【正文】 高合金熱擠壓模具鋼的裂紋敏感性隨含碳量(超過 3%)的增加而增大。這是因為碳化物沉淀硬化的作用。鉻可降低臨界冷卻速度并增強了熱擠壓模具鋼的淬透性。另外，這些高合金的鉻鎢含量鋼對急劇的溫度變化是十分敏感的，并且在 400～600 度的工作溫度范圍內會發(fā)現(xiàn)明顯的脆化。隨著鉆的增加，其回火抗力增加，但當鉆的含量增加到 2%以上時會減緩鈷的沉淀硬化作用。如高純材料的采用，電弧二次重煤油或電渣溶煤油、澆包熔煉法的應用，等溫鍛造、真空熱處理、離子氮化處理和表面硬化處理等新技術新工藝的出現(xiàn)都大大改善了工模具材料的質量。最常用的是含碳量為 %～%的亞共析奧氏體合金鋼。目前，擠壓鋁合金多采用熱加工模具鋼。隨著熱處理新技術，特別是表面強化處理工藝的發(fā)展，工模具又出現(xiàn)了一種從高級材料(一般熱處理)、低級材料(表面強化處理)的發(fā)展趨勢。為了降低擠壓的總成本，除了提高模具質量，滿足工藝要求的情況下，應優(yōu)先選擇價格更低的材料。普通實心型材的平面摸，可選擇5CrNiMo或3Cr2W8V鋼制造；形狀復雜的特殊的型材摸（如帶筋壁板摸，變斷面型材摸等）和空心型材用舌型摸、平面分流組合摸等，必須選用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1鋼或更高級的材料來制造。裝在其中的模子、密封環(huán)和填充塊都要受到很大的壓力，故一般需要采用3Cr2W8V或H11～H13（美國）材料；而普通的反擠壓軸及配套件，可用5CrNiMo鋼制造。在擠壓工程中，當工藝條件變化時，工模具也應做相應的變化如氮氣冷卻擠壓用模具等應該使用良好的抗激冷激熱的材料來制造；正向無潤滑熱擠壓與潤滑擠壓時，模具材料的主要區(qū)別是前者應選擇耐磨性更高的、熱表面硬度和氮化性能更好的材料。模具材料的選擇與擠壓方法有很大關系，熱擠壓模具材料要求有高的熱強度和熱硬度、高的熱穩(wěn)定性和耐磨性等；而冷擠壓工模具必須在很高的壓力下工作，一般壓力可高達1500～2000MPa。擠壓圓棒和圓管時，采用中等強度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW等鋼材，或強度更低的鋼材（45號鋼）來制造工模具；而擠壓復雜形狀的空心型材和薄壁型材時，應選用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等較高的材料來制造工模具；對于形狀復雜的空心型材以及寬厚比大于50的扁寬薄壁型材和帶肋壁板型材，則選用更高級的模具材料；對于品種單一、專業(yè)化程度高、批量大和要求壁薄、精度高、表面優(yōu)良的民用建筑型材，則選用具有高強、高耐熱，耐磨、高抗蠕變且具有良好可氮化性能的鋼材（如日本選用AE31鋼）來制造模具。我國主要采用3Cr2W8V、4Cr2MoSiV4Cr5MoSiV鋼作為擠壓鋁合金的模具材料，選擇3Cr2W8V、4Cr5MoSiV5CrNiMo，5CrMnMo作為基本工具的材料。前蘇聯(lián)在擠壓鋁合金選擇工模具材料一般推薦采用эи383X2B8216。（1）被擠壓金屬或合金的性能。為了提高模具的使用壽命，降低生產(chǎn)的成本，提高產(chǎn)品的質量，應根據(jù)產(chǎn)品的批量大小、工模具的結構、形狀和大小、工作條件以及鋼材本身的熔煉、鍛造、加工和熱處理工藝性能，鋼材的價格和貨源等方面的情況，綜合權衡利弊，選擇經(jīng)濟而合理的工模具鋼材。即材料易熔煉、鍛造、加工和熱處理。（11）具有小的膨脹系數(shù)和良好的抗蠕變性能。即要求高的持久強度，防止過早疲勞破壞。能迅速的從工模具工作表面散發(fā)熱量，防止被擠壓工件和工模具本身產(chǎn)生局部過燒或過多的損失其力學強度?？垢邿釕涂怪构ぞ咴谶B續(xù)、反復、長時間使用中產(chǎn)生熱疲勞裂紋。以確保工具的整個斷面（特別是大型工模具的橫斷面）有高的且均勻的力學性能。即在長時間的高溫高壓和潤滑不良的情況下，表面有抵抗磨損的能力，特別是在擠壓鋁合金時，有抵抗金屬的“粘結”和磨損模具表面的能力。即在高溫下有高的抗氧化穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生氧化皮。（3）在常溫和高溫下具有高的沖擊韌性和斷裂韌值，以防止模具在應力條件下或沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。即在高溫（擠壓鋁合金的工作溫度為550℃在右）下，在抵抗機械負荷的能力（保持形狀的屈服強度以及避免破斷的強度和韌性），而不過早的（一般為550℃以下）產(chǎn)生退火和回火的現(xiàn)象。擠壓工模具一般在高比壓工作條件下工作，在擠壓鋁合金時，要求模具材料在常溫下σb大于1500MPa。根據(jù)擠壓模具的工作條件，可以確定材料所需的性能。根據(jù)模孔尺寸圖可以算得：l= ，所以是安全的。為了計算方便，可令a=b，其結果對模具厚度影響并不大，則公式可寫成: （）從公式中可看出，當比壓一定時，即擠壓機的壓力，擠壓筒直徑一定時，是定值。對于槽形模的突出部分，可以認為是一個受有均布載荷的懸壁梁，可按下式校核其危險斷面處的模子最小厚度hmin。在受力過大的情況下，模子會沿危險斷面破裂。 型材橫斷面面積:S型=擠壓筒(直徑 180mm)面積計算:S筒=πr2=(130/2)2π= mm2由公式（）得擠壓比λ= S筒/S型 =（7）模具外形尺寸根據(jù)擠壓筒內徑為180mm和考慮標準化問題，模具外徑取180mm，模具取厚度90mm，其中寬展模厚度取50，模子厚度取40mm。然后根據(jù)設備能力、擠壓方法、合金種類、組織性能要求及模孔數(shù)來確定擠壓比。的導流角導流模腔的各點應均勻圓滑過渡，表面光潔，以減少摩擦阻力[2]。一般來說導流模的輪廓尺寸應比型材的外形輪廓尺寸大6～15mm；導流孔的深度可取15～25mm，導流孔的入口最好做成3176。采用導流模擠壓可以增加坯料與型材的幾何相似性，便于控制金屬分配與流動：當擠壓型材壁厚差很大時能起調節(jié)金屬流速的作用，使壁薄、形狀復雜、難度大的型材容易成型。采用導流模擠壓鋁合金時，鑄錠墩粗后，首先通過導流模?？桩a(chǎn)生預變性，金屬進行第一次分配，形成與型材相似的坯料。特別是對于舌比大于3的散熱器型材及其他異常復雜的型材來說，采用普通型材模具無法擠壓生產(chǎn)時，采用導流模不僅能實現(xiàn)擠壓，而且可使模具使用壽命延長幾十倍。圖3—17梳子型模具模孔工作帶尺寸（4）摸孔空刀結構設計（a）散熱片尖空刀設計：由于散熱片尖部位很薄，其出料流速慢，且從大量模具生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)在出料時都是向上翹，如果散熱片尖處的空刀小就會堵模，所以應盡量加大散熱片尖部位的空刀，使散熱片尖部位不受到空刀位的阻力， 左右；（b）散熱片間空刀設計：齒間內側間距太小，為了盡量保證齒間模具鋼材的強度和硬度，盡量減小齒間空刀，～ ，；（c）散熱片根空刀設計：散熱片底部工作帶長度大，能夠承受較大的力，空刀要設計的稍大一些，以保證不會刮傷型材表面，影響型材外觀質量，～,（d）其他的外形部位如底板 將空刀設計成2mm。由模子中心起，每相距10mm (同心圓半徑)工作帶長度的增減數(shù)值可按表3—3所列數(shù)值進行確定表3—3?？坠ぷ鲙чL度增減值型材斷面壁厚/mm每相距10mm（同心圓半徑）工作帶長度增減值/mm（4）當型材壁厚不相同時，模孔工作帶長度的確定除應遵循上述規(guī)則外，還應按前述的公式()或()進行計算，然后還需依靠設計者的經(jīng)驗進行恰當確定。（2）與基準點相鄰區(qū)段的工作帶長度可為基準點的工作帶長度加上lmm。當采用單孔模擠壓時，可按單一同心圓規(guī)則來確定?？坠ぷ鲙чL度[21]，如圖3—16所示。一般而言，型材模子工作帶的最大長度不應超過15～25 mm，生產(chǎn)實際中，對鋁合金常用8～15mm。對于鋁合金來說，在實際生產(chǎn)中，一般根據(jù)型材的規(guī)格和擠壓機的噸位來確定工作帶的最小長度，見表3—2表3—2 ?？坠ぷ鲙ё钚￠L度值擠壓機能力/MN125503516～203～12?？坠ぷ鲙ё钚￠L度/mm5～104～83～6～5～3?？卓盏冻叽?mm32～2～作帶的最大長度按擠壓時金屬與?？坠ぷ鲙еg最大有效接觸長度來確定，當工作帶長度超過某一數(shù)值時，由于金屬流出?？缀蟮睦鋮s收縮而脫離工作帶的接觸，此時工作帶對于金屬不再起阻礙作用。用上述公式計算型材模孔各區(qū)段的工作帶長度時，應先給定一個區(qū)段的工作帶值作為計算的參考值(一般給定型材厚度最窄區(qū)段上的最小工作帶長度)。因此，模子中心區(qū)的工作帶長度應加長，以增加阻礙。由于上式計算比較繁瑣，在實際生產(chǎn)中一般采用更為簡便的計算方法，即根據(jù)壁厚的比值求工作帶的長度，工作帶長度的比值與厚度比成正比，即前面式（）。面積大小反映擠壓時流經(jīng)各區(qū)段之金屬分配情況，周長反映了摩擦力的分布，因此以上方法的本質就是根據(jù)金屬量的分配和摩擦力的大小來均衡金屬的流動速度。在設計時根據(jù)型材斷面各部分厚度差異，將其分成若干區(qū)段:Fl、FF…，如圖3—15所示：圖3—15 壁厚不等的T字型材斷面可按以下公式計算模孔工作帶長度： （）式中 ；S1，S2—分別為斷面F1和F2的周長；f1,f2—分別為斷面F1和F2處的面積。對于外形尺寸較小，對稱性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡單型材而言，模孔各部分的工作帶可取相等或基本相等的長度，依金屬種類、型材品種和形狀不同，一般可取2～8mm。圖3—14 梳子型模具?？壮叽纾?）工作帶長度設計工作帶是設計型材模具最重要的幾何參數(shù)之一，它直接影響著制品的質量，如刀彎、扭擰、波浪、麻點等缺陷幾乎都是由工作帶的設計與制造不合理引起的。但對于各部分壁厚相差懸殊，特別是對于遠離擠壓筒中心的薄壁部分，由于受到強烈拉力作用產(chǎn)生較大的非接觸變形而使壁厚變得更?。ǔ洳粷M），故薄壁處增加一定的裕量，對壁厚比較大的薄壁型材，由于中間部分流動較快，易產(chǎn)生非接觸變形而變薄，～。設計?？壮叽鐣r，影響模孔尺寸的因素有很多，主要有擠壓制品的材料、形狀、尺寸及其橫斷面的尺寸公差，制品和模具的熱膨脹系數(shù)，工作帶在載荷作用下產(chǎn)生的畸變，由于不均勻變形引起的拉縮變形，因金屬在流入?？讜r不能急轉彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時的斷面尺寸收縮等因素。如圖3—13所示。因為金屬的流動特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動快, 遠離中心逐漸減慢；型材壁厚越大, 即?？壮叽缭酱? 則金屬流動就越快。為了防止型材由于自重而產(chǎn)生扭擰和彎曲，應將型材大面朝下，增加型材的穩(wěn)定性(圖3—12d)圖3—12復雜不對稱單孔型材?？撞贾每傊?，單孔型材模孔的布置，應盡量保證型材各部分金屬流動均勻，在x軸上下方和y軸左右方的金屬供給量應盡可能相近，以改善擠壓條件，提高產(chǎn)品的質量，同時，也應考慮模具的強度和壽命，盡可能使用通用模具。同時，很難保證型材各個部位的流動速度均勻，還要制造通道移位的專用工藝設備(模墊、壓型嘴、導向裝置等) [1]。圖3—9軸對稱型材?？椎牟贾迷跀D壓橫斷面尺寸對于一個坐標軸相對稱的型材時，如果其緣板的厚度相等或彼此相差不大時，那么模孔的配置應使型材的對稱軸通過模子的一個坐標軸，而使型材斷面重心位于另一個坐標軸上，如圖3—10所示。橫斷面不對稱的型材，此種型材對稱性差。根據(jù)對于坐標軸的對稱程度可將型材分成三類:斷面對稱于兩個坐標軸的型材，此種型材對稱性好。為了保證模具的強度，應設計形狀和散熱器形狀相似的模墊和模具配合使用，強化模具強度。擠壓筒內徑為130mm. 圖3—8 梳子型散熱器產(chǎn)品截面圖 對于梳型散熱器這種復雜截面的型材，如果采用平面摸直接擠壓，很難生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而且極易是模具報廢。根據(jù)對此散熱器的結構分析，得知生產(chǎn)該散熱器所選用擠壓機噸位應不宜太大、擠壓筒比壓應適中，否則工作帶的懸臂容易，壓塌模具極容易破損。壁厚較懸殊，齒距小，懸臂大的散熱片，如果模具設計不合理，截面上各部分的金屬在擠出?？讜r就越容易以不同的速度流出，從而造成型材的扭擰、波浪、彎曲以及裂紋等缺陷而報廢，模具也極容易損壞。梳子型散熱器其截面圖如3—8所示。2）2]=104NF橋=42490=8640mmτ=Q橋/F橋=104247。（2）分流孔道抗剪應力的校核：τ=Q橋/F橋≤[τ] ()式中 Q橋—分流橋端面上所承受的總壓力，MN；F橋—分流橋受剪切的總面積，mm2；[τ]—模具材料在工作溫度下的許用剪切應力，[τ]=（～）[σb],對3Cr2W8V鋼在450～500℃時取[σb]=1000MPa；對4Cr5MoSiV1 鋼取[σb]=900MPa。（a）分流橋彎曲應力的校核（按兩端固定，均勻載荷的簡支梁計算，校對模子厚度 H）： ()式中 Hmin—分流橋的最小高度；l—分流橋的寬度（兩危險斷面之間的距離）；P—擠壓機最大的比壓，即單位壓力，MPa；[σb]—模具材料在工作溫度下的許用應力，在450～500℃下，對3Cr2W8V取[σb]=1000MPa；對 4Cr5MoSiV1取[σb]=900MPa。（13）模具強度的校核分流組合模在擠壓時承受載荷最不利的情況發(fā)生在分流孔和焊合室尚未進入金屬，以及金屬充滿分流孔和焊合室開始流出?？變蓚€時候，其主要破壞形式是：分流橋因受彎曲應力而被破壞和分流孔處在危險斷面被剪斷。擠壓比的公式如下：λ= S筒/S型 ()式中 λ—擠壓比；S筒—擠壓筒的橫截面積(mm2)；S型—型材橫斷面面積(mm2)。然后根據(jù)設備能力、擠壓方法、合金種類、制品質量要求、組織性能要求及模孔數(shù)來確定擠壓比。由于電火花加工放電腐蝕產(chǎn)生0～ 的間隙，導致空刀設計尺寸比實際模具的空刀尺寸要小，這個因素在設計空刀時也是要考慮的重要方面。合理地設計模孔空刀，既可以保證模具強度，又不至于出現(xiàn)劃傷和堵?，F(xiàn)象?？盏兜淖饔镁褪菫榱嗽诒M量減少對型材摩擦力的前提下，增加模具工作帶的強度和剛度。太陽花散熱片?？坠ぷ鲙чL度設計如圖3—7所示。為避免上述問題，這樣才能將齒根的工作帶過渡好[18]。根據(jù)實踐經(jīng)驗。齒底壁厚大，且位于擠壓筒中心位置，為阻礙該部位的金屬流速工作帶