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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。
6 o1 q/ i- @4 c关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
7 ?& n, t, y) u/ n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
- r# T* r( g0 \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、
1 N' @) j3 L( N6 v$ V1 B7 i$ a; KPro/E 等先进设备和软件。 9 t5 z( W2 u; \  ]
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
) ~! |0 l1 f9 e% V7 v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   h' W/ z: P# B: A$ g" E4 u
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 7 ?0 |7 A% ?9 R  M: C
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 0 F# _- ?* c. ^$ ?
模的热处理做以简要介绍。 / ?' \. o, x3 @% y
1 退火
+ `1 B) h- u4 E! [7 ^. G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 z' O) _% G! ]/ \
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 ; q  E9 o3 N% h" {7 x; a$ |9 h1 G
而去除内应力。 3 j, |, t9 u) J
(1)球化退火。
, k5 k9 N; I4 D/ ]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, 9 E* P! W% R8 t! U3 Y5 d
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。
/ ?6 _6 n* y$ V( Q4 R(2)去应力退火。
- f+ ^) n0 K- Z, u% o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
0 ]/ U. E# w3 Y3 t8 o8 O! Y% N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。 1 q( c) i! q8 g" q2 N& `
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 8 T. Y) e; r' i  S' N/ P
过程中不可缺少的重要工序。 & s5 z* j7 A8 G
我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火: 3 w! v/ t- s% [
(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~
) K9 j# H3 w3 d3 ^5 r9 ?* w: ]10mm,进行第一次去应力退火。 ( W+ P( ?, ]6 }% y0 J
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。
* `; O2 {; o( c) j(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 4 c; e) H+ D+ r  z
2 淬火
4 @6 ]/ d$ o; T8 ]设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。
9 X# |- }( B/ i* l8 s+ d: W/ a6 r(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、
, b6 O, B; ~5 s9 B: F5 S, V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 ! O+ z) Z% j4 `& G# v5 W) ^
模在高温时因自重而引起的变形。
5 b( Y/ J+ l# M1 N(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 & A% y5 d+ t8 K2 Z
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。
+ F- w2 [" S+ w1 z; N0 ]1 z+ t  f(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 / `- T3 H( S: S. S" O4 W* J2 {/ X
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。
* A- U9 L% }. ^( k% S$ N0 \& y$ v# L0 O1 P
图1 H13 真空淬火、回火工艺 ( t. P5 k  h7 t* @
时间(min)
" D/ C2 C6 A( X) `2 F! r; @$ R图2 H13淬火硬度与保温时间关系
0 v! Y, w6 P4 l3 [" L) u3 E# v(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 8 C% G( |) v; m3 G
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
0 D, E  X# A6 L1 }8 o7 w2 x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 ( R: Z. E% a# p5 d1 _. w" ^
却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。 - e3 o6 k9 [% s" X
3 回火
' O4 |5 X  W* e" }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 . `4 L2 |, d6 B' D/ {& i5 b+ D9 s
工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
# v3 h. x2 c' H4 氮化处理 8 V( |' n  L& e" F0 i
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 2 p3 S2 H) U0 N6 T9 B2 I+ V. j
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。
! Q3 u# m3 I/ b+ ^氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 7 H+ m& r* I; T
5 几点说明
; _) z. m# C  D' D. I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- O- L1 C  e. f. J
(三次回火)
* K& c5 o+ e7 X6 E! {# D3 n: J; E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/2 @( W4 D. z$ ?; X( z
25毫米, b  l6 U8 |4 ]# |
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
* E! k8 G* ?0 n(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
; `1 \" O. B  T/ o  L  i7 \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。
$ A( E# {7 e- a# @0 k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 ' x6 U7 r; t. P, S" T- w0 @4 R
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。 * j" k8 P' p5 z0 f/ t
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
/ w$ F/ \. x% N# p  z( O却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。
. V. I( C& O; ]" i(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。 7 q" e5 {# h% w' t/ G' s
第一种:一般压铸模。
# F) D9 r' W5 k' ~& L- O' J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 . f% y  y4 Q3 z* ]
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。 ! r1 G6 S: N, b
第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。
1 X3 ~" f# e0 F$ T# o2 p' V' h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
& K4 E5 |. w/ j( T→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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