压铸模零件的热处理

lutao0808

高压铸模的使用寿命。
  i8 X- ^# q. L9 M) T关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
. T8 q8 x4 h& p- Y, l6 ]6 ?4 Z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、
( }2 S5 s  k' [1 GPro／E 等先进设备和软件。
# p4 b3 ?6 `2 ^) L. W4 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
8 h" |3 x8 ~) h  ?0 ]" u6 P8 F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
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 Z$ F8 N$ r/ L# c4 r( _# {' R+ M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
5 ~% z# K- r! r7 j2 w9 t模的热处理做以简要介绍。
１ 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。
7 w5 f' s  b1 {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
0 c$ w2 K* i% f4 Q9 x# X而去除内应力。
（１）球化退火。
9 i* h5 q8 g+ P; m: |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，
5 C0 J, ?, e( b9 s2 Y. s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。
（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
0 f' a+ _: F4 U! 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。
( W& Q4 B/ F1 P1 Z: q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
过程中不可缺少的重要工序。
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～
- r; y" j8 \1 ?１０ｍｍ，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。
（３）在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
! n" N& c& W1 q- a2 t6 y２ 淬火
设备为高压高流率真空气淬炉，真空淬火工艺见图１。
0 h3 P* x2 [  T0 b# F（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、
6 Y. _5 d  K1 s% A2 M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
模在高温时因自重而引起的变形。
（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。
（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
2 U5 z. R7 {: c6 s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。
: v% x) I/ I! c% @  F8 h
) G1 Y: p+ U) G8 O4 [图１ H13 真空淬火、回火工艺
3 i3 Z" `' g) ^% t" L3 I, {时间（min）
% @4 y; H! m5 f5 O1 j0 |图２ Ｈ１３淬火硬度与保温时间关系
6 L' s" n1 K9 b4 C- o2 X1 X, 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
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
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
# z5 d  P+ E4 h0 @, K/ ^却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
# G2 J  Y# _7 A8 ~" q2 [３ 回火
, J8 U) H% h6 |" i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
2 R- `8 M) g$ f1 [工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
7 R- D, z0 o+ f0 f0 t9 r４ 氮化处理
; P4 y6 j8 [! {  u, Z) g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 }2 J/ G( ^% T: z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。
* H" G, E* [  [$ r氮化后需要打光，磨去白亮层（厚约０．０１ｍｍ左右）。
５ 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
3 f. `  M$ w. q9 ]+ u" R4 U（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/
25毫米
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。
7 o8 T3 `9 e( X# `0 ~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
  S) R$ y* s9 r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 A4 F) i* I# _, G: T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。
' ?6 S$ m2 O1 H, k, v第一种：一般压铸模。
# s6 H) h  E; k! A! q' r4 H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
3 K, o, Q; x1 ]  I2 ~$ 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。
! s9 t( g: ^" T; X% M) d: Q第二种：特别复杂的及淬火很易变形的模具。
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
1 v" o; E4 V' n4 o" r→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。