分析，有針對性、合理的優(yōu)化熱處理工藝，從而使模具得到最優(yōu)的使用性能。

結論：擠壓模具的早期失效一直是實際生產中較為頭痛的問題，引發(fā)模具早期失效的因素很多，熱處理作為模具制造必不可少的環(huán)節(jié)之一，與模具的使用壽命息息相關，本文結合實際生產簡述一下優(yōu)化熱處理工藝在模具制造中的必要性。模具從選材到使用，每一個環(huán)節(jié)都很重要，雖然優(yōu)化熱處理工藝不能解決模具失效的所有問題，但根據(jù)實際情況適當優(yōu)化熱處理工藝，提高模具的綜合性能、顯得尤為關鍵。