【摘要】
介紹了在鋁合金擠壓模具中使用硬合金的重要性，并提出了一種新型的硬合金擠壓模具。該模具采用硬合金材料進行局部鑲嵌，以提高模具的耐磨性。以圓管擠壓模耐磨性。以圓管擠壓模為例，描述了硬合金的選擇方法，重點介紹了硬合金的尺寸確定和鑲嵌方法，并根據擠壓結果與硬合金擠壓模進行了比較。
結果表明，硬質合金的使用可以大大提高模具的耐磨性和使用壽命。
關鍵詞:鋁型材；圓管；硬合金；鑲嵌
硬合金鋁型材擠壓模具
0 前言
目前，中國已成為世界上主要的鋁生產國，每年生產鋁擠壓模具的消耗量非常大。相關數據顯示，實際生產中擠壓模報廢失效的主要原因是模具磨損。因此，提高模具的耐磨性對提高模具的使用壽命具有重要意義，并將帶來顯著的經濟效益[1]。目前，生產鋁擠壓模具的材料具有良好的機械性能H13.它解決了過去熱作模具在工作中容易斷裂失效的問題。但由于鋼材紅硬度低，耐磨性弱，模具磨損導致大部分模具在材料不疲勞損壞的前提下報廢，價格相對昂貴的模具鋼材造成了巨大的浪費，也增加了企業的生產成本。硬質合金材料因其硬度高、耐磨性好、導熱性好而在模具行業得到越來越廣泛的應用。但由于其硬度脆弱、韌性差、抗沖擊韌性低、對應力集中敏感，硬質合金材料至今尚未成熟應用于熱擠壓模具，這也是因為人們還沒有完全掌握模具鋼基體與硬質合金在高溫下的配合，以及服務受力時的效應機制。本文將硬質合金引入圓管擠壓模具中，將優質熱作模具鋼與硬質合金有機結合，從而大大提高了硬質合金在工藝條件下的優良溫度和壓力要求。
鋁擠壓模具報廢的原因大致分為三類一是模具因長期使用、磨損、修模等原因超差報廢，占80%左右；
二是危險斷面鋁型材模具坍塌、斷裂、懸臂擠壓等造成的報廢，約占10%；
第三，型材截面設計改進或淘汰造成的模具報廢約占5%。這些易坍塌、斷裂、懸臂擠壓等危險斷鋁型材加工擠壓模具稱為危險斷面模具
一、硬質合金的選擇
硬合金鑲嵌在擠壓模具中，一方面必須合理選擇合金的類型和品牌，因為擠壓模具在高溫、高壓條件下使用，并承受交替載荷和沖擊載荷；另一方面，應考慮獲得硬合金材料的市場便利性和成本。目前常用的硬合金有鎢鈷 （YG）、鎢鈦鈷類 （YT）、鎢鉭鈷和鎢鈦鉭鈷[3]。典型的硬質合金和模具基礎鋼H13的物理機械性能如表1所示。表1 典型硬質合金和模具鋼H13主要物理機械性能
從表 1 可以看出，與工具鋼的熱膨脹系數 12.8×10-6
相比之下，硬質合金的熱膨脹系數要小得多，這在模具設計和制造中應考慮。此外，硬質合金的彈性變形量和塑性變形量也很小。這不僅對模具有利，也對硬質合金對模具中的應力集中非常敏感，容易造成模具損壞。因此，并非所有品種繁多、形狀多樣的鋁型材都適合使用硬質合金，但對于形狀簡單、圓角較大的圓管和品種，由于應力集中度小，適合使用硬質合金鑲嵌件。眾所周知，目前鋁型材擠壓模所選的基體鋼是H13鋼，為了提高模具的耐磨性，選擇硬合金作為鑲嵌材料是基于硬合金材料的高硬度、良好的耐磨性和良好的導熱性。不選擇硬合金作為基質材料的原因是硬脆、韌性差、抗沖擊韌性低、對應力集中敏感。通過分析，在所有硬合金材料中，鈷硬合金更合適，這是因為硬合金的機械性能主要由鈷含量和碳化鎢粒度決定，鈷含量越高，抗壓強度越高。相對而言，鈷含量低的合金具有更好或更明顯的耐磨性，而鈷含量高的合金具有更好或更明顯的沖擊性。
為了提高鋁型材擠壓模具的使用壽命，首先要解決模具工作表面的磨損問題，強調模具的耐磨性，所以選擇鈷含量低的YG8硬質合金。這與冷沖壓模具中選擇沖擊性能好的 YG15 完全不同。此外，相關實驗表明，硬質合金的熱線膨脹系數隨鈷含量的增加而增加[7]。考慮到擠壓模具的工作溫度為520~540 ℃，為避免高溫下合金熱膨脹過大導致型材壁厚變化，應選用鈷含量低的硬質合金；此外，從表1可以看出，YG8基體鋼在高溫下的熱膨脹可以忽略不計。
二：硬合金鑲嵌方法
以圖1所示的鋁型材圓管擠壓模具為例。由于硬合金鑲嵌在擠壓模具中，首先采用傳統的工藝方法制作一套完整的模具，然后對上模具和下模具的工作部分，即上模具的模芯和下模具的模孔進行再加工，加工硬合金鑲嵌的部分，最后將合金牢牢鑲嵌。圖1
2.1 下模鑲嵌硬質合金
根據要求，鑲嵌合金與模具基體的結合必須牢固可靠。模具的工作溫度為520~540 ℃，硬質合金和模具基材料H13在這個溫度下的熱膨脹系數是不同的。因此，硬質合金通過加熱壓力安裝鑲嵌在下模孔中。壓力安裝要求是確保高溫 520~540 ℃下合金與下模鑲嵌孔的單面間隙小于0.02 mm。這就要求兩者在常溫下過度配合，以保證硬質合金在常溫下不掉落。
具體操作如下:(1) 加工硬質合金。選用 硬質合金YG8.合金厚度為8 mm，其加工方法是慢線切割：先切割模孔的斜度，然后一次切割模孔和形狀，以確保型孔和形狀的同心度。另一方面，切割模孔的工作帶尺寸為3 mm。(2) 下模基體的加工。下模和上模按未鑲嵌合金時的正常加工進行。組裝完成后，將上下模分開。兩者的尺寸關系如圖2所示。尺寸關系如下:D1=1.01×D0（mm）。D2=D1 40（mm）。D3=0.996×D2圖2 下模鑲嵌孔及硬質合金尺寸示意圖
(3)加熱壓裝。將加工好的下模和合金放入箱式爐中，慢慢加熱至 (520±5） ℃并保溫2 h，然后出爐快速壓裝。為保證壓裝順利，合金可提前約1 min由于鑲嵌孔的深度高于合金0.5 mm，因此，壓裝平整后，用銅錘輕輕敲打下模鑲嵌孔周圍，使邊緣下沉，壓合金。裝配后的下模如圖3所示。
圖3 鑲嵌硬質合金后的下模
圖1
2.2 上模鑲嵌硬質合金
上模的合金鑲嵌主要是用硬質合金鑲嵌模芯。上模基體按常規設計加工鑲嵌是模具熱處理后的精加工。合金和模具不需要預熱，而是在室溫下進行的。方法主要包括以下幾點:
（1） 將YG8硬質合金鑲塊的磨削厚度與上模芯設計的工作帶高度尺寸一致，外圓 0.2 mm的余量。
(2) 上模止口外圓精車0.5 mm余量，合金螺絲位置0.2 mm 余量；熱處理前可精車到位止口臺階、止口平面、模芯頸位、合金位。
（3） YG8硬質合金鑲塊的內孔磨削尺寸小于上模的配合鑲嵌部位尺寸0.01 mm，即上模與鑲嵌合金的配合采用基孔過盈配合，過盈小于0.01 mm，或使用配合代號H7/n6.過盈配合。
(4) 熱處理后，以上模芯的頸部位置為基準，將緊固合金的螺釘位置精車到位，并車M16 （或M12) 外螺紋。設計外螺紋時，螺紋外徑與合金的外徑應大于3 mm。
（5） 把YG8.用墊片和墊片將硬質合金鑲塊油滑到模芯的合金位置M擰緊螺母，固定硬質合金。
(6) 以上模芯頸為基準，將螺絲頭部車成錐形，保護模具工作帶。
(7) 四爪單動卡盤安裝上模YG8硬質合金鑲塊為基準，將YG8硬質合金鑲塊
圖4 上模合金鑲嵌示意圖
3:對比擠壓結果
取外徑 （D0） 23.4mm、壁厚為0.8 mm圓管品種 的圓管品種MN的擠壓機上分別采用傳統的模具和鑲嵌硬質合金的模具對這二種結構進行擠壓生產跟蹤，所得結果如表2所示。表2 模具結構與擠壓結果對比
由此可見，下模孔鑲嵌硬質合金后，模具的耐磨性明顯提高，模具的使用壽命大大提高，型材的表面質量明顯提高。
4 結束語
本研究以簡單的圓管擠壓模為例，測試了在擠壓模上鑲嵌硬質合金，最終取得了良好的效果。但熱安裝方法操作麻煩，有一定的風險。此外，當下模具采用冷安裝方法時，需要進一步研究如何將室溫下的間隙合作轉化為高溫下的過剩合作。由于硬合金對沖擊和應力的敏感性，其適用的型材品種僅限于一些簡單且有一定圓角的品種。然而，對于適用的型材，在模具中鑲嵌硬合金的關鍵是考慮模具材料與硬合金線膨脹系數的差異，以及壓力安裝方法，以充分發揮硬合金的潛力和作用。結果還表明，使用硬合金可以大大提高模具的耐磨性和使用壽命。
幾種硬合金鋁型材擠壓模具
一種硬合金鋁型材擠壓模具，一種硬合金鋁型材擠壓模具，一種硬合金鋁型材擠壓模具，三種模具世界，歡迎您——— 1● 帶你進入意大利康柏斯模具世界2● 模授世界學校學生問答總結(1)3● 20種設計方案圖集《實用篇》4● 大型鋁型材模具設計分析復雜困難● 6082鋁合金汽車支架擠壓模具的設計、開發和應用● 鋁型材擠壓桿擠壓墊(頭)加工工藝7● 各種擠壓模具設計圖集值得收藏-學習-轉發8● 新型開口式氣缸擠壓模具設計新方案9● 擠壓車間主任崗位職責-鋁型材擠壓車間操作流程及作業指導書10● 經典100種復雜擠壓模具實體結構分析（值得收藏）11● 鋁型材擠壓模具設計崗位職責內涵-擠壓模具設計規程及指導書12● {技術實戰篇} 一種提高擠壓速度及表面質量的有效途徑來實圖演練13● 新鋁型材擠壓后續表面處理工藝及缺陷美14● 新版經典大型鋁型材復雜模具設計成功方案25例15● 一種高效實用的鋁擠壓模具設計技術16● 各類特殊鋁合金生產技術及模具設計分析17● 鋁型材壁厚薄及懸臂大的特殊模具設計18● 大型擠壓模具設計及擠壓缺陷及質量分析19● 深入圖文剖析鋁型材擠壓焊合、條紋、暗痕的控制與消除方法20● 最新修模大師的20大絕招都在這里了，值得深入研究，圖文解說21● 最新統計42種新鋁合金一模多出 (孔 )擠壓特點及設計技術22● 教你如何做一把測量模具工作帶平整度的“神器”之詳細設計步驟感謝您抽出 · 來閱讀此文模授
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