复杂断面铝挤压模具真空淬火

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一、问题

    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：

1、加工路线

    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。 . u" |& [1 c# A. m: ]3 u! v, A

2、热处理

    (1)材料：4Cr5MoSiV1(H13)。 " w) R/ h* q* J

    (2)技术要求：HRC48—52。

    (3)热处理工艺与设备： 2 c1 j K2 m" D6 ?

    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。

    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。 $ o' B1 w* m: W s- j. i

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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。

二、真空油淬与真空低压气淬 ) \7 ^5 s, o5 {" f

1、真空油淬

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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。 6 x" J4 H1 Y p. a: U" \4 [' e

    (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。 & ^8 {7 I" J4 z/ r! o: l8 _

    (3)冷却时真空淬火油洁净，同时有油揽拌，故冷却比较均匀。 ) P+ D7 V* ?3 v% X; P0 T; I( Q

    (4)真空加热时可脱去钢中有害气体，表面没有脱碳或渗碳。 $ Z9 ?9 S! `$ ?3 T

    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。

2、真空低压气淬、

    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：

    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。

三、电加工后表面淬火层再回火处理 * I; L0 }" w! j+ ?

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    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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    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

    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。

    2、跑温模具可采用低压气淬补救。 ! i6 k9 H/ G* c( K/ P& O5 g

    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。 # _; K2 C% q% V; h4 e

    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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