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复杂断面铝挤压模具真空淬火

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发表于 2010-9-12 09:40:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、问题 % V, A2 B4 r4 F. ^" k% t$ n9 d% C

    某公司是为全国铝型材行业500吨—5500吨挤压机专门制造挤压模具的专业公司。每年此模具淬火近100吨,氮化近30吨。模具加工工艺如下: + d* [( U- I2 W; d

1、加工路线 ! y5 `0 _% Y: V2 j

    粗加工(单面留0.2—0.5mm余量)→淬火→精加工,电加工→打光,装配试模→氮化。 9 J9 Z6 |' X/ e6 H0 m

2、热处理 / `# s G6 I* I$ L1 o5 D

    (1)材料:4Cr5MoSiV1(H13)。 8 k9 M o- }# y$ U; X. \, ]4 ~: n

    (2)技术要求:HRC48—52。 ; A8 Z( s: ?% d5 e p# ]- n

    (3)热处理工艺与设备: 9 d( T L& ^0 U7 ~4 i

    1020℃加热,油冷,580℃、550℃两次回火。设备为75KW盐炉,90KW气体渗碳炉保护加热,井式回火炉回火。模具试模后在我厂或用户方氮化处理,方法为普通气体氮化,工艺为570℃、6小时氮化处理,氮化层深度为0.06—0.08mm,氮化层硬度为HV900。 - m% p" F! g2 N6 v# A3 S- _& J, d! {

    用以上方法处理一般断面模具,挤压杆,积压筒均可保证在使用中不塌不裂。硬度有的也可放宽为HRC<46—53>。这种情况下挤压寿命主要取决于氮化质量和次数。 r% C% h! P9 U6 A- r

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    但是近几年来随着工业飞速发展,各种复杂断面电子工业用散热片,电机外壳等型材大量需求,如图1示。这种复杂断面的模具约占总量的四分之一左右。

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    这些型材在挤压时挤压比很大,流动成型阻力大,模具的某些工作断面承受极大的剪切应力,如图2,图3示。模具的悬牙,悬桥在挤压中早期出现倒牙,塌桥(HRC<46>)或断牙,断桥(HRC53)即使硬度在合格范围内挤压寿命也不高,怎么解决这个难题?当然选用进口钢材,例如瑞典8407或日本SKD61,寿命可能提高,但进口料价格80元/kg,比国产料16元/kg高出几倍,这样一来在模具价格上用户不肯接受,所以这是一个课题。(挤压模具材料费在模具成本中比例较大)。

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    还有这种情况:在氮化时或挤压前预热时(温度490℃—520℃)偶尔有跑温现象发生,这时模具硬度下降,不能再使用,必须重淬,但这时模具已配合成型,间隙0.02mm左右,如重淬变形是个难题,如不重淬将造成批量报废,损失较大。这也是生产中遇到的一个课题,针对以上问题,三年来我们采取了以下方法,取得了良好效果,介绍如下。

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5 `# r/ b Y: l; K

二、真空油淬与真空低压气淬 . y/ c( @* _9 m1 F, _

1、真空油淬 $ b* y; r/ T5 e6 ?7 n

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    工艺如图4示:

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    由于真空炉比盐炉,气体渗碳炉保护加热有以下明显优点:

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    (1)加热升温有两次等温,升温十分缓慢,热应力很小。 # Q& v& T* u2 k% v2 Z: M1 B% `( H

    (2)真空加热恒温时温差小,故加热十分均匀,工艺过程由微机控制,所以各炉次的工艺一致性好,并可避免人工操作带来的误差。 3 n9 J) Q( t$ x) M; ]" g: \

    (3)冷却时真空淬火油洁净,同时有油揽拌,故冷却比较均匀。 : _4 i; ~+ Z Q( I# I

    (4)真空加热时可脱去钢中有害气体,表面没有脱碳或渗碳。 5 Q- u( }+ ] F% G5 o8 A

    所以真空淬火模具硬度十分均匀,通过回火后硬度可严格控制在HRC49—52范围内,模具的各个断面强度均匀而且有所提高,所以模具寿命有明显提高。 ! a# Z3 C" h( k# ]$ l" y3 S5 ^

2、真空低压气淬、 9 R) T- A4 U' V! X: d

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    对跑温返淬成型模具,我们采用低压气淬,在冷室中回充氮气约7×10 pa,风扇搅拌如图5示:

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    通过多炉生产实践证明,采用此工艺,截面厚度≤50mm,注意松散摆放,均可淬硬到技术要求,补救可百分之百成功,变形十分微小。

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三、电加工后表面淬火层再回火处理 9 p% `0 J6 A7 X" K. M( \& I( ^2 o

; r, h$ F1 t4 z, H; Y' x

    模具经电加工后,尤其是电脉冲加工,在金属表层会形成15μ-30μ淬火组织,如图6示:

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3 ]8 B. D3 G+ `! n% A+ Q

    在复杂断面悬牙两侧存在硬而脆的淬火层,在挤压时在极大剪切应力作用下会形成微细裂纹,逐步扩展而形成掉牙的一个因素,所以我们增加了电加工后530℃-560℃,2小时再回火处理,避免表面氧化;这样就杜绝了早期掉牙现象产生。

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四、结论 7 ~6 h2 m- @4 C) @. \1 s

    1、复杂断面挤压模具经真空淬火与电加工后再回火处理,使模具使用寿命提高2倍,杜绝掉牙,断桥现象产生。 % |/ i& y8 U& N$ ^$ I+ U/ H

    2、跑温模具可采用低压气淬补救。 , p: n/ P2 d @) {* t9 m

    3、真空炉虽一次投资高,热处理价格也比常规热处理提高一倍,但对复杂端面模具而言,非其莫属,经济效益明显。 ) w3 M( n! `. H1 a* i# c

    4、ψ730mm气体保护加热时,严格控制滴量,否则,脱碳严重,在检验硬度时增加困难,严重增碳时因加工量小会影响以后的氮化效果,当然有条件的话,使用大型真空炉油淬或高压气淬,效果最佳。 【MechNet】

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