压铸模零件的热处理

lutao0808

高压铸模的使用寿命。
+ I5 X: q$ Q  k! t4 q关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
- h$ |7 \: _% E7 ^' l2 u- L' J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
; @. d3 F4 L1 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、
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
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
/ a. M' f' ^% D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
# k) L% C/ x+ _- R- q模的热处理做以简要介绍。
- ^. A$ }4 w6 h0 J7 S１ 退火
& g+ {- v9 Q! ~& A& c  `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
而去除内应力。
（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，
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。
( ^4 d, p# ^" D2 X8 W9 Y0 V9 S（２）去应力退火。
& ^6 L0 E9 W5 {, Y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
* ?7 d3 p" {% j  l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～
1 k8 Z* t, R1 W１０ｍｍ，进行第一次去应力退火。
, `; T8 ]+ {. H' n* w（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。
２ 淬火
设备为高压高流率真空气淬炉，真空淬火工艺见图１。
（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、
; S2 x! s3 D3 w4 s# g/ ]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
9 o3 e" {3 z3 w$ ^' c4 J模在高温时因自重而引起的变形。
+ p0 C1 z& c# N7 U2 e& e" F$ t（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
7 O1 l& V7 Z4 c6 F. o$ z' G1 @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。
# ~) X( U  Z* {# X+ R. m
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
. D7 I: `5 n# f4 n（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
8 {9 _# T6 c& T4 ?' j( T* n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
却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
/ M' H1 a5 B. k; I2 N３ 回火
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
6 K( w, p$ C+ F9 ~$ _工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
４ 氮化处理
" o, Q" R: |+ 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
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）。
５ 几点说明
  e" g! Z2 x- |3 C! L3 z" @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
" }' y2 }+ u- _/ ^  r（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/
  x! ^' c3 j- w: {3 G% r4 U25毫米
7 L4 {. ^( G% t. p0 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
（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
4 M7 Z/ ?* C6 g7 \  t/ A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。
4 _& F! C- g3 P1 e7 M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
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。
' v9 T" [  m1 O; |& C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
+ X/ n3 @3 Z- E" W& J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。
8 Q" N7 V' R2 V" z5 F第一种：一般压铸模。
& W$ F$ |4 H. h9 G6 t& b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
6 w% T5 z2 q, U) v. X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。
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
→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。