不锈钢管挤压模按照结构特点可分为整体模和组合模两类。一般在较小吨位的挤压机上,对于较小外形的挤压模,采用较多的是整体模;而在大型挤压机上,较多地采用组合模。
图7-26所示为几种标准结构的整体模。按照挤压的型腔形状又可以分为平面模、锥形模、平锥模、双锥模、圆弧模(包括凸弧形模和凹弧形模)等。
试验研究指出,不锈钢管挤压模的入口锥角α=40°以上时,其工作寿命最长;但是,模子的入口锥角采用α=30°时,与挤压筒内衬壁相接触的过冷金属粒子陷入变形区的死角中,而导致挤压产品报废。因此,实际上挤压模的入口锥角都取α=25°~30°.据此,也有制作成带有双锥角的挤压模,即第一个人口锥角α1=25°,与变形区(死角)接触;第二个入口锥角α2=40°,与模子定径带相接。
挤压模的定径带宽度是一个重要的参数,如果过宽会增加挤压时的摩擦力,导致挤压模表面磨损严重,引起金属表面的黏着,影响挤压钢管的表面质量;过窄的定径带会导致挤压钢管的尺寸不稳定,并且不锈钢管容易弯曲,同时挤压模也容易磨损,降低了挤压模的使用寿命。因此,对于每一种材料应选定一种合理的定径带宽度。在生产实际中,挤压模定径带的宽度的确定,主要根据挤压成品管口径的大小和钢管的长短,一般取挤压钢管直径的8%~12%(不计模口圆弧倒角)。
观察不锈钢管挤压模使用时磨损的情况后发现,变形区附近的挤压模上层金属被挤压坯料金属揉皱。如果挤压金属聚积在工作带,则模孔直径将会减小。即便是模子进行镗孔后继续使用时,金属聚积现象仍会出现。所有这些,将导致在挤压所有材料时,模子入口部分的轮廓逐渐变形呈圆弧形。无论是对于平面模或者是锥形模都是如此。
挤压不锈钢管过程中,挤压模在定径带附近的磨损最为严重,因为模子工作温度不断上升,在结束挤压时温度达到850~700℃,从而降低了挤压模材料的表面硬度。
但是,如果挤压时的单位压力小,温度不高,则工具的温升不大,工具表面和边缘的揉皱现象不会发生。此时,磨损的表面表现为表面磨料的微磨损和定径带尺寸的改变。
因而,挤压模的塑性磨损导致了模孔孔径的减小,而挤压模孔径的增大,则意味着工具材料没有发生塑性变形。
从挤压模进口喇叭口到定径带的圆弧倒角半径为5~10mm,过小时金属变形激烈。而模后出口喇叭口锥角一般为6°~10°.挤压异形材时,其模垫也应做成相似形状,且倒角同上。
挤压模与变形金属接触的表面应做得十分光滑,以减小金属的变形阻力,保证制品表面光洁。其接触面的光洁度为7~8级。
挤压模表面应有足够的硬度。其材料应有足够的强度,防止挤压模过度磨损和引起开裂。一般整体模的硬度HRC约为48~52,如采用组合模时,其表面硬度可以更高。
不锈钢管挤压模的内孔直径应等于热状态下钢管的外径,即为冷状态下钢管外径加上冷收缩量。材料的热膨胀系数一般为1.012~1.015,则挤压模的内径d为:
d=(1.012~1.015)D 式中 D 挤压成品钢管外径,mm.
为了提高挤压模的利用率,挤压模模孔直径可稍小于热状态下钢管的外径,但不能小于直径的负公差值,则:
d=(1.012~1.015)D-Δ 式中 Δ-热挤压钢管直径的负公差值,mm.
挤压模的机加工精度要求:当d=50~100mm时,定径带的直径公差为 -0.1mm,当d>101mm时,为-0.2mm;偏心度公差不超过定径带直径的0.3%。