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铝型材挤压模具热处理的要点汇总

返回列表 来源:www.aps.com.cn 作者:发布日期:2020-10-19 09:23 | 加入收藏阅读次数-
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 前言; 随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进,铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长,而我国也一跃成为世界上更大 的铝型材生产基地和消费市场。经过长达近10余年的高速增长,我国铝型材行业步入了新的发展阶段,并展现出了诸多新的发展趋势。铝型材挤压模具热处理质量好坏直接影响挤压模具的使用寿命,模具是经过淬火多次回火达到硬度要求的,挤压模具热处理过程中要特别注意什么,请慢慢往下品味。。。。。

导语

铝型材加工挤压模具热处理是提高其性能的重要方式。要求其硬度必须合格,同时,硬度也是其非常重要的力学性能指标。铝型材专家指出,模具热处理后,其硬度不足或硬度不均,将使模具耐磨性及疲劳强度等性能降低,导致模具的早期失效,不仅缩短了模具使用的年限,也对使用的流畅度造成了影响。

1. 摘要

铝型材挤压模具热处理质量好坏直接影响挤压模具的使用寿命,模具是经过淬火“+”多次回火达到硬度要求的。淬火是为了提高模具硬度,多次回火是为了提高模具韧性,稳定内部组织。

模具热处理的硬度值规定: 大型铝挤压模具(F>500mm ),HRC45-48;中型模子(F300~500mm ),HRC47-50;小型挤压模具(F<300mm ),HRC48-51;在一套模具的同平面上检测三点,每一点的硬度值都应在规定范围内方算合格。

2. 挤压模具热处理特点

2、挤压模具热处理过程中要特别注意几点:

a高温区段升温速度要快,保温时间不可过长,以防挤压模具产生过烧或过热,过热—晶粒粗大,过烧—低熔点元素和夹杂产生溶解;

b铝挤压模具淬火后要及时回火,以防产生裂纹;

c挤压模具热处理后发现硬度不够或硬度不均匀时,应进行退火,按工艺重新进行热处理;

d对大型铝挤压模具或型腔复杂的成品模具应增加一次去应力回火工序(消除电加工、机加工应力,也就是消除热应力和组织应力);

e模具淬火油温应£100°C,以确保淬火效果。

3. 铝材挤压模具热处理后产生裂纹的原因

(3.1)铝材挤压热处理裂纹的种类。

挤压模具热处理裂纹主要有淬火裂纹、时效裂纹、回火裂纹、冷处理裂纹、磨削裂纹、渗碳裂纹、脱碳裂纹及急热裂纹。裂纹的形状有纵向、横向、指形、鱼鳞形、一字形、十字形、同心圆形、放射状、龟甲状及微裂纹等。此外.根据裂纹存在的部位和深度还可以分为深裂纹、细微裂纹和内部裂纹等。 

(3.2)铝挤压工模具热处理裂纹产生的原因。 

1)原材料碳化物偏析严重或存在锻造裂纹; 

2)热处理工艺操作不当,如未经预热或加热过快,加热不均、加热温度过高或在高温下保温时间过长,冷却剂和冷却方式不当,冷却过快,油中停留时间过长,淬火后未及时回火等; 

3)应力集中; 

4)表面增碳或脱碳; 

5)工模具结构形状和加工状态不佳; 

6)磨削工艺不合理; 

7)化学热处理不当。 

(3.3)防止模具热处理裂纹的措施。 

1)加强原材料的管理和检验; 

2)合理锻造及加强锻件质量检查; 

3)采取预热,高合金钢最好采取两次预热; 

4)严控淬火温度和保温时间;

4. 铝挤压模具热处理变形的原因及处理方法

(4.1)铝挤压工模具热处理变形的类型。

热处理变形可分为体积变形(尺寸变化)和形状变形两大类,后者又可分为均匀变形和挠曲(不均匀变形)。实际生产中,各种变形经常是相伴发 生的。 

(4.2)铝挤压工模具热处理变形产生的原因。

铝挤压工模具热处理变形产生的原因见下表 

(4.3)减少热处理变形的方法。

1)正确选用钢材; 

2)合理设计工模具的结构形式、尺寸、形状,合理配置型腔、销孔、丝孔,以求得应力对称均匀; 

3)采用正确的锻造方法和锻造工艺; 

4)进行合理的预热处理; 

5)制定合理的铝挤压工模具热处理工艺,选择合理的加热速度、加热温度、淬火介质和冷却方式; 

6)变形后合理校正。 

5 模具热处理中存在的缺陷及预防

5.1.模具表面有软点

模具热处理后表面有软点,将影响模具的耐磨性、减少模具的使用寿命。

(1)产生原因

 1)模具在热处理前表面有氧化皮、锈斑及局部脱碳。

 2)模具淬火加热后,冷却淬火介质选择不当,淬火介质中杂质过多或老化。

(2)预防措施

 1)模具热处理前应去除氧化皮、锈斑,在淬火加热时适当保护模具表面,应尽量采用真空电炉、盐浴炉和保护气氛炉中加热。

 2)模具淬火加热后冷却时,应选择合适的冷却介质,对长期使用的冷却介质要经常进行过滤,或定期更换。

5.2.模具热处理前组织不佳

模具最终球化组织粗大不均、球化不完善,组织有网状、带状和链状碳化物,这将使模具在淬火后易产生裂纹,造成模具报废。

(1)产生原因

1)模具钢材料原始组织存在严重碳化物偏析。

2)锻造工艺不佳,如锻造加热温度过高、变形量小、停锻温度高、锻后冷却速度缓慢等,使锻造组织粗大并有网状、带状及链状碳化物存在,使球化退火时难以消除。

5.3.球化退火工艺不佳

如退火温度过高或过低,等温退火时间短等,可造成球化退火组织不均或球化不良。

(2)预防措施

1)一般应根据模具的工作条件、生产批量及材料本身的强韧化性能,尽量选择品质好的模具钢材料。

2)改进锻造工艺或采用正火预备热处理,来消除原材料中网状和链状碳化物及碳化物的不均匀性。

3)对无法进行锻造的碳化物偏析严重的高碳模具钢可进行固溶细化热处理。

4)对锻造后的模坯制定正确的球化退火工艺规范,可采用调质热处理和快速匀细球化退火工。

5)合理装炉,保证炉内模坯温度的均匀性。

 5.4.模具产生淬火裂纹

模具在淬火后产生裂纹是模具热处理过程中的最大缺陷,将使加工好的模具报废,使生产和经济造成很大损失。

(1)产生的原因

1)模具材料存在严重的网状碳化物偏析。

2)模具中存在有机械加工或冷塑变形应力。

3)模具热处理操作不当(加热或冷却过快、淬火冷却介质选择不当、冷却温度过低、冷却时间过长等)。

 4)模具形状复杂、厚薄不均、带尖角和螺纹孔等,使热应力和组织应力过大。

5)模具淬火加热温度过高产生过热或过烧。

6)模具淬火后回火不及时或回火保温时间不足。

7)模具返修淬火加热时,未经中间退火而再次加热淬火。

8)模具热处理的,磨削工艺不当。

9)模具热处理后电火花加工时,硬化层中存在有高的拉伸应力和显微裂纹。

(2)预防措施

1)严格控制模具原材料的内在质量

2)改进锻造和球化退火工艺,消除网状、带状、链状碳化物,改善球化组织的均匀性。、

3)在机械加工后或冷塑变形后的模具应进行去应力退火(>600℃)后再进行加热淬火。

4)对形状复杂的模具应采用石棉堵塞螺纹孔,包扎危险截面和薄壁处,并采用分级淬火或等温淬火。

5)返修或翻新模具时需进行退火或高温回火。

6)模具在淬火加热时应采取预热,冷却时采取预冷措施,并选择合适淬火介质。

7)应严格控制淬火加热温度和时间,防止模具过热和过烧。

8)模具淬火后应及时回火,保温时间要充分,高合金复杂模具应回火2-3次。

9)选择正确的磨削工艺和合适的砂轮。

10)改进模具电火花加工工艺,并进行去应力回火。

5.5.模具淬火后组织粗大

模具淬火后组织粗大,将严重影响模具的力学性能,使用时将会使模具产生断裂,严重影响模具的使用寿命。

(1)产生的原因

1)模具钢材混淆,实际钢材淬火温度远低于要求模具材料的淬火温度(如把GCr15钢当成3Cr2W8V钢)。

2)模具钢淬火前未进行正确的球化处理工艺,球化组织不良。

3)模具淬火加热温度过高或保温时间过长。

4)模具在炉中放置位置不当,在靠近电极或加热元件区易产生过热。

5)对截面变化较大的模具,淬火加热工艺参数选择不当,在薄截面和尖角处产生过热。

(2)预防措施

1)钢材入库前应严格进行检验,严防钢材混淆乱放。

2)模具淬火前应进行正确的锻造和球化退火,以确保良好的球化组织。

 3)正确制定模具淬火加热工艺规范,严格控制淬火加热温度和保温时间。

4)定期检测和校正测温仪表,保证仪表正常工作。

5)模具在炉中加热时应与电极或加热元件保持适当的距离。

6 线切割前的模具热处理

核心提示:造成冷作模具损坏的因素很多,模具热处理工艺的好坏是提高模具使用寿命的一个关键因素,必须引起足够的重视。热处理工艺不合适,易使模具尺寸发生变化。冷作模具产生变形、开裂、硬度过高或过低、硬度不均匀等等,其根本原因是淬火或回火工艺不当。

根据多年生产实践证明,采用线切割加工冷作凸、凹模,加工后产生了变形甚至开裂,尤以碳素工具钢为甚。要解决这个问题,除选用合金钢以外,正确选择钢材牌号和掌握锻造工艺,制定正确的模具坯料热处理工艺是非常重要的措施。下面浅析线切割加工模具前的热处理实践。

  一些内型复杂的紧固件冷作模具,在线切割加工前,不仅要求硬度高、强度和韧性好,更重要的是要保证淬透性。在保证力学性能的前提下,要使模具淬火应力处于最低状态,更重要的是采取一些必要的措施。

  (1)大、中型模坯在淬火加热前必须经过650℃预热0.5~1.5h,消除机械加工应力,减少材料由弹性畸变转变为塑性畸变的机会,增加模具的稳定性。

  (2)尽量采用分级淬火或等温淬火工艺,使热应力和组织应力不同时产生。

  (3)严格控制回火温度,要求测温精确,采用温度均匀的油浴炉或循环流动空气电阻炉为佳。淬火后,模坯需趁热回火,铝型材在保证硬度的前提下,尽量提高回火温度。趁热回火实质上是等温淬火,让模具内部形成不稳定的等温淬火马氏体的组织,然后进行二次回火,得到回火马氏体。对于大型模坯,截面较厚的模具有时必须进行第三次回火,最后加人工时效以保证模具的稳定性。

  (4)各种模坯为减少变形量,可以对未加工的模具材料进行一次调质处理。在线切割加工前一般都应进行粗加工,然后进行淬火,以减少线切割加工余量以及线切割后的变形。

  (5)大型模坯经锻造后需高温扩散退火或正火处理一次,再等温球化退火,消除网状碳化物,然后预先调质热处理,细化组织,减少应力。

  (6)对合金工具钢及截面较厚的冷作模具钢和H13、65Nb、GD钢材,淬火温度应提高20~30℃,可以较大地提高淬透性、淬硬性和冲击韧度。

  (7)对于型腔复杂、精度要求较高的模具,采用LD、Cr12MoV钢进行高淬高回二次硬化处理,再次中温回火就可以很好地消除淬火应力。

  (8)为了提高模具寿命进行的氮碳共渗,离子氮化或表面电火花熔渗等化学热处理,应在线切割加工后进行。化学热处理后,其表层的回火稳定性明显提高,为提高模具使用寿命创造了条件。

  (9)对于淬透性差且尺寸既大又厚的CrWMn钢及GCr15、9Mn2V钢的模具,由于淬不透会造成模具内应力很大,在线切割时及之后很容易产生较大的变形,甚至开裂。因而需采取预先开腔的办法。即淬火前在需要线切割处预留1—2mm的线切割加工余量,经过淬火后再进行切割。预先开腔淬火具有刃口部分易淬硬的优点,且改变了内应力的分布状态。因此,不会产生变形和开裂,质量较优。

7 结束语

综上所述,在热处理实际生产服务过程中只有根据理论及实际经验,严谨地制定出合理的工艺制度 ,并在操作 过程中严格执行,才能保证加工的产品满足客户的需要。采用了正确的工艺制度,克服了模具热面进行改性,大大提高了模具的使用寿命 ,满足了挤压生产的要求。

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