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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。   z) J7 U: {" [. a. m) d* ]# S
关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火 / ^* c( p& T0 S& r% S! `
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
* _- k5 B9 x5 y2 f4 q! Y" {9 z: f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、
- N( U" P; g3 H1 n( I' IPro/E 等先进设备和软件。 6 q. l# m: S3 H8 F- U" J
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 2 L5 f9 C# S4 ]. c" j( o% x
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; W8 j& K, L% p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 , }6 x& Z' i8 N: u
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 & B" ^5 Z# E; w$ L8 Y: I
模的热处理做以简要介绍。
2 Q& [- \( y% T8 z1 退火
  a/ c  F) w. m" W+ e5 Q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。 " U8 L  f; ], G2 S+ H
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
5 _) y) T: p( ^/ Q8 P# v而去除内应力。 . p& C# c* e3 e( r
(1)球化退火。 6 ?% f( G( F& g5 b' Z' S; 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, " j" G( N0 m' ?7 I" x
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。 $ C" P/ |. p8 l, B
(2)去应力退火。
, }1 S8 F/ j  F3 A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
1 ^6 h) j+ O6 ~9 L- w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。
. c6 f$ c  p7 H& F  H0 I' 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 . I+ S, y2 m* F  |8 w( |
过程中不可缺少的重要工序。 / U. q6 X/ k0 y' z+ ^
我们坚持在模具制作过程中进行三次去应力退火:
5 |' h( 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~ $ a4 ?! G+ e3 h+ N
10mm,进行第一次去应力退火。   [+ c* ]2 J2 f' C. i" V* y+ Q
(2)在精加工留有余量(2~5mm)时,进行第二次去应力退火。 1 \* }, ?3 `+ G1 {, K" F
(3)在试模后,淬火前进行第三次去应力退火。   {9 Q4 V8 e" B( K3 b$ O
2 淬火
/ w7 H, g2 j6 j. z# ^; s设备为高压高流率真空气淬炉,真空淬火工艺见图1。
0 S* P! N/ h0 [, }' R8 N: L% f2 {(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、
5 N  x' M7 k* d7 d. O( g' ~: E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 + x( e) N. c7 p+ j
模在高温时因自重而引起的变形。 8 m% |$ {4 C2 `/ P
(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
( H- o* s$ m: B: n1 [  X/ i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。
) K# F3 F0 C" K(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
: ]7 B( q( q% D3 {* [; l: ]% `; d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。
/ h, c$ _: U( j- w0 d% K0 R6 \4 p# ^" n8 Y3 K* Z5 R8 e$ }
图1 H13 真空淬火、回火工艺
: Q" C8 V) k$ V, q) t时间(min)
- u, i, h: |9 C" X$ ?% M! S图2 H13淬火硬度与保温时间关系 # _$ V' X+ ]+ P- S& m* ^
(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
2 }! f" n, I2 L+ n+ H* V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+ w, w& H2 [
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$ \1 n- H# d
却到约150℃时,关闭冷却风机,让模具自然冷却。
6 d4 \/ R- N! B& A5 F3 回火
! f5 f! k- u+ |# B5 W1 @5 d6 h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 # S9 y- `& i6 @; {) h
工作硬度来确定,一般要进行三次回火。
  O9 [% s, E. W: Y) i2 D% ?' }9 \4 氮化处理 ; T+ I7 V. u0 s! @4 D: h( Q) t
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 Z' V6 K+ [6 @  i" r( j
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。
& y( @. B" m7 z# h1 s& T) l1 Z- \5 g氮化后需要打光,磨去白亮层(厚约0.01mm左右)。 - p, ^% [9 K% U& j
5 几点说明 7 n( f( V% s$ L& @5 s( m1 W! Y
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% |5 }% E5 B9 J  F7 f% ]
(三次回火)1 S. o5 Y$ W1 `' J- F: y4 F
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/
8 ^0 `2 g% F8 w; l6 e! M" N  g  m25毫米
4 {* B+ S' X2 c5 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
  D7 }: V( n% [& O2 P# [$ V" H(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
3 W7 V& W. X/ [8 L: Z9 j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。
/ _2 R( O% ]' ^* ^. i7 H5 ]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 0 G4 w" @1 ]/ a2 W2 o
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。 + @. }- N4 e7 ~' y' y
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 4 c' ?" D) D7 P/ B- ~
却速度、硬度等),为日后模具的热处理积累经验。 1 F2 y8 B: o& B: ]  d, ]
(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。 + ^, o( X; S6 e; U; `3 d
第一种:一般压铸模。 ( b" P& L# V$ Q# M: 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
0 [7 R. i" s( m, g& o9 f7 p. v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。 ' |: P! e1 J. h% o% O
第二种:特别复杂的及淬火很易变形的模具。
! V. L& _, P, o( _$ B5 X: m7 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
0 u+ N1 X  A0 {2 A1 _1 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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