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铝合金挤压模具报废后再利用的研究

合金挤压模具报废后的再利用研究

毛一凡、赵毛米、姜小龙、赵彬彬、班米边、凌妙然

(吉利百矿集团有限公司,百色)

摘要:本文介绍了一种“废模具+嵌块”工艺,可以达到报废模具再利用的目的。 废旧模具的改造是通过报废模具的筛选、退火处理、机械加工、淬火+回火处理等一整套工艺操作来实现的。预埋块是模具中体积小、易于加工的一部分,并有工作带。 修改后的模具与预埋块相匹配即可形成一套完整的模具。 现场生产使用表明,废模具+预埋块的模式具有降低生产成本、快速更换、方便蚀刻和清洗等优点。

关键词:铝挤压; 模具报废; 嵌入块; 重用

0 前言

近年来,世界铝挤压材料产量稳步增长。 据不完全统计,全球已装备铝挤压机8000多台。 铝挤压材料年产量约80%集中在中国、日本、美国。 尤其是中国产量占世界总产量近70%,位居第一。 表1列出了2016-2018年全球及主要铝挤压材料生产国的产量。

表1 2016-2018年全球及主要铝挤压材料生产国产量/万吨

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*数据来源:《2018年有色金属市场发展报告》,安泰科咨询研究部,2019年1月。

随着社会经济的发展,人们的物质需求逐渐向多元化、个性化方向发展。 为了适应市场需求,铝合金型材的生产逐渐由原来的大批量、单一规格的生产模式向小批量、多规格的方向转变。 模具是铝合金挤压材料生产过程中传递挤压力和挤压变形的关键部件。 也是生产过程中占生产成本最大的消耗材料。 模具因其结构复杂、尺寸精度高、工作和使用过程中受力状态复杂,其质量直接影响产品的形状、尺寸、表面质量和内部结构[1-2]。 提高模具利用率是铝挤压企业降本增效的最有效途径之一。 造成铝合金挤压模具失效的原因有很多,包括模具设计、模具材料、制造加工、热处理、表面处理、挤压技术、模具修复以及模具的科学管理等[3]。 因此,大量文献针对模具失效的原因提出了许多改进方案,以提高模具的寿命,但很少提及报废模具的再利用。

我国铝挤压模具技术虽然取得了长足进步,但与国际先进水平仍有一定差距。 在我国铝挤压行业,一次性模具安装的平均成功率只有50%左右。 模具的使用寿命普遍较低,仅为国际先进水平的1/3左右[4、5]。 究其原因,是我国铝合金挤压模具的结构设计、制造和表面处理技术存在不足。 随着生产的进行,会产生大量的报废模具。 对此,本文提出了一种对报废铝合金挤压模具进行再利用的方法,从而降低生产成本。

1 废模具再利用流程 1.1 废模具的选择

选择报废模具的原则如下:(1)所选报废模具的尺寸应尽可能接近改型模具的设计尺寸,以便尽可能减少改型的加工量; (2)所选择的报废模具应是型腔比较简单的报废平模。 一般情况下,不选用分流模具,因为分流模具型腔复杂废铝合金回收处理及再利用成套技术 价值和影响,加工量大; (3)优先考虑符合要求的原成套报废模具,因为原成套模具可以节省后续的装配和加工工作。

本文所例举的报废模具是型腔布局简单的平板模具。 其外形尺寸为:导流Φ600mm×150mm,模具面Φ600mm×100mm废铝合金回收处理及再利用成套技术 价值和影响,模垫Φ600mm×100mm。 模具型腔最大外接圆直径为302.1毫米。 满足后续改造要求。 报废的模具如图1所示。

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图1 报废平模示意图

新模具交付用于挤压生产时的硬度一般在洛氏硬度HRC 46至50之间。使用和报废后,其硬度值往往变化不大。 机械加工设备只适合在这种硬度的模具上进行小批量模具修复,不利于大批量切削。 因此,选定的报废模具需要进行退火,将硬度降低到合适的加工范围。 为后续加工做好准备。 退火工艺曲线如图2所示。工艺流程为:快速升温至860~890℃→860~890℃保温2小时→降温至740~760℃→740~760℃保温2小时4小时→炉冷至500℃出料。

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图2 模具退火工艺流程图

退火后报废的模具要进行机械加工。 各模具修改前后的对比如图3所示。由于报废模具的外形尺寸已满足要求,因此本次加工仅切割模具型腔尺寸。 修改后的模具型腔尺寸如图4所示。

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图3 模具修改前后对应图

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图4 模具内型腔尺寸

1.2模具热处理

改造后的模具将进行“淬火+回火”操作,使热处理后模具的硬度达到HRC 46~48,以满足生产需要。 淬火和回火工艺如表2和表3所示。回火工艺为三次回火工艺。 如果第二次回火达到硬度要求,则无需进行第三次回火。

表2 淬火工艺

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表3 回火工艺

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1.3 模具匹配

改装后的模具不能单独作为模具机使用,而需要与预埋块配合,实现报废模具的再利用。 预埋块与报废模具之间的装配和定位是通过预埋块侧面的定位销进行的。 对于传统截面简单的实心工业型材,如果每个规格都制造一套完整的模具,生产成本会相对较高。 通过报废模具+内置块的形式,将大大降低生产成本,并且报废模具可以通用。 图5显示了共用一个报废模具的两种规格的圆棒型材的简单形式。

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图5 报废模具示例

2 报废模具的优点

本文提出的报废模具再利用方法已投入实际生产。 经过对实际生产数据的统计,得出该方法具有以下三个优点:

(1)降低生产成本。 废弃、闲置的模具通过改造重新利用。 在上面的例子中,一套圆钢模具只需制造一个内块即可满足生产要求,无需投资为每种规格型材制造一套完整的模具。 生产成本显着降低。 表4为废旧改型模具+预埋块与成套模具投资对比。 如果整套模具外包,投资成本会更大。

表4 废旧改造模具+预埋块与成套模具投资对比

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(2)快速更换。 铝合金型材的生产由原来的大批量、单一规格的生产模式逐步转变为小批量、多规格的发展模式。 这种趋势决定了模具必须满足机器快速生产的要求。 废模具+内置块组合,挤压机卸载后即可拆卸。 然后可以将废模具与另一个插入块组装起来,以安排下一台机器的装载。 废模具和改装模具用途极其广泛。 3至5套废旧及改型模具可快速更换并上机一系列多种规格的型材。 图6为报废模具在实际生产中的利用示例。

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图6 废模具产生实例

(3)模具易于清洗。 从机器上拆卸下来的报废模具一般不需要蚀刻和清洗,只有预埋块需要蚀刻和清洗。 与整套模具相比,预埋块占用的蚀刻和清洗空间较小,便于蚀刻和清洗工作。 不仅可以减少蚀刻和清洗工作量,提高生产效率,而且可以节省烧碱或液碱的用量,进一步降低生产成本。

3 结论

模具是挤压生产过程中占生产成本最大的消耗品。 铝挤压企业通过延长模具寿命来达到降低生产成本、提高生产效率的目的。 当模具出现故障时,就会成为公司积压的材料或者以很低的价格出售。 与普通成套模具相比,本文介绍的废旧模具改造再利用方法具有生产成本较低、更换快速、蚀刻清洗方便等优点。 符合小批量、多规格、快速机器生产的发展趋势。 废模具再利用的关键要素是废模具的选择、退火、机加工、热处理以及与嵌块的匹配。

实际生产应用结果证明,本文所述的报废模具再利用方法是处理部分报废模具的较好办法,具有一定的应用和推广价值。

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