薄壁大直徑模具整體真空淬火工藝

彭帥

摘 要：我公司在對直徑≥300mm，壁厚20mm～30mm的薄壁大直徑模具，采用整體真空淬火工藝對其進(jìn)行熱處理時，由于其直徑大、壁厚薄，存在產(chǎn)品變形大，廢品率高，很難準(zhǔn)確控制淬火后的模具外圓直徑以及外圓表面花紋尺寸和形狀的缺陷，必須加大后續(xù)加工余量，淬火后還需要對花紋尺寸和形狀進(jìn)行修整，導(dǎo)致材料浪費，加工成本居高不下，所以急需研發(fā)一種新的熱處理工藝以解決現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：薄壁大直徑模具；熱處理工藝；整體真空淬火

中圖分類號：TG156.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0068-02

1 原熱處理工藝和改進(jìn)后的工藝

我公司原來對直徑≥300mm，壁厚20mm～30mm的薄壁大直徑模具采用的熱處理工藝（如圖1）：直接把模具放在拖盤上，然后放入真空淬火爐中進(jìn)行真空熱處理。此種工藝因為在淬火冷卻時，工件冷卻不均勻，所以導(dǎo)致熱處理后的模具產(chǎn)生大的變形，以至于后續(xù)加工困難[1]。因此，目前采取了以下改進(jìn)措施。

1.1 工裝設(shè)計

為了解決淬火時，模具冷卻均勻的問題，在經(jīng)過多次試驗以后，設(shè)計了一種工裝。此工裝由托盤及罩體兩部分組成，托盤與罩體可分離，實物圖如下圖2所示。

工裝示意圖如圖3所示。

將模具豎直放置于托盤上，托盤上均勻開設(shè)有多個通氣孔3，將罩體罩設(shè)在模具上，使模具容置于罩體和托盤圍成的空腔內(nèi)，罩體呈筒狀，罩體由側(cè)面和頂面組成，罩體與模具之間留有25～30mm的間隙。罩體的頂面中央開設(shè)有通氣孔1，通氣孔1的直徑為模具的孔徑±10mm。罩體的側(cè)面和頂面上均勻開設(shè)有多個通氣孔2，通氣孔2的孔徑為5～6mm，通氣孔2的孔距為15～20mm，將通氣孔2的孔距設(shè)置為15～20mm，可以在保證罩體整體結(jié)構(gòu)強度、避免罩體變形的情況下盡可能多的分布通氣孔，同時罩體上有盡可能多的通氣孔既能確保模具能比較快速達(dá)到淬火溫度，節(jié)省電耗，又能使吹氣到模具表面的氣流更加均勻，從而達(dá)到減少工件變形的效果。

罩體的材質(zhì)為Q235-A，罩體的壁厚為4～5mm。罩體選用Q235-A材料，因為此種材料熔點高，價格低。罩體壁厚選擇為4～5mm，這樣既能達(dá)到高溫氣淬不易變形，同時又可以減輕重量，減少裝爐重量，節(jié)省電耗。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，用罩體將模具罩設(shè)在托盤上后再一起進(jìn)行真空淬火，可以使模具各部位的冷卻速度更加均勻，從而減少工件變形量。

1.2 淬火時間

模具材料選用W6Mo5Cr4V2高速鋼[2-3]，增設(shè)罩體后，相當(dāng)于整個模具的體積變大，重量增加，所以在650～680℃升溫及保溫時間各延長10min、850～880℃升溫及保溫時間各延長10min、1050～1080℃升溫及保溫時間延長6min，1150～1180℃升溫及保溫時間延長4min[4]。

1.3 冷卻工藝

增設(shè)罩體后，相當(dāng)于壁厚增加，導(dǎo)致冷卻速度降低，所以在淬火冷卻時將沖入氮氣（冷卻介質(zhì)），氮氣壓力由0.5 MPa提高到0.6MPa[5]，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由原來的2700轉(zhuǎn)/分鐘提高到2900～3000轉(zhuǎn)/分鐘，保證有足夠的冷卻速度，將模具快速冷卻至100℃；再將風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低到2400～2500轉(zhuǎn)/分鐘，將工件冷卻至70℃，然后出爐，從而保證淬火后的工件的綜合機械性能。

在經(jīng)過對淬火時間與冷卻工藝的改進(jìn)后，最終得出的淬火工藝曲線如圖4所示。

具體的真空淬火工藝為：（1）將模具從常溫升溫到650～680℃，升溫時間50～55min，保溫30～35min。（2）將模具從650～680℃升溫到850～880℃，升溫時間35～40min，保溫20～25min。（3）將模具從850～880℃升溫到1050～1080℃，升溫時間35～40min，保溫20～25min。（4）將模具從1050～1080℃升溫到1150～1180℃，升溫時間30～35min，保溫20～25min。（5）保溫結(jié)束，往真空氣淬爐爐膛內(nèi)充氮氣，氮氣壓力為0.6MPa，同時打開風(fēng)機，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為2900～3000轉(zhuǎn)/分鐘，將模具快速冷卻至100℃；再將風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低到2400～2500轉(zhuǎn)/分鐘，將工件冷卻至70℃，然后出爐。（6）出爐后的模具進(jìn)行550℃高溫回火，保溫3小時，回火3次[6]。

2 改進(jìn)后產(chǎn)品性能

使用新工藝對薄壁大直徑模具（直徑≥300mm，壁厚20mm～30mm）進(jìn)行真空淬火，所得到的產(chǎn)品的性能如下。

2.1 采用三座標(biāo)測量機檢測產(chǎn)品的變形量和加工余量

整體真空淬火后，產(chǎn)品的變形量大幅減少，模具外圓直徑的加工余量大幅減少。比如：高速鋼模具的變形量由原來的2-2.5mm減少到1-1.5mm，粉末冶金模具變形量由原來的1.5-2mm減少到0.4-0.8mm，且無需修整外圓表面花紋尺寸和形狀。

2.2 采用洛氏硬度計檢測產(chǎn)品的硬度

整體真空淬火后，產(chǎn)品的綜合機械性能保持不變，各部位硬度更均勻，由原來相差HRC2減少到HRC1以內(nèi)。

3 結(jié)束語

新的熱處理工藝與舊工藝相比，有效減少了模具變形，提高了成品率，能夠準(zhǔn)確控制淬火后的模具外圓直徑以及外圓表面花紋尺寸和形狀，節(jié)省材料，減少后續(xù)加工余量，淬火后無需修整花紋尺寸和形狀，降低加工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志鵬，張志剛.模具熱處理技術(shù)及其變形預(yù)防措施[J].模具制造，2006，6（11）：81-86.

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[3]李正邦.發(fā)展我國高速鋼的戰(zhàn)略分析[J].特殊鋼，2006，27（1）：1-6.

[4]吳景猷.高速鋼工模具熱處理工藝淺析[J].裝備制造技術(shù)，2010，36（3）：81-82.

[5]R A Mesquita， C A Barbosa， C S Goncalves， et al. 淬火工藝對高速鋼力學(xué)性能的影響[J].熱處理，2013，28（4）：59-64.

[6]孫元輝，孫易安.熱處理工藝對高速鋼組織性能的影響[J].熱加工工藝，2011，40（18）：156-159.endprint