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[分享] 压铸模零件的热处理

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发表于 2006-7-21 16:08:39 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国上海

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高压铸模的使用寿命。
/ i$ l3 c0 _/ N3 J关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火 4 z4 l" n! S" Y2 ]- ^
我厂是生产小型汽油机专业厂家,铝合金压铸模至关重要,每年大约有 50 套模具投产,年产各种压
& l1 ~  o2 b- g! |: C9 f2 A/ |铸件 160 余万件,近 300t。在模具设计制造过程中,我厂拥有加工中心、UG18、Cimatron 12.0、MDT4.0、
  V0 A: c9 X# i- BPro/E 等先进设备和软件。
) q& h  P/ Y; u/ @5 Z据统计,模具成本费用中,材料费占15%,加工费占80%,热处理费占5%。以前生产的压铸模
) s# g; }* G. ]( z寿命低,只有1~2万模次,严重影响了正常生产。通过综合分析,认为费用仅占5%的热处理是关键因
8 K, C/ }) _; W. w% g3 N' Z" f0 j素,起着决定的作用。为此,我们聘请了德国模具热处理专家来公司现场指导,历时半年,成功解决了压
) K' u  Q# u2 L! K2 Y) u3 h# x铸模零件的热处理问题。现在,用H13钢制作的压铸模的使用寿命已达到10万模次左右。下面就压铸
3 ~4 z5 v( M( G* m. ]: `0 T模的热处理做以简要介绍。 1 Z$ A  E! U- b9 z7 `
1 退火
6 M7 [  P9 G3 O" ~+ @包括锻造后的球化退火和模具制作过程中的去应力退火两部分。 2 w. h$ O3 X' ~* Q; g% q
其主要目的:在原材料阶段进行结晶组织的改良;方便加工而降低硬度;防止加工后变形和淬火裂纹
  l7 u# @7 o6 {6 [而去除内应力。
, m6 ]0 K8 d$ L5 w& U1 |(1)球化退火。 9 P3 q+ E# G7 n
模具钢经锻造后,钢的内部组织变成不稳定的结晶,硬度高切削困难,且此种状态的钢,内应力大, 5 B( g+ r- H% {/ h5 }; k
加工后容易变形和淬裂,机械性能差,为使碳化物结晶变成球化稳定组织须进行球化退火。 ; @& k+ y: V( V+ m# n( u+ z4 M
(2)去应力退火。
! [. p7 i( A4 A9 c" Y3 `: y3 s对有残留应力的模具钢进行机械加工,加工后会产生变形,如果机械加工后仍留有应力,则在淬火时
# y# ^% ^* A  k6 |. L3 s  G  h* Q% g会发生很大的变形或淬火裂纹。为防止这些问题发生,必须进行去应力退火。 ) K/ r. ?5 i# u/ Q, T. I" T
德国热处理专家反复强调了这一点,他所带来的德文资料也证明了在德国去应力退火工序是模具制造
: A0 j7 Y- u9 I$ G1 g过程中不可缺少的重要工序。
  s0 ~( R1 x8 D9 X3 w# K我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火:
1 K0 I/ K" j# h$ x$ Q: |(1)在切削掉原材料体积的1/3以上形状或对原材料厚度1/2深度加工时,加工余量留有5~
) v8 t# L4 J/ b) O8 q10mm,进行第一次去应力退火。 ! p( ^9 ?  `+ Y0 T1 ^
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 ; O2 N' H/ O$ t/ ^$ [
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 4 P: z* Q4 K) T  |
2 淬火 ( g+ D7 Q* K; j
设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。
; k/ D9 n# p6 S(1)淬火前:采用热平衡法,提高模具加热和冷却的整体一致性。对凡是影响到这一点的薄壁孔、
" u% X5 x9 ?4 e# H+ z. {/ y沟槽、型腔等,都要进行填充、封堵,尽量做到模具能均衡加热和冷却;同时,注意装炉方式,防止压铸
: E/ c* _8 o. Q8 }模在高温时因自重而引起的变形。 : m- e" h$ y/ n& _  f* s
(2)模具的加热:在加热过程中要缓慢加热(用200℃/h升温),并采用两级预热方式,防止 0 j7 p+ f  ?; `* M: \% m, D
快速升温造成模具内、外温差过大,引起过大的热应力,同时减小相变应力。
8 B$ G2 t# L/ }* }9 ](3)淬火温度与保温时间:要采用下限淬火加热温度,均热时间不宜过短或过长,一般由壁厚和硬 ' I2 a  h" P4 X3 a) f6 C
度来确定均热时间。H13钢淬火硬度与保温时间的关系曲线见图2。
7 |1 R* n9 g! i3 V! I/ v! I* i' e( e4 u7 I$ c6 e! B5 U" u
图1 H13 真空淬火、回火工艺
0 `9 @# J: P( u& ~时间(min) 7 O4 g4 f2 {. A9 C0 d
图2 H13淬火硬度与保温时间关系
( S% J& c4 ?7 Q  M(4)淬火冷却:采用预冷方式,并通过调节气压与风速,有效的控制冷却速度,使之最大限度地实
* N: E0 X7 `& B1 V4 h现理想冷却。即:预冷到850℃后,增大冷却速度,快速通过“C”曲线鼻部,模温在500℃以下则
3 b4 |) K5 y, ~逐渐降低冷却速度,到Ms点以下则采用近似等温转变的冷却方式,以最大限度地减少淬火变形。模具冷 " E& D) D: n( g7 o+ l) J
却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。 : r2 H; i$ t6 d% M$ d
3 回火
1 W' G+ w% T( _/ m1 s淬火的模具冷却到约100℃时,就要立即进行回火,以防止继续产生变形,甚至开裂。回火温度由
/ G2 A2 E# A; m工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
; E3 ~0 R( D* l4 氮化处理
+ R7 ?1 C2 q& |  p一般压铸模经淬火、回火(45~47HRC)后就能使用,但为了提高模具的耐磨性、抗蚀性和抗
: ], Y: H. l$ |  e' t氧化性,防止粘模,延长模具的寿命,必须进行氮化处理。氮化层深度一般为0.15~0.2mm。
0 `0 |" R% }* R# z- r0 e, C/ f氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 ( b3 _# d* S6 L9 w) d! |
5 几点说明
7 N" v! W# V$ T% L. I0 J) D文本框: 800~850℃文本框: 500~600℃文本框: 200℃/h文本框: 50~80分钟文本框: 1020℃文本框: 风冷文本框: 100℃开始回火文本框: 600~560℃文本框: (2~3)h
( q! ?3 g& u! _- ^/ W(三次回火); c- `4 }3 C  z
文本框: 空冷文本框: 温度文本框: 20分钟/25毫米文本框: 30分钟/
- q! s1 H7 c1 x! [8 \6 k25毫米4 ~* q* @" E6 L: L. @* m$ t- |# R9 A' E" c
文本框: 时间文本框: 58文本框: 56文本框: 54文本框: 52文本框: HRC文本框: 1 10 100 1000
5 _; G; P" c+ ^) \* W2 f- J(1)模具的热处理变形是由于相变应力、热应力的共同作用引起的,受多种因素影响。因此,在正
) V+ E+ x7 L6 ^3 y确选材的前提下,还要注意毛坯的锻造,要采用六面锻造的方法,反复镦拔。 ; j% j4 T& l5 u7 @" H5 ]( y
同时,在模具的设计阶段就必须注意,使壁厚尽量均匀(壁厚不均匀时要开工艺孔);对形状复杂的 , ?, w; u% ]% O% \
模具,要采用镶拼结构,而不采用整体结构;对有薄壁、尖角的模具,要采用圆角过渡和增大圆角半径。   T1 K0 @" ^) j
在热处理时要作好数据记录,长、宽、厚各方向上的变形量,热处理条件(装炉方式、加热温度、冷
" c, Z* e$ D6 O却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 5 l- O9 O6 }  A* I) g1 ^
(2)本单位的压铸模的加工一般有两种工艺流程,都是根据实际情况确定的。 ( G) O/ C6 w" R/ w" }
第一种:一般压铸模。 9 m7 n; V# R) C7 i3 a: h
锻打→球化退火→粗加工→第一次去应力退火(留有余量5~10mm)→粗加工→第二次去应力退 4 n9 h; |3 P3 B: P1 D
火(留有余量2~5mm)→精加工→第三次去应力退火(试模后、淬火前)→淬火→回火→钳修→氮化。 ' @, ?/ ~6 k! j/ }
第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 . g7 a6 C) g. G. s& k9 X% V) G* e  A
锻打→球化退火→粗加工→第一次去应力退火(留有余量5~10mm)→淬火→回火→机、电加工 ( N- W" u9 z3 H) v: V1 I! W5 s
→第二次去应力退火(留有余量2~5mm)→机、电加工→第三次去应力退火(试模后)→钳修→氮化。
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