铝型材挤压模具的开裂失效分析及其研究

摘要

铝型材挤压模具在高温、高压、高摩擦的环境中服役,承受着冷热疲劳和附加应力的作用,分流挢、工作带等工作部位易发生开裂等形式的早期失效,挤压模具寿命受到严重的挑战。
　　 本文选择H13钢挤压模具开裂失效严重的分流桥等工作部位进行研究,在采用金相组织观察、扫描电镜分析等物化实验的基础上,利用DEFORM-3D软件对铝型材挤压模具的工作过程进行了仿真模拟,结合挤压工艺进行正交实验设计,探讨了模具材料组织、模具结构和挤压温度、挤压速度、摩擦因子及模具预热温度对模具开裂失效的影响规律。研究结果表明:
　　 1.挤压模具的开裂性质主要为脆性开裂失效,断口的形貌特征表现为沿晶开裂和疲劳开裂的混合开裂。
　　 2.模具开裂与材料组织有关,模具内部存在碳化物偏析及Na、A1、Ca氧化物杂质是产生模具开裂失效的原因之一。
　　 3.模具开裂与模具结构有关,上模的分流桥结构形状复杂,存在应力集中隐患,该处最大应力值高达ll40MPa,超过H13钢材料许用极限易造成开裂失效。
　　 4.模具开裂与挤压工艺有关,当挤压温度500℃,挤压速度10mm/s,摩擦因子0.4,模具预热温度470℃时,最有利于避免模具发生开裂失效。
　　 5.优化工艺后,分流桥处的最大主应力下降40.78％,流速均方差SDV值减小95.42％,模具寿命及型材质量显著提高。
　　 本文深入研究了铝型材挤压模具H13钢开裂失效的原因及影响因素,并对挤压工艺进行了优化设计,为避免挤压模具发生开裂失效提供了理论参考。