鋁擠壓機擠壓工具制造

2018-05-07 06:40:00王艷鵬

裝備制造技術 2018年2期

關鍵詞：工藝

王艷鵬

（太原重工股份有限公司，天津300452）

鋁擠壓機是通過擠壓形式生產各類鋁合金型材的主要設備，而擠壓工具作為擠壓機經常更換的最貴零部件，它在擠壓過程中直接與被加工金屬錠坯接觸使其產生塑性變形，不僅要承受高溫高壓作用，而且還要承受激冷激熱、反復循環應力的作用，因此，其材料應能滿足以下要求：有足夠的高溫強度和硬度，高的耐回火性及耐熱性，足夠的韌性，低的熱膨脹性[1]。目前選用的材料主要是熱作模具鋼，而用的比較多是5CrNiMo、5CrMnMo和H13.由于這些材料有高的熱強度和熱硬度、高的熱穩定性和耐磨性等，所以熱加工工藝比較復雜，經常會出現裂紋、縮松、白點等缺陷，且擠壓工具的尺寸精度要求又比較高，直接影響了擠壓性能及鋁制品的質量，經熱處理后硬度非常硬，這些都給后續冷加工帶來了困難。本文以我公司利用H13制造擠壓軸、擠壓筒、空位墊和剪切墊等為例，介紹了H13擠壓工具生產過程關鍵技術，可以為擠壓工具在制造過程中提供參考。

1 擠壓工具材料H13鋼的生產工藝

為了提高H13鋼的綜合性能，國內外普遍采用電渣重熔的工藝，提高鋼的純凈度、致密度，可以大幅度改善鋼的等向性，明顯提高模具鋼橫向的韌性、塑性、抗熱疲勞性和斷裂韌性。而采用普通電爐冶煉工藝生產的模具鋼的橫向韌性和塑性相當于縱向性能的50%左右。所以采用的生產工藝為：

電弧爐→鋼包精煉爐→模鑄→電渣重熔→退火→精整→加熱→鍛造→退火→精整。

1.1 鋼錠冶煉關鍵技術

H13化學成分直接影響材料熱處理后性能的穩定性，所以嚴格控制成分范圍是關鍵。通過降低P、S含量，可提高材料的沖擊韌性和改善等向性能，提高熱疲勞性能；控制含氧量，可以減少鋼中夾雜物，提高鋼的純凈度；為了避免產生白點缺陷，控制含H量在2×10-4%以下[2]。H13化學成分控制見表1.

表1 H13控制化學成分

鋼中的非金屬夾雜物是H13模具鋼內部產生裂紋的根源，采用真空精煉爐（Vacuum degassing furnace，VD）的冶煉，降低鋼中的氫、氧、夾雜物含量，電渣重熔可以進一步提高鋼的純凈度和改善鋼的凝固組織，從而提高鋼的橫向力學性能，這一性能相當于縱向性能的80%以上。由于電渣重熔過程中特定的結晶條件，重熔后期采用合理的補縮工藝，因而重熔鋼錠一般沒有縮孔，縮松也得到顯著改善。據大量試樣檢驗資料表明，經電渣重熔后，消除一般縮松，中心縮松也大為改善。

1.2 鍛造關鍵技術

1.2.1 加熱工藝制定

H13鋼導熱性能較差，為了避免高溫轉爐坯料產生裂紋，通常控制在400℃以下裝爐。加熱時應緩慢升溫，不得大火急燒，應使鋼錠均勻透燒。按照標準鍛造加熱保溫溫度一般控制在1 180℃，鍛造溫度控制在1 180℃～850℃左右。50℃/h速度升溫。控制好預熱、升溫、保溫三個階段，加熱工藝曲線見圖1.

圖1 加熱工藝曲線圖

鋼錠出爐鍛造前，必須清除掉鋼錠表面的氧化皮，這樣可以減少鍛模及砧子的磨損，提高鍛件的精度和表面質量。

1.2.2 鍛造工藝制定

嚴格控制始鍛溫度和終鍛溫度。保證鍛造溫度范圍為1 150～900℃.當鍛造溫度降至900℃時必須停止鍛打，要返爐加熱到1 150℃后再鍛。

鍛造時主要靠壓應力變形來打碎粗大組織晶粒和不穩定的共晶碳化物，達到改善心部組織的目的。擊打時，壓下量要小，送進量要大。鋼錠開坯鍛造時，開始要輕鍛，擊碎鋼錠表面的碳化物，以提高其塑性。然后可以適當重擊，當溫度接近終鍛溫度時要輕擊。按照兩輕一重，即先輕打，后重打，最后再輕大和勤翻轉、勤倒棱、勤處理原則進行鍛造[3]。如出現細小裂紋，要在1 000℃，用氣焊清除裂紋后再進行鍛造。1.2.3退火工藝制定

為了獲得球狀組織，使鍛后組織均勻化，提高塑性、調整晶粒度，使少量的奧氏體在冷卻過程中形成馬氏體，進一步分解為鐵素體和顆粒狀碳化物，使組織均勻、軟化，便于加工并消除鍛造應力，結合本單位鍛造車間熱處理設備，鍛后冷卻與熱處理工藝曲線見圖2.

圖2 退火工藝曲線圖

2 擠壓工具的制造工藝

擠壓工具種類繁多，結構復雜，擠壓軸、擠壓墊、空位墊、擠壓筒等都有特殊要求，除了采用特殊加工方法、設備外，還需要特殊刀具及熱處理方法。它不同于一般的機械制造工藝。

2.1 制造工藝路線

早期擠壓工具主要依靠機加工方法和手工方法，按照樣板進行加工。由于電加工技術的發展，出現了特種加工方法。綜合利用數控機械加工和特種加工形成了一種先進的擠壓工具制造工藝。擠壓工具的基本加工方法主要有三種：機械加工法、熱加工法和電加工法[4]。根據擠壓工具的種類、結構形式、規格大小、精度和硬度等選擇不同的工藝。利用H13制造擠壓軸、擠壓筒、空位墊和剪切墊等的工藝路線為：鍛坯→粗加工→探傷→晶粒度檢查→調質→探傷→半精加工→淬火→半精加工→消除應力→精加工。其中鍛坯、調質、淬火、消除應力和精加工是關鍵工序。

2.2 調質關鍵技術

為了獲得均勻的圓、細碳化物分布，利用調質作為淬火前的預備熱處理，可顯著提高斷裂韌度。調質工藝曲線見圖3.

圖3 調質工藝曲線圖

2.3 淬火關鍵技術

淬火的目的是為了提高擠壓工具的硬度，使其具有耐磨。淬火前應檢查和消除刀痕等加工缺陷，對棱邊進行倒圓角。淬火后需要進行三次回火，每次回火后應空冷到室溫方可進行下一道回火工序。第三次回火溫度低于第一次回火溫度約10℃，保持時間可縮短20%～25%[5]。冷卻介質應在淬火前半小時進行循環，保證零件冷卻均勻，入油油溫應控制在40～80℃.零件淬火后應及時裝爐回火，停留時間不得超過半小時。淬火工藝曲線見圖4.