铝挤压机挤压工具制造

2018-05-07王艳鹏

装备制造技术 2018年2期

王艳鹏

（太原重工股份有限公司，天津300452）

铝挤压机是通过挤压形式生产各类铝合金型材的主要设备，而挤压工具作为挤压机经常更换的最贵零部件，它在挤压过程中直接与被加工金属锭坯接触使其产生塑性变形，不仅要承受高温高压作用，而且还要承受激冷激热、反复循环应力的作用，因此，其材料应能满足以下要求：有足够的高温强度和硬度，高的耐回火性及耐热性，足够的韧性，低的热膨胀性[1]。目前选用的材料主要是热作模具钢，而用的比较多是5CrNiMo、5CrMnMo和H13.由于这些材料有高的热强度和热硬度、高的热稳定性和耐磨性等，所以热加工工艺比较复杂，经常会出现裂纹、缩松、白点等缺陷，且挤压工具的尺寸精度要求又比较高，直接影响了挤压性能及铝制品的质量，经热处理后硬度非常硬，这些都给后续冷加工带来了困难。本文以我公司利用H13制造挤压轴、挤压筒、空位垫和剪切垫等为例，介绍了H13挤压工具生产过程关键技术，可以为挤压工具在制造过程中提供参考。

1 挤压工具材料H13钢的生产工艺

为了提高H13钢的综合性能，国内外普遍采用电渣重熔的工艺，提高钢的纯净度、致密度，可以大幅度改善钢的等向性，明显提高模具钢横向的韧性、塑性、抗热疲劳性和断裂韧性。而采用普通电炉冶炼工艺生产的模具钢的横向韧性和塑性相当于纵向性能的50%左右。所以采用的生产工艺为：

电弧炉→钢包精炼炉→模铸→电渣重熔→退火→精整→加热→锻造→退火→精整。

1.1 钢锭冶炼关键技术

H13化学成分直接影响材料热处理后性能的稳定性，所以严格控制成分范围是关键。通过降低P、S含量，可提高材料的冲击韧性和改善等向性能，提高热疲劳性能；控制含氧量，可以减少钢中夹杂物，提高钢的纯净度；为了避免产生白点缺陷，控制含H量在2×10-4%以下[2]。H13化学成分控制见表1.

表1 H13控制化学成分

钢中的非金属夹杂物是H13模具钢内部产生裂纹的根源，采用真空精炼炉（Vacuum degassing furnace，VD）的冶炼，降低钢中的氢、氧、夹杂物含量，电渣重熔可以进一步提高钢的纯净度和改善钢的凝固组织，从而提高钢的横向力学性能，这一性能相当于纵向性能的80%以上。由于电渣重熔过程中特定的结晶条件，重熔后期采用合理的补缩工艺，因而重熔钢锭一般没有缩孔，缩松也得到显著改善。据大量试样检验资料表明，经电渣重熔后，消除一般缩松，中心缩松也大为改善。

1.2 锻造关键技术

1.2.1 加热工艺制定

H13钢导热性能较差，为了避免高温转炉坯料产生裂纹，通常控制在400℃以下装炉。加热时应缓慢升温，不得大火急烧，应使钢锭均匀透烧。按照标准锻造加热保温温度一般控制在1 180℃，锻造温度控制在1 180℃～850℃左右。50℃/h速度升温。控制好预热、升温、保温三个阶段，加热工艺曲线见图1.

图1 加热工艺曲线图

钢锭出炉锻造前，必须清除掉钢锭表面的氧化皮，这样可以减少锻模及砧子的磨损，提高锻件的精度和表面质量。

1.2.2 锻造工艺制定

严格控制始锻温度和终锻温度。保证锻造温度范围为1 150～900℃.当锻造温度降至900℃时必须停止锻打，要返炉加热到1 150℃后再锻。

锻造时主要靠压应力变形来打碎粗大组织晶粒和不稳定的共晶碳化物，达到改善心部组织的目的。击打时，压下量要小，送进量要大。钢锭开坯锻造时，开始要轻锻，击碎钢锭表面的碳化物，以提高其塑性。然后可以适当重击，当温度接近终锻温度时要轻击。按照两轻一重，即先轻打，后重打，最后再轻大和勤翻转、勤倒棱、勤处理原则进行锻造[3]。如出现细小裂纹，要在1 000℃，用气焊清除裂纹后再进行锻造。1.2.3退火工艺制定

为了获得球状组织，使锻后组织均匀化，提高塑性、调整晶粒度，使少量的奥氏体在冷却过程中形成马氏体，进一步分解为铁素体和颗粒状碳化物，使组织均匀、软化，便于加工并消除锻造应力，结合本单位锻造车间热处理设备，锻后冷却与热处理工艺曲线见图2.

图2 退火工艺曲线图

2 挤压工具的制造工艺

挤压工具种类繁多，结构复杂，挤压轴、挤压垫、空位垫、挤压筒等都有特殊要求，除了采用特殊加工方法、设备外，还需要特殊刀具及热处理方法。它不同于一般的机械制造工艺。

2.1 制造工艺路线

早期挤压工具主要依靠机加工方法和手工方法，按照样板进行加工。由于电加工技术的发展，出现了特种加工方法。综合利用数控机械加工和特种加工形成了一种先进的挤压工具制造工艺。挤压工具的基本加工方法主要有三种：机械加工法、热加工法和电加工法[4]。根据挤压工具的种类、结构形式、规格大小、精度和硬度等选择不同的工艺。利用H13制造挤压轴、挤压筒、空位垫和剪切垫等的工艺路线为：锻坯→粗加工→探伤→晶粒度检查→调质→探伤→半精加工→淬火→半精加工→消除应力→精加工。其中锻坯、调质、淬火、消除应力和精加工是关键工序。

2.2 调质关键技术

为了获得均匀的圆、细碳化物分布，利用调质作为淬火前的预备热处理，可显著提高断裂韧度。调质工艺曲线见图3.

图3 调质工艺曲线图

2.3 淬火关键技术

淬火的目的是为了提高挤压工具的硬度，使其具有耐磨。淬火前应检查和消除刀痕等加工缺陷，对棱边进行倒圆角。淬火后需要进行三次回火，每次回火后应空冷到室温方可进行下一道回火工序。第三次回火温度低于第一次回火温度约10℃，保持时间可缩短20%～25%[5]。冷却介质应在淬火前半小时进行循环，保证零件冷却均匀，入油油温应控制在40～80℃.零件淬火后应及时装炉回火，停留时间不得超过半小时。淬火工艺曲线见图4.