鋁合金擠壓模具報廢后再利用的研究

毛一帆，趙茂密，姜小龍，趙斌斌，班米扁，零妙然

（吉利百礦集團有限公司，百色533000）

0 前言

近年來世界鋁擠壓材產量穩中有升，據不完全統計，全世界共裝備有各種鋁擠壓機8000 臺以上，鋁擠壓材年生產量80%左右集中在中、日、美三國，尤其是中國的產量占世界總產量近70%，位列第一。表1 為2016-2018年全球及主要鋁擠壓材生產國產量情況。

表1 2016-2018年全球及主要鋁擠壓材生產國產量/萬噸

隨著社會經濟的發展，人們的物質需求正逐步向多元化、個性化方向發展。為適應市場需求，鋁合金型材的生產也由原來的大批量、規格單一的生產模式逐步轉變為小批量、多規格的方向發展。模具是鋁合金擠壓材生產時傳遞擠壓力和擠壓變形的關鍵部件，同時也是生產過程中所占生產成本最大的耗材。由于其具有復雜的結構、高的尺寸精度及工作服役時復雜的應力狀態，因此模具質量的好壞直接影響到產品的形狀、尺寸、表面質量以及內部組織等[1-2]。提高模具使用率是鋁擠壓企業降本升效最有效的方式之一。造成鋁合金擠壓模具失效的原因有多種，包括模具設計、模具材料、制造加工、熱處理、表面處理、擠壓工藝、模具修理以及模具的科學管理等諸多方面[3]。于是大量的文獻針對模具失效的原因提出了諸多改善方案，以實現模具壽命的提高，但對報廢模具的再利用則鮮有提及。

雖然目前我國鋁擠壓模具技術已有長足進步，但與國際先進水平仍有一定差距。在我國鋁擠壓材行業中，模具的一次上機成功率平均只有50%左右。模具的使用壽命普遍較低，僅為國際先進水平的1/3左右[4，5]。原因是國內對鋁合金擠壓模具的結構設計、制造加工以及表面處理技術都存在不足。隨著生產的進行將會產生大量的報廢模具，對此，本文提出一種將報廢后的鋁合金擠壓模具進行再利用的方法，從而達到降低生產成本的效果。

1 廢模再利用流程

1.1 報廢模具的選取

報廢模具的選取原則如下：（1）選取的報廢模具尺寸盡量接近改造模具設計尺寸，如此可盡量地降低改造的加工量；（2）選取的報廢模具宜為型腔相對簡單的報廢平模。一般情況下不選擇分流模具，因為分流模具型腔復雜，且加工量大；（3）滿足要求的原配整套報廢模具優先，因為原配整套模具可省卻后續裝配加工工作。

本文舉例的報廢模具為型腔簡單的排材平模，其外形尺寸為：導流?600 mm×150 mm，模面?600 mm×100 mm，模墊?600 mm×100 mm。模具型腔的最大外接圓直徑為302.1 mm。滿足后續改造要求。報廢模具如圖1所示。

圖1 報廢平模示意圖

新模具交付擠壓生產時的硬度一般在洛氏硬度HRC 46～50之間，經歷服役到報廢后其硬度值變化往往不會很大。機加工設備只適合在該硬度的模具上進行小加工量的修模，并不利于大工作量的切削加工，所以需將選取的報廢模具進行退火處理，使其硬度降到合適的加工范圍，為后續的機加工做準備。退火工藝曲線如圖2所示。工藝流程為：迅速升溫至860～890 ℃→860～890 ℃保溫2 h→降溫至740～760 ℃→740～760 ℃保溫4 h→爐冷至500 ℃出爐。

圖2 模具退火工藝圖

將退火后的報廢模具進行機加工操作。每片模具的改造前后對比情況如圖3所示。因該報廢模具的外形尺寸已滿足要求，本次機加工只對模具型腔尺寸進行切削，改造后模具型腔尺寸如圖4所示。

圖3 模具改造前后對應圖

圖4 模具內型腔尺寸

1.2 模具熱處理

將改造后的模具進行“淬火+回火”操作，使熱處理后模具硬度達到HRC 46～48，從而滿足生產需求。淬火及回火工藝如表2 和表3 所示。其中回火給出的是3次回火工藝，若第二次回火便達到硬度要求，則不需要進行第三次回火。

表2 淬火工藝

表3 回火工藝

1.3 配模

改造后的模具并不能單獨作為模具上機使用，而是需要配合內嵌塊方能實現報廢模具的再利用。內嵌塊與廢改模具之間通過內嵌塊側邊定位銷進行裝配定位。對于截面簡單的常規實心工業型材來說，若每個規格都制造一套完整模具，則其投入的生產成本比較大。而通過廢改模具+內嵌塊的形式則會大大降低生產成本，且廢改模具可以通用。圖5示出了簡單的兩種規格圓棒型材共用一個廢改模具的形式。

圖5 廢改模具實例

2 廢改模具優勢

本文提出的將報廢模具進行再利用的方法已經投入到實際生產中，經過對實際生產數據的統計，總結出該方法有以下3點優勢：

（1）降低生產成本。將報廢閑置的模具通過改造實現了再利用，并且如上述實例中一套圓棒模具只需要制造一個內嵌塊便可滿足生產要求，免去每種規格型材都需要制造成套模具的投入，生產成本降低顯著。表4 為廢改模+內嵌塊與成套模具投入的對比。若成套模具為外購形式，則其投入成本更大。

表4 廢改模+內嵌塊與成套模具投入對比

（2）更換迅速。鋁合金型材的生產已由原來的大批量、規格單一的生產模式逐步轉變為小批量、多規格的發展模式，這一趨勢決定了模具必須滿足快速上機的要求。廢改模+內嵌塊組合自擠壓機下機后即可拆卸下廢改模具，然后將廢改模具與另一個內嵌塊配合組裝即可安排下一個上機。廢改模具通用性極高，3～5套廢改模具便可實現多規格成系列型材的快速更換、上機。圖6為廢改模具在實際生產中的使用實例。

圖6 廢改模具生產實例

（3）模具蝕洗方便。下機拆卸的廢改模具一般不需要蝕洗，只需對內嵌塊蝕洗即可。與成套模具相比，內嵌塊占用蝕洗空間小，蝕洗工作方便，不僅能降低蝕洗工作量，提高生產效率，也節省了片堿或液堿用量，進一步降低了生產成本。

3 結論

模具是擠壓生產過程中所占生產成本最大的耗材，鋁擠壓企業通過延長模具壽命的方式來達到降低生產成本、提高生產效率的目標。當模具失效以后便會成為企業的積壓物資或者以極低的價格變賣。本文所介紹的這種將廢模改造后再利用的方法相較于普通成套模具具有降低生產成本、更換迅速、蝕洗方便的優勢，符合小批量、多規格、快速上機的發展趨勢。報廢模具再利用的關鍵要素在于報廢模具的選取、退火、機加、熱處理和與內嵌塊配模。

實際生產應用結果證明，本文所述的報廢模具再利用的方法對部分報廢模具的處理是一種更優的方式，具有一定的應用和推廣價值。