压铸模零件的热处理
2002-10-16 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
摘要 在德国模具热处理专家的指导下，以H13制作压铸模为例，采用合理的热处理工艺，可大大提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。
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。
1、 退火
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。
（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。
(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。
（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。
（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。
(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。
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
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
（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。
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。
第一种：一般压铸模。
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。
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。
作者：山东华盛农业药机械股份有限公司（山东临沂276001） 高述祥
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。
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。
1、 退火
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。
（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。
(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。
（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。
（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。
(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。
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
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
（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。
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。
第一种：一般压铸模。
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。
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。
作者：山东华盛农业药机械股份有限公司（山东临沂276001） 高述祥
