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高压铸模的使用寿命。 9 T1 a! a3 {) m5 Q. `3 W3 b
关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
. u# G: {, a0 J. E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
8 k3 X/ ]0 x) e' I7 p/ R+ I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、
0 i! u8 _- W. G. f! Q/ w! yPro/E 等先进设备和软件。
A/ ]9 a8 [+ r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 , a7 P) T9 M6 l: q5 V4 \( E
寿命低,只有1~2万模次,严重影响了正常生产。通过综合分析,认为费用仅占5%的热处理是关键因 2 T& Y' m2 d7 p# h* K7 Q. N% _) v
素,起着决定的作用。为此,我们聘请了德国模具热处理专家来公司现场指导,历时半年,成功解决了压
9 n# V& b: j: t* v$ B8 |铸模零件的热处理问题。现在,用H13钢制作的压铸模的使用寿命已达到10万模次左右。下面就压铸
. \: }2 b: U0 I# y模的热处理做以简要介绍。
/ @7 A) E0 K, E. B& [/ O1 退火 0 @* s3 R. F% t: ~
包括锻造后的球化退火和模具制作过程中的去应力退火两部分。 7 \) i% U! M7 U9 V% U% A! c+ i: |
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 9 O5 ?$ ]# E. R2 R
而去除内应力。 , h& Y; [: S" d3 ]2 Y
(1)球化退火。
0 A: h* K6 C' D' I9 i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,
; H6 s% \6 X2 E, n( b0 X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。 ! g( z" R7 P* R# v- ~
(2)去应力退火。
9 _- B- ^' o" D, b' v( K q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 + I @6 R: U% f2 |( F
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 l% G' {1 c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
9 q( X3 f3 W8 p) Z- Q8 D1 q! s过程中不可缺少的重要工序。
% D7 Y1 [1 a% ]3 c8 |2 V' B我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火: # E8 _# @' @. 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~
& ~ q$ q# x1 _2 _1 l10mm,进行第一次去应力退火。
! j, P, O" k/ e( V& d, G' \(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 ; m* S5 k9 P/ ~/ u0 K5 e6 x, M8 N
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 : T8 Y7 P6 _# C3 O0 ^
2 淬火
+ y7 G! c" V: E设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。 % v; y7 j+ W7 G2 J3 p# a* t* u4 K! w( v
(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、 ( f3 W" d$ n% V+ Y9 F
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
, S. I& B3 }# o* J" Z( `模在高温时因自重而引起的变形。
8 H4 e g9 g5 x/ o! K; r9 ~(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 , r& u! | P2 x( ~* g/ n% M
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。 + I' u8 f! s0 f8 |4 [. Y
(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
( Z1 W7 k+ ?: \' ]8 t4 H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。
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图1 H13 真空淬火、回火工艺
( u, ]0 p" O8 o; q( M3 M% v( m时间(min)
z+ U3 g6 W9 B图2 H13淬火硬度与保温时间关系 0 R- r, X& `/ m4 @' f
(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
6 p3 n+ z, _3 N! o( s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
5 ^9 I h- X7 ]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
9 M- `/ J, i3 d- E# e+ J9 M5 Y! r却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。 : \ z" k6 `2 ~, Y
3 回火 6 B0 q$ r- `, U: m' ?0 ~( F
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
% i; b( b/ L0 d, R, \1 f: Y工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
! t6 }# q, s5 G: ~( x0 Z4 氮化处理 9 w6 @5 f. O3 R4 k8 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
' H6 }* t2 |% ^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。 . B; _& a, I4 C
氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。
7 r. _( H- ^! X9 Y( o5 几点说明
3 x; x3 F* @6 ]" O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. g; S8 X1 x2 C* Q' ~
(三次回火); `$ ? m' V. p# a7 ~
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/8 W8 s2 q5 s6 [* m6 f" x% y0 F9 W
25毫米
9 m. E2 C5 H/ B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
3 u# E$ S) _& ]7 D: H. K(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 : j [+ u1 n4 I. N+ \
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。
# @* n. G1 k+ P& P9 V Z' P9 [. G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 ; Q& k8 G+ G4 m1 Y+ K ~
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。
. A) X# o( H+ s: {7 {' I' C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 ' V9 a: N' |: Y: w' W
却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 9 ~/ Q3 J+ h" ^
(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。 1 g7 X# y0 b8 D& V, y- t
第一种:一般压铸模。
6 ^2 _4 |4 E' y* M- B5 l6 K5 i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 8 L6 j5 i: t+ _ M: g
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。 3 G3 g* i& h; u; O5 n7 y
第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。
0 W1 N- W2 c$ B- G) f( u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 7 [' a" t8 g; d1 X. X ?' Z
→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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