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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 U' A! v4 m( v; M% G/ O关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火 , C1 C3 m7 `- b/ {+ k" V8 |
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 4 Z2 i. T- @  {9 L# M$ ^
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、
: h# k7 W* w' wPro/E 等先进设备和软件。 3 p/ [; N3 I* K6 i# v* z+ U' H
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
# S2 |: y) C( P/ U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   n# `9 |4 l0 ^/ N/ T( 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
$ P/ p, s; V# s1 p4 t3 p* 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 & p- U7 p/ j' Y$ k% U- X* m
模的热处理做以简要介绍。 4 S  q7 U1 e8 D0 [/ p
1 退火 # ~' _6 u+ T" 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。 8 q/ r8 d1 }/ t# `' z( [3 y
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 . y# e4 A+ y/ M+ s0 i# R
而去除内应力。 ; p& \! a( A5 m
(1)球化退火。
( |! a4 ~6 c8 H- o' U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 l( e5 M4 d# j# v
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。 ) A  ^4 ^, ~! C$ |0 N8 ]" i2 S
(2)去应力退火。
6 G+ X3 G0 q4 w0 c$ m1 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 z% \* L) U0 m  \' ~8 S/ m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。 9 `9 y$ P% p% d4 ^4 t; V2 a
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
# b8 }. u8 g6 A  R8 Z过程中不可缺少的重要工序。
0 n2 e( N0 U# |  V6 F我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火:
& u; @* d+ I0 ^; }* z$ G9 m2 \% F; }(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~
+ f7 y- ^6 j6 ^& \9 X10mm,进行第一次去应力退火。 . H& ~3 m& j; g* u# O/ `
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 2 Q4 x* @2 V; F) Q  m( C* z
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。
  D0 E& T: K! [: k# d2 淬火 ' J  Y. ?; ?& Q( N+ C
设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。 4 O8 R$ F7 R  [- E: [
(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、 " @, R# `4 z. y1 q" t! Q
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
& J/ {; V. j, N3 t模在高温时因自重而引起的变形。 " Y4 Y' x! U& N$ Y) W& G
(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 8 I& B( Z, u4 H9 B0 h7 b
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。 5 G3 y; |. A; ^( W; b: N+ 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
4 X% C. [: z7 }% U) @3 y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。
" R. ^; B" Q8 r3 L" B# `2 T: J6 ^# i' ^* |$ ~! J9 G1 O. Z
图1 H13 真空淬火、回火工艺
- y' ^$ F% d5 W时间(min) . x, q. r8 i2 P& B0 J2 s+ ]' E  I
图2 H13淬火硬度与保温时间关系
% L- n0 w: O5 b(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 $ e4 t4 Y% |  I7 H8 a. H) d
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 ) X/ W2 S7 d- [" T# B$ b
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
5 C7 u9 @# n9 s' B6 t却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。 ! Y: h5 }  B# r# a: S- K
3 回火
+ N( T4 t; w: |  q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 8 y5 Z( `' Q2 g7 k* k5 d5 T
工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
& L8 {4 D# s4 d' B. A4 氮化处理
/ K, `# s! F" \. H( b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 6 s8 H' e8 u4 w, y
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。 # f- \) r& A, c& L% a$ D4 G
氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。
- v% {8 t4 F& ^! P! x5 几点说明 5 M6 u8 [4 P6 C- }- w3 s9 t! P
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
' B4 Q7 k8 B% _( f(三次回火)! _  E/ L" N4 h% E8 n- Y( ^' ^1 `) y
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/" ]) V( J! U. P) i
25毫米% E( `5 z* r  [  l4 [7 ~# U( y
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
6 l+ L: f1 v, R; W4 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 ' d/ d7 g: q! h. k* f
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。 , n8 }5 M  `) c
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
% d* V: z* b8 _9 k6 \2 ]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。 9 M% z4 A+ m1 v7 t! L7 ^
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 % `. P" p4 D5 O1 z
却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 7 F% A( F% U* t3 O
(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。 8 s, p, W- V! W: J
第一种:一般压铸模。
% c) Q: S; U+ Z. O3 J2 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
. M3 u/ r" a- @8 `7 Z8 }& v4 ^: k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。
; ^6 F2 c0 [) y+ R& Q$ X+ ^2 W第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 ) q9 J' U4 e+ M) j
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
( h4 M& j( K1 l  _4 x- s; w9 Q→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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