压铸模零件的热处理

维摩诘

压铸模零件的热处理

: R2 A7 k$ r' N! e: Y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
# Z9 j% c: ~& h( |$ b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。
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
( R2 w! H: T  y: G1 i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
2 K9 @8 u9 T! p, z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
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
模的热处理做以简要介绍。
9 ^' R, ?( ~) C5 j１ 退火
2 W/ _$ v0 R2 J9 u; C  I  x4 ?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。
! w9 D; N& C- H, ]8 v, f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 A5 E* H6 K4 N（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，
* x+ q3 I. e9 ]7 W0 h5 l" T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。
0 d/ A* |3 a5 O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
' @( B8 N* V- _  c1 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
8 |" d- @- j9 f. N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：
/ ~; ]: c8 H3 O- D% 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～
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。
3 }/ L/ J5 O8 H, ~: k２ 淬火
9 c2 A+ {; o  e9 p  n1 G5 V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、
4 D: @6 |8 G+ `" m. 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
模在高温时因自重而引起的变形。
2 ~( n: y) o* E# v6 d& _+ O6 Y（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。
: u3 X( r* K& _: u+ a（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。
* x8 c* u# B) [7 ~7 \: ~  t: l
图１ H13 真空淬火、回火工艺
7 b; t$ R7 B$ C- m8 I% m时间（min）
图２ Ｈ１３淬火硬度与保温时间关系
（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
2 ^* g9 e  P5 I1 H+ i" Z6 Z* K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。
+ O9 p# N- V% l1 R+ j/ @３ 回火
( n) a0 @2 D9 B/ l, |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
工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
４ 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
, @* s- p5 u! A3 r& u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）。
9 B" X8 E* h; p+ b1 V５ 几点说明
% e* M9 g6 {: C( K. y2 E; _4 s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
- [4 {" `- A! z# ^- d. j（三次回火）
- X' J1 E3 g; e; Z) n! E0 I1 Q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/
; \. |+ x5 ^4 n1 @/ D25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
$ Y9 `2 N) t" }; v（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。
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
( K: r- `) b! K8 {. `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。
  R0 A, x8 O4 \1 L" w# ?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。
# v+ a( c7 m  L0 j) A! D+ W+ h, d第一种：一般压铸模。
1 z# p  S% q; M  @+ U4 y  t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
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。
3 V9 l! r3 E4 n" c. T, l, l1 w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
  N5 I  W* V) e: B% [7 }' e" ^→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。