压铸模零件的热处理

lutao0808

高压铸模的使用寿命。
$ k$ i% \: y, R) T5 V关键词 压铸模 热处理 去应力退火 真空淬火
$ J* J% w" [; o; Y# U; o2 n3 u9 C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、
4 G% ~+ I$ z: G8 K& z& ~Pro／E 等先进设备和软件。
: n8 c% g2 n7 R7 Y6 u' `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 U0 e9 L' y  Z3 P9 I4 t7 Z2 s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
  p, t  x& N7 E1 p! M5 Y, J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
$ B# W/ j2 V1 }8 J. b! v6 \" @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
( V5 \+ d+ d; S模的热处理做以简要介绍。
6 ]/ l. S" \+ ^  \; W& z１ 退火
. O$ F* ~' _  r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。
5 n  H% R2 w9 I5 }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。
6 n8 u* U9 M  o, A（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，
8 V6 d5 e4 N& J0 D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。
, v2 I: |+ v/ D) I, x（２）去应力退火。
- z) S  @. h/ O8 f. A  T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
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：
6 w' s, B4 E7 K! t5 r% }2 ]3 c（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～
$ }3 m6 |4 D3 j; H: \１０ｍｍ，进行第一次去应力退火。
. q$ u8 T6 S& v7 }（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 G# J" f1 V% W6 P) `/ _* _２ 淬火
3 K! y3 k* G5 t  a9 _% g0 B! D设备为高压高流率真空气淬炉，真空淬火工艺见图１。
. J, J+ a5 O0 P; T+ W$ \4 ^) U- k6 S（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
' Q( P" O- t% `, ?/ F* ^& b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
/ {- i& E; j) J8 K$ w/ {8 J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
3 [" `7 t, e- W+ ?* i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。
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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
（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
6 S' J9 q2 t& Z- P2 i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
& ~) W& b7 I, w* D# S+ |* u, T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
) h3 h  s- e, Q# T4 }3 }5 v却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
３ 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
工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
４ 氮化处理
+ |5 U, i+ D( D- ]/ c# s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
. r; q; |; D, g8 H' F# r2 [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
& A. L( c( W) N1 b& C% ]1 A: ^（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/
! g! B2 ?" u+ d7 {3 M  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
4 _/ I8 `" n( U' x8 U9 E（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
9 J* W% N& G% A; _8 I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。
) r) s$ _; n# K, \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。
6 M, r4 {& }9 C. k0 a' 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
- Q) E, h( L. ?) f( ], \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。
第一种：一般压铸模。
- A. Q5 u2 j' o- r$ Q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。
; ?* j1 f( ^% P; E* N$ b& b第二种：特别复杂的及淬火很易变形的模具。
! M: L4 M9 f& H  _# \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
2 S6 t7 y, Q6 ^% l→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。