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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 o, J% u- H7 A2 D& P( u关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
/ d6 g# k0 N/ f" A4 Q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
  d+ j' L" `/ m% x2 Q, s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、
; L7 r* \. Q' TPro/E 等先进设备和软件。
7 E; ~: a  |( x. c8 I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
: o* F! W) T$ Q: {4 f" ?0 L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
0 @- [9 }4 Z& j* G/ z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 4 J6 `( J$ c2 p# X4 T) {. O* k, R+ 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
: k2 E+ I* Z/ B& e/ R模的热处理做以简要介绍。
9 v7 x+ C, Y) W/ p6 z- l2 ~1 退火 , {- I" A7 i: }0 B) a8 m2 o. X" u/ W
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。 % y  p) F, N) Q1 g6 `* U4 d
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 6 C2 {! d# A4 q* I4 O1 p: ?4 ^
而去除内应力。 - B) I( @" U9 [4 a* i5 k1 z! F
(1)球化退火。 1 P, L1 [1 Y" m: q9 ^
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,
/ E: c7 a7 h5 i' w+ w" L: @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。 ! K9 T) e* K$ B2 r1 K
(2)去应力退火。 , Y/ n3 p9 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
( P. n/ w" Q) m, g' @9 g. p" c- @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。
, G' t9 k/ X* M; O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 / d: [+ p8 J8 |* a0 y0 Y
过程中不可缺少的重要工序。 8 C" a  p# q3 G; A
我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火: " X; z% t/ P% u, M. C) o
(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~   J. K5 }0 V. k9 a6 \: X0 T
10mm,进行第一次去应力退火。 ' L$ x. a% _' m% W- h
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 $ W; |7 w& \- Z( @
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。 ; Q* O* D  S! C: g/ p
2 淬火 2 F" t0 L. l- @9 q
设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。   b5 V2 G4 h8 r1 G) K, g
(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、
2 v1 }/ z+ d8 b, \5 Y5 h5 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
5 h% Z5 ]: c: _4 ~5 C$ |) a. h- r模在高温时因自重而引起的变形。
+ Z3 ^5 T/ _) p- K" r6 W(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 . [+ K/ A9 U0 i/ c$ _
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。 ! M5 E: m! _& I( J$ U
(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/ Y: l" }$ ]/ N  _' l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。 8 l& z) O, u3 d- e$ F" {# a

4 A/ z# M3 z7 ]图1 H13 真空淬火、回火工艺
% K3 O4 A; g+ A; I* U4 j$ _9 _时间(min) * \1 J8 _8 ]  X0 i- d: l% ?
图2 H13淬火硬度与保温时间关系 / M$ w  l" h( C4 L! w
(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 9 t$ ^; Y. Q. |% I( B' |
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
: P, A/ C. W3 U5 k5 _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 1 M  Y/ W! [" J3 `
却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。
9 J/ V* y6 F) M5 l. t3 回火
0 M# V& c. e" s: Q1 X+ c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 : K* M; g8 K! F0 ~
工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
( z1 D/ ?% L8 a& v: R+ P4 氮化处理
, c; k8 d. W! o& ~2 X% U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
- _1 o2 S( k+ {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。 7 F3 T9 u4 O5 Z2 V$ @6 ^, w
氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 ; Z2 D9 d  N8 r. @3 L# a
5 几点说明
8 H, n! a6 T) J: Q* m) v. T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
! }5 E7 ?4 a6 {6 I8 r: E; t' U! q(三次回火)  h+ x9 ~5 G, D; A0 r8 g& \
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 D1 t- c4 k, [1 S5 B. {
25毫米
. \* {2 H/ c* r5 z1 c& e: N5 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% x+ y- i5 |' b* d4 z) F. v) d
(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 ! g3 |& H, t& P6 J+ B; b
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。
" [% ?0 }( ~+ R  ~, h) v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 ! p. F& e* Y% q- ?  r' D
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。
2 y( M- `1 B  i( v8 s: j. r) l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 9 D- d  I5 S7 A. h( }
却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 $ {9 p" ^* _* z+ r/ }
(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。 , P, b: v* w$ T1 z! o4 y' o; P
第一种:一般压铸模。
2 q5 N, D8 ?! r7 \  [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
1 Y0 h' }4 P1 a7 Z+ [& i. c) |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。
  ?4 e/ ^5 x+ X5 }+ W! H6 Y. {* n第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 . G. k7 Q. D1 `3 U) K
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
3 u9 [- |, H3 Y6 Y→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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