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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。
. _2 Z( p" G: g: B3 b8 N. {$ B关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
7 `! t4 g# x& o4 w5 i! }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 2 ^! h  G: S2 J; w* G1 s% c2 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、
& M6 C* N$ x' `, H& I; }; cPro/E 等先进设备和软件。
8 ^# `! d4 J* ?/ J- K1 L3 V: p) y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 - d( P0 C: y3 O) y7 C
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
; Y2 W+ G: o) X6 E" [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 # I% n  f5 ^4 a: ^4 |
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 e8 ~: I: C" O. q模的热处理做以简要介绍。 0 Y' J; T6 }& i& V# s& i& S
1 退火 2 q( g. j3 Z# [, l6 i
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。
$ m9 o7 S3 D+ e$ D" ?' j5 A, @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 . D# `1 R% |- z. }1 m  o5 S
而去除内应力。
. y! K' S8 t) _7 v5 v0 C6 |(1)球化退火。 ; ?/ q4 ]5 C" J
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, $ T: [7 }( u  s' W3 \! B* c1 E
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。
( M1 [6 l. b4 }4 V4 j1 t(2)去应力退火。
0 P. w% G5 Q8 a6 E9 }/ N6 f' N. @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
8 t; N& g0 O! U4 L+ 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。 5 }, ~8 g4 D- ~( {
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
' r  f* L0 W! ]过程中不可缺少的重要工序。
! a, B4 y. V0 s5 G我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火: 1 ^. b8 n0 g2 d7 W
(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~ 7 o. _; ^3 d8 q. M$ l
10mm,进行第一次去应力退火。
0 R+ m' `8 @. h7 `(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。
8 Q6 T( W! i  Y: T8 M6 E(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 1 h- `! v4 t" Q3 X
2 淬火 0 x) f% o) p# w8 j' k. e, ?5 F
设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。
2 f: _! w0 `% H' m(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、 9 c2 [  L3 @! n4 }' U
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 2 D. ]$ F3 K, h; X/ {
模在高温时因自重而引起的变形。 1 O8 m" Y+ D. t& e" `
(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 & B  m  G$ H: }; V" L
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。 & k2 J3 W; Y2 {6 S& P8 |. e
(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 & E; x3 G' W" e. F$ M6 t
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。
6 [3 N0 G' N' t8 s
8 ]% R4 Q* T" N$ g. z6 v& Q图1 H13 真空淬火、回火工艺 4 M$ f1 h- f; ~2 H+ C, [! e
时间(min)
" A1 ?" b) L8 S% B! a3 \7 w图2 H13淬火硬度与保温时间关系
# n" A# ~/ `0 i0 X4 R, {0 O(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
) |: X6 b) z1 i1 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 y4 t' D. f8 u; g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 " ~# K4 F  q! F+ E  \5 T
却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。
; M$ N8 j5 @- P  y4 X/ C3 回火
6 K, I% m; u! |# t* 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 ; {1 q- _& o5 r7 N+ o
工作硬度来确定,一般要进行三次回火。 ( [5 d# R" x' D" V% O0 l
4 氮化处理 * B% x7 L: H' f7 G
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
* c: n4 s- c) R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。   \) N7 h! M8 p1 h2 o# o# `% J
氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 5 z1 j/ i7 g, X$ O+ d1 ?
5 几点说明   |9 K2 W9 V8 |2 Z/ C2 z+ N
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
1 A! U4 L9 o$ }9 ](三次回火)1 Q8 P: u  H: q- p; T2 r
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/4 Z" t3 w, U) H2 G
25毫米
$ C9 X: K3 q7 F8 A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
+ d9 f. U, Y* m- i(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
8 g4 Q1 M) _  @  q2 y9 d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。 9 q0 `; c9 H8 z0 q) V& F
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 $ f$ m0 d* Z# B( |4 C1 `9 W, q
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。 6 g1 y# N/ ?$ S0 x# ^/ i: V% V
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
- a. F( t& V( {# R1 }+ ]2 E9 a却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。
- h9 K# N  {7 e5 c- }(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。 0 y. r# G& t& f6 A# _
第一种:一般压铸模。 0 ?+ x$ d3 I" D8 m2 s9 W
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 9 s5 o" o' F. M8 n4 {# x5 n
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。
* ?$ G7 l4 a" V5 ~! u第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 ! d; a2 {9 A$ r5 o6 |9 s
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 9 S9 e0 c# e5 s6 [- h1 l
→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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