压铸模零件的热处理

维摩诘

高压铸模的使用寿命。
" K& @- V7 ]; ]  y$ i' s5 }5 e& p4 V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
6 z/ V- k$ o' W) Y7 z% n! R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
  T: X8 P4 F1 u$ S3 c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
7 `# r3 r0 S. Y1 v, 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
+ W5 Y1 b! z2 w# x7 @9 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
2 n6 E* u2 f5 I" \" X模的热处理做以简要介绍。
2 n6 [! p6 ]: d6 V* y１ 退火
) x$ S0 o! c& i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。
2 X+ h' w1 ]7 T. W8 o9 }4 Q2 V6 |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。
8 O7 T3 ?+ \( P* H7 ^+ U3 b2 F（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，
1 }" V& N9 y8 m& C! }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。
) z! f) o; H5 Z( o: C# |7 x（２）去应力退火。
# Y" U+ o* q) g3 f6 q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
4 I& w' J- ?. V6 h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。
( K' v7 w) @0 J$ [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：
0 `3 C. M* \, {! r（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。
: c4 N5 @& A- R% _, V（３）在试模后，淬火前进行第三次去应力退火。
5 x7 i/ C6 c3 D' z２ 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、
. }7 v) w& {" |: N7 Q( b3 F: m$ n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
. E$ m( x  c3 E3 ]! x# Y模在高温时因自重而引起的变形。
3 X) V9 ]* H8 c) a; h（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
) Z, `) S- u% ]( ]' Y/ Y. K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。
( L9 t' {, U4 d/ P8 Q! J0 l（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
: c2 G0 Y- n, S2 L' k( h- f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。

$ j2 r1 k; v8 w( z! q2 O. i1 _图１ H13 真空淬火、回火工艺
- d2 A7 f& C) U0 Y' h& L7 @* f时间（min）
图２ Ｈ１３淬火硬度与保温时间关系
8 C. b( ?5 g* \& H7 S: }1 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
却到约１５０℃时，关闭冷却风机，让模具自然冷却。
; c6 S# S8 L2 ]/ y! N３ 回火
: L# m6 I, H% S% Z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
0 `3 K) E7 B  W; o& g; {: H. Q工作硬度来确定，一般要进行三次回火。
４ 氮化处理
6 n. _' @4 x# h8 s) i6 J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
- ?) q0 k# F$ u- x; b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）。
$ Y! I; n+ R8 u2 Z: t5 J0 N/ g" C５ 几点说明
2 B# r. x* ^( \* {& V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）
# n- ^& |7 M3 y5 \1 P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/
2 y) ~% X9 D/ M1 M; u4 B5 }25毫米
, w7 w7 g4 F1 F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
) j! ?' Q6 t. j2 j2 e. O% q  d* s（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
" }+ {  w0 l4 q7 N& t8 {% H) |$ ?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。
; F% f( R  m6 Y" n2 H5 v. Z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。
: |, D1 F8 d8 l( }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。
! `9 M: \# n3 T/ q: q0 M（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。
" f/ F; y! o" ?$ P第一种：一般压铸模。
) T4 v$ N* _' R/ K% M# s! r' \" C: W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。
9 O2 O; d0 d; \1 n& Y, R! q) a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
! s- m9 K4 F: I$ U8 o3 y→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。