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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。
! f( u" E) t$ F% u) e: g& E关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火 5 j% s3 t# |$ g; l% G& h( p- x
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 3 M: t" {! X2 l* ^
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、
; I; S+ S0 k  q8 |% A! i- N0 dPro/E 等先进设备和软件。 $ V' S! X+ U. N8 G. T6 u
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 + U+ B( c8 D  J5 R2 g& G- Y
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 - [1 S* v! Q# ]. W7 w0 Y2 T2 N" G
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
: [  ?  f3 f# y" F4 w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
% D# A5 Y. g/ v模的热处理做以简要介绍。 9 j& w! K* t; ?5 {9 M
1 退火 9 l  v) Q1 g5 V$ a# n9 D
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。
5 p/ S0 k1 S- c4 q+ t) a# L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 N9 X# Z: G, l2 p
而去除内应力。 / B+ ]9 s# Y# a: {$ A- O1 \0 ]) ^
(1)球化退火。
5 T9 S  x2 r9 _% r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,
0 a7 J: P' _; p# X" 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。
) P; z0 W+ [$ X1 V(2)去应力退火。 2 L* U  Q3 Z2 J0 `
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
" N; ]) ?* y/ y4 t/ {3 b9 Y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。
+ U6 o; D* C% ^5 X7 N. |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
2 k( ~$ a( X/ T2 n2 ^' B2 ^过程中不可缺少的重要工序。 8 Z4 K+ E' o& {4 h* I! X
我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火: ; S) z) u& u9 ^( N! B- R
(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! L, p9 `  n
10mm,进行第一次去应力退火。 9 z  n) F8 R( v) ]
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 - Q% N9 ?# w# F7 `: v$ ^" s+ D
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。
0 B5 i1 q4 K. e$ `2 淬火 . G; j" A3 s7 m- c+ B' F5 H0 L) w
设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。 - \' V: d! A7 y0 P* w
(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、 4 p9 r. ~) B* n  p4 ~
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
$ u" L* @1 ^, G; q% J模在高温时因自重而引起的变形。 ' {& d8 e5 u: }* f
(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 0 f5 w- b, l: k
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。 2 f5 w+ t/ R) J+ `
(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 ) o* S* e7 g) J0 ]2 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。
5 C3 M3 U4 [- e0 ?$ [6 M' [4 [( e& W% i) u( o) h
图1 H13 真空淬火、回火工艺
* F  j6 I1 {" ]+ ~2 h: N时间(min)   w! U( H6 V3 @+ M5 Q/ f
图2 H13淬火硬度与保温时间关系
) b  g( N8 T  k7 ?' E+ R(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 ! |% `; z5 i! N1 N) m
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
" \' y2 W; j) E4 [, g5 V# ?! M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
4 H' H) E5 N" c9 I却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。
2 x- G7 h. j" m) y, L! {" s. {2 z3 回火
: {: [) o2 I4 |* z9 [1 Y! _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
9 h& f, \! c: ]2 {& Q: d) W8 {, j工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
2 i# V  V1 N+ i4 氮化处理 5 G2 m  V3 e1 d. {
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
8 y& A: t3 D/ F# a% C$ t. s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。 - h5 s3 w( i2 D9 A4 B; E- s( g. M
氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 5 \9 m5 ?  E* }% B) R
5 几点说明 8 i9 E" p5 v: p% R0 V# a
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& l. `: R1 A. p+ }$ H0 }# g! x& @; L
(三次回火)1 ~1 R0 ^; @* p8 _( L8 M
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/3 y5 c3 U+ \& S' E; _4 v/ q) c
25毫米# g: d/ O8 U% e+ `
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
) o$ s. a4 h5 w1 A(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 % I2 E4 }- J! @& ]; J/ b8 w0 ]5 Q
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。 7 e, P: R3 Q( k5 E8 k8 S8 o
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
; \: Q8 ]5 _# C0 \; 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。
, M# v' H* f- S* x  E' M' L2 G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 % S8 B. S; }' f7 Z  v
却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。
5 m! ]$ y! A$ Y1 N% ?# l3 A(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。
2 O9 B/ \* F& C' k第一种:一般压铸模。
4 j. i; E: l( y  g7 B, X# {  a1 z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 $ I5 T  F2 L! [/ z
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。
, a9 L0 c4 M: E: {' ]第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。 9 Y! \" Q- f' ~8 B) }3 M( 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 . l: r) K+ [) r; D7 @; [( V
→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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