压铸模零件的热处理

lutao0808

高压铸模的使用寿命。
关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
- q) q% Z% p6 u. n5 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
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、
Pro／E 等先进设备和软件。
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
5 t4 Y/ d% q2 \, b+ b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
7 y5 B' v2 D. s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
8 I! w7 _: u9 T, I- y# H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
8 V+ q# R) g7 i( p3 ~) H4 u- ]模的热处理做以简要介绍。
4 U7 J: W! `" t0 x5 s" I１ 退火
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。
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
; S9 G. f6 {% \0 ~% p而去除内应力。
- i' q9 ?, U& @+ y3 r4 x（１）球化退火。
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，
1 u3 ?; S2 {" D) d: X8 R+ I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。
) D6 R' o: N7 ^, [) a2 a; m（２）去应力退火。
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
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。
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
3 d9 f& }, L  H6 R4 f过程中不可缺少的重要工序。
. |  a4 K% [8 D: a, G4 T- a7 f" ~1 A我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火：
（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～
8 v9 g7 I6 z0 c3 a１０ｍｍ，进行第一次去应力退火。
（２）在精加工留有余量（２～５ｍｍ）时，进行第二次去应力退火。
+ H3 o  x, Q7 X, X（３）在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
２ 淬火
# R) j& ~. D+ N. F6 @) ~$ b设备为高压高流率真空气淬炉，真空淬火工艺见图１。
- K$ t4 M9 L( s6 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、
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* [9 k& f3 F5 M1 N! G模在高温时因自重而引起的变形。
5 }- ~4 X1 K$ ]- o8 a" K! U（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
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。
( v4 e& v: d" Q* ], 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
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。
) n( \; c5 m0 u  k6 F
8 I. D0 A% V6 P9 S- n图１ H13 真空淬火、回火工艺
时间（min）
图２ Ｈ１３淬火硬度与保温时间关系
. }  A( P; L4 M/ C7 @4 P3 K# S（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
) B: x! j+ L: H4 ~5 y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
9 ~. B2 D8 {: i: p3 N! F, o9 K2 d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
8 M/ X/ Q6 G# r( M0 S# |. @" j. q# A/ k却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
３ 回火
. v' l! R# J% W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
工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
* b5 G) B: k9 Z, k) j3 `４ 氮化处理
  k! |. R% H) f9 X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
4 R- u, p2 C7 ^. y1 D# l  r/ v/ G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。
氮化后需要打光，磨去白亮层（厚约０．０１ｍｍ左右）。
' ^% _8 ]: I2 b0 e- x５ 几点说明
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
& w% o; K$ }3 T9 ?. o  z（三次回火）
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/
( B. @5 V4 W1 d3 u2 Z25毫米
6 V+ X/ P& t9 ~5 g/ S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
（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
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。
3 \# x. D5 f5 }* |6 X5 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
; C' I: k, ^/ U" x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。
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
却速度、硬度等），为日后模具的热处理积累经验。
（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。
! f5 O- e+ o& j+ Q  U第一种：一般压铸模。
& _6 ^; s% N/ Q' z0 S# S- M4 x! d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
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。
) Y& ]! ^% y/ P4 j3 F1 @* T2 O- O+ Y第二种：特别复杂的及淬火很易变形的模具。
. C2 m: [6 X+ q7 ]9 W, o; p! Y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
→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。