压铸模零件的热处理

lutao0808

高压铸模的使用寿命。
关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
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、
Pro／E 等先进设备和软件。
5 w0 {8 [" k1 F, e5 ?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
* c* L; V# a# ?# G0 \* ~, d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
/ C9 K' M6 x$ M& Z. b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
0 c* a" D# w4 v4 J* A模的热处理做以简要介绍。
4 z5 F# t. N& _7 p+ _- d１ 退火
$ V0 \, i, v: X- 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。
  p( w2 b4 Z' y, p; e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。
" v. {& \5 J* \3 g: l% u9 k7 {! w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。
- o/ ~# T  n; q( ~7 b8 ], z（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
( _2 C# a4 t7 o7 [- V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
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～
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。
+ {6 d9 r7 P% o. v2 m（３）在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
２ 淬火
& N& A3 [4 g6 G- \7 ^# o设备为高压高流率真空气淬炉，真空淬火工艺见图１。
% Y0 o8 O3 I) M3 [" v4 r. i（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、
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。
0 u9 A2 @) l# ^1 P, J（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
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。

) J5 V- j7 K" L1 J7 k5 X2 B图１ H13 真空淬火、回火工艺
# `$ {) ?6 `+ G8 O' K时间（min）
# o' {& G( b, a3 c* c% y图２ Ｈ１３淬火硬度与保温时间关系
8 \5 A/ l# P9 r9 `（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 ^2 P7 p: e6 Y* @% l8 H7 Z" g, l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
! P+ C: _4 k7 |* q* Q# R  N* \. c却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
& l7 e0 Z4 A! q9 e+ ~, F+ _* H- V' ~! h３ 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
" {( A7 }7 [3 I' M. z5 i" W  V4 j工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
- }5 o5 T2 j! X+ h0 h４ 氮化处理
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
3 C2 H7 J2 n( K% j. H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。
. z) h# ~& H# w4 U4 z7 J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
（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/
* Z  l% \  L% N25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
- I+ ]. E. s+ `4 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
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。
1 C9 y# Z( Y* W% |3 J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
' Z/ w. a) Z6 o2 u3 b. s, a6 w- j( N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。
. p* C& y3 S& K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
& `( {( H0 A2 D0 O4 I! [/ q: F6 o4 _5 D) s却速度、硬度等），为日后模具的热处理积累经验。
# h0 ^& E! G. \% D# `3 n% g（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。
3 ]! R1 M! V8 {第一种：一般压铸模。
1 G+ `. v# E1 ~$ C9 G; t! 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
6 ~5 k& q2 c5 }9 n. i/ ~- ~! T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。
+ ?. J. h# a5 s$ I2 m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
' F0 o0 P1 {$ L: D! I2 }6 D→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。