現(xiàn)代的臥式管型材擠壓機上采用的擠壓模的結(jié)構(gòu),取決于擠壓機的形式和擠壓制品的種類。從經(jīng)濟性的角度來考量,采用組合式擠壓模應(yīng)是最為有利的選擇。不銹鋼管組合式擠壓模一般是由模環(huán)、模套、喇叭口和模座組成。圖7-28所示為簡裝型組合模。
對于最容易磨損的部分(模環(huán)),采用具有高耐熱性和高耐磨性的高合金鋼、耐熱合金或金屬陶瓷等材料制成,而對于套環(huán)則采用具有高韌性和高強度的鋼制作。
將模環(huán)裝入套環(huán)的方法可以有兩種:一種是緊固配合,另一種是無緊固配合。
模環(huán)與套環(huán)的無緊固配合,是借助于可拆換模環(huán)的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),即模環(huán)與套環(huán)的固定是采用彈簧剪切環(huán)的緊固方法達到(圖7-29),在模環(huán)和套環(huán)的裝配時錐形連接是必需的。因為錐形連接可以保證模環(huán)從套環(huán)中順利地取出,以及避免了在擠壓過程中由于徑向力而引起的開裂。每次擠壓后,模環(huán)和壓余一起推出,在專門的壓力機上容易地把模環(huán)從壓余上取下。并且,在擠壓過程中可由10~16個模環(huán)組成一組輪流使用。
模環(huán)和套環(huán)的緊固配合,是采用熱壓配合的方法來實現(xiàn),即將帶有等于其外徑的0.10%~0.15%過盈量的模環(huán)以熱裝配的方式裝入套環(huán)內(nèi)(圖7-30),以一定的過盈量采用熱裝配的方法壓裝而成的組合模,在模環(huán)的外表面和套環(huán)的內(nèi)表面層之間,存在著一定的預(yù)應(yīng)力。擠壓時,在承受高單位壓力的模環(huán)上,從相反的方向上施加預(yù)應(yīng)力,有利于擠壓制品精度和擠壓模使用壽命的提高。實踐證明,采用MTZ合金模環(huán)的組合模的使用成本,要比使用一般擠壓模降低了30%~40%。
在不銹鋼管的擠壓中,比較普遍地采用以3Cr2W8V熱模鋼制成的模環(huán),其硬度達到40,所必需的回火溫度約為650~660℃,回火時間為2h。
為了封閉擠壓筒,將擠壓模的外圓錐和擠壓筒內(nèi)襯的相應(yīng)部分加工成帶15°~30°傾角的圓錐形。
對用于較輕擠壓工藝條件下的模環(huán)、套環(huán)、支承環(huán)等組合模的零件和可拆換模環(huán)結(jié)構(gòu)的組合模,可以采用45Cr3W3MoVSi和3Cr2W8V鋼來制造,前者比后者的熱穩(wěn)定溫度要高出20~30℃.
在擠壓高變形抗力的鋼管時,需要采用具有更高熱穩(wěn)定性能的材料制造的工具。研究了含W17%~19%、Co 15%的特殊鋼如 X20CrCoWMo1010(德)的熱穩(wěn)定溫度達740℃,模子的使用壽命比3Cr2W8V提高1.0~1.5倍。并且還推廣使用再結(jié)晶溫度下強化變形的X50NiCrWV1313(德)奧氏體鋼制作擠壓工模具。航空工業(yè)及噴氣技術(shù)的發(fā)展,需要采用特殊的鎳基熱強鋼管。這種鋼管擠壓時,由于高的變形程度引起模環(huán)的嚴(yán)重磨損,以致于1個3Cr2W8V模環(huán)只能擠壓1支鋼管后就破壞不能再用,且鋼管的表面質(zhì)量還不能得到保證。為此,采用了高強度的鎳基合金模環(huán)。其最合適的硬度HRC為38~43.鎳基合金模環(huán)由于加工困難,所以采用精密澆鑄的方法先制作毛坯,再通過極小的加工余量機加工出成品。其合金牌號為U86和U919(俄)。采用鈷基合金制作的模環(huán),使用壽命也很高,但因成本高、加工難而受到限制。
尼科波爾南方鋼管廠在擠壓不銹鋼管及型材時,試驗了采用MTZW合金的模環(huán),獲得了滿意的結(jié)果。
MTZW 合金模環(huán)擠壓20號鋼,延伸系數(shù)為25,模環(huán)壽命為650次/只。在高溫條件下比較熱模鋼、鎳基合金和鉬基合金的力學(xué)性能(圖7-31)表明,隨著溫度的增高,合金的性能產(chǎn)生了復(fù)雜的軟化。
鉬合金具有不高的原始強度,但在1100~1200℃溫度下保持了相當(dāng)高的σb值。
擠壓鉬合金制品時,含有氧化鋁陶瓷的材料22CrSi模環(huán)得到應(yīng)用,其可以在高達1600~1700℃的坯料加熱溫度下,擠壓15支以上的鉬合金制品,同時,擠壓制品的高表面質(zhì)量和幾何尺寸的高精度也得到保證。
利用穩(wěn)定的二氧化鋯通過擠壓并隨后壓縮的方法制造的整體的礦物陶瓷環(huán),由于使用時排除了玻璃潤滑劑的必要性,而且在一系列的情況下變形金屬不會黏結(jié)在模環(huán)上,具有很高的使用壽命,從而引起了業(yè)界的關(guān)注。
用于擠壓工模具鋼的熱處理制度,應(yīng)保證制品最高的熱穩(wěn)定性。為此,淬火的加熱溫度應(yīng)該取最高溫度,目的是使固溶體最完全地合金化。由3Cr2W8V鋼制造的模環(huán)的淬火溫度應(yīng)提高到1150℃(超過1080℃),這樣,當(dāng)擠壓碳素鋼管時,其使用壽命提高了10%~15%.當(dāng)擠壓長7~8m的碳素鋼管時,平均使用壽命約為35~40支/只;當(dāng)擠壓不銹鋼管時,使用壽命平均約為20~25支/只。通常模環(huán)重車使用率可以達到2~3倍。
采用Эи876A和Эи929M合金(俄)制造的模環(huán)的使用壽命,當(dāng)擠壓鎳基合金管時約為10~15支/只,而當(dāng)擠壓難熔合金管時約為2~3支/只。
模環(huán)的制造方法:一般的圓孔環(huán)最經(jīng)濟的方法應(yīng)是整體坯料的離心澆鑄,對型孔環(huán)采用蠟?zāi)>荑T造。在這種情況下,機械加工量最低,并且廢料可以多次利用。
應(yīng)該指出,采用蠟?zāi)hT造型材模環(huán)時,允許型孔(模芯)不留余量。因此,應(yīng)在防止脫碳和氧化的條件下進行熱處理。
潤滑劑的質(zhì)量對模環(huán)的使用壽命有重要的影響,擠壓時應(yīng)采用摩擦系數(shù)最小、不會造成不銹鋼管和工具直接接觸的潤滑劑。
對于緊固配合的組合模,為了提高工具鋼模子的使用壽命,可以將難熔氧化物Al2O3、Zr2O等噴涂到模環(huán)工作部分上。采用噴涂方法的缺點是:涂層與基體金屬的附著力不強,以及對于小直徑的模環(huán)噴涂比較困難。但是,每支不銹鋼管擠壓后模環(huán)就進行噴涂,結(jié)果是擠壓鋼管的表面質(zhì)量很好。所以,也有一些廠家使用這一工藝,特別是在擠壓精密的異形材和難熔金屬的制品時,這種方法還應(yīng)用得不少。
對于制造模環(huán)所采用材料的分析指出:材料的成分趨向于多元化,其目的是力求提高材料的熱穩(wěn)定性,并以此提高其耐熱磨性;但同時應(yīng)估計到,不適當(dāng)?shù)亟档蛯?dǎo)熱性(鉬合金除外)會惡化材料的工藝性能和加工性能。導(dǎo)熱性的降低將促使金屬模環(huán)接觸表面層受熱溫度的升高和減少由高合金所得到的好處,為此,當(dāng)必須得到一定的表面質(zhì)量和很長的擠壓產(chǎn)品時,采用高合金鋼和合金模環(huán)是合算的。