压铸模具制造中与热处理相关事项介绍

　　摘要：压铸模具的材料选择、硬度、寿命等与模具的热处理工艺有密切的关系。本文以压铸模具的制造、使用流程为依据，逐步分析每个阶段中与热处理有关的事项及注意要点，对实际生产具有一定的指导意义。

目前，市场上用于压铸的模具主要用于铝合金压铸、镁合金压铸、锌合金压铸、铜合金压铸，由于压铸温度较高，模具材料需要有较强的抗回火性能、耐高温腐蚀性能等，另外须考虑机加工是否方便，涉及使用硬度、抛光性能、抗磨性能、韧性、抗压性能、切削性能、焊接性能、电加工性能等，生产过程中考虑脱模是否方便考虑模具材料的可氮化性能，以上提到的性能不仅以模具钢材的本身特性有关，还与热处理加工工艺密切相关，例如模具的硬度主要靠热处理保障，所以在各种工艺中模具热处理技术也越来越多地影响着模具业的发展，下面就模具制造流程简要介绍一下压铸模具的制造、使用的流程中，与热处理方面相关的事项及注意要点。

1 压铸模具的制造、使用的典型流程

如图1所示。

2 在每个步骤的工艺中，与热处理有关的事项如下。

（1）设计阶段

与热处理有关的主要：1）须考虑选用的材料能否达到的最高硬度和钢材使用的最佳硬度，这将决定热处理淬火+回火工艺，一般情况下，压铸模的使用硬度在HRC48-52最为常见，而市场上常用的压铸模具材料有美国钢材H11、H13，瑞典钢材8402、8407、HOTVAR、DIEVAR、QRO-90，日本SKD61，英国BH11，德国X38CrMoV51等，这类钢材的最高硬度在HRC57左右，选材时一般需要咨询钢材供应商钢材的最高硬度。2）不但需要考虑单个零件的硬度，还需要考虑整幅模具零件的硬度关系。在模具使用过程中，模具均会失效，如果达到设计要求，正常使用下的磨损失效被认为正常失效。如果设计硬度选择不当，则形成冲蚀、磨粒磨损、拉伤等各类非正常失效，严重影响模具寿命。所以考虑同一幅模具中公模、母模哪一个比较重要，不同的厂商对模具的要求不同，如有的厂商需要产品的外表面美观，则型腔比较重要，而制造壳体等零件，常见为型芯较为重要，在设计时注意较为重要的部分比另一部分洛氏硬度高1-2，这样可以防止咬模，即在模具热处理工程中，型芯、型腔用不同的回火工艺。

（2）选材阶段

需要考虑工作温度，温度越高，需选用抗回火性能越好的钢材，如果模具寿命较少，则可选用稍差的钢种以降低成本。

（3）排样阶段

在排样时除了考虑介于材料外，还须考虑钢材是否需要去表皮，如果需要，则适当放余量，一般进口钢材，去表皮的惯用厚度为1毫米左右，这样可以防止热处理过程中组织转化引起的开裂。

（4）落料过程

压铸模常会有体积较大的零件，工作面要靠材料内侧，因为材料表面常有杂质，氧化皮等，在淬火或有深冷处理的工艺过程，黑皮常常会引起开裂，所以材料外表面作为工件非工作面是较好的，在落料时注意标记哪一个面是工作面，如图2所示。

（5）粗加工过程

应该注意三个方面：1）工件材料预留量，预留量的的选择除了考虑加工预留量，还必须预留热处理变形量。一般形状规则的工件（圆柱体、长方体），进口钢材的热处理变形量

可淬火压铸模具的热处理的一般工序是：根据奥氏体化温度选择可同炉淬火的钢种、清洗、装炉排样，确定分级升温工艺，确定奥氏体化工艺，确定第二次回火温度，测硬度值，确定第三次回火温度测硬度值。在热处理准备时，注意区分装炉的钢种，可与H13钢同炉淬火的有8402、8407、DIEVAR、SKD61等，而不能同炉淬火的有HOTVAR、QRO-90等。另外，大零件、小零件最好不要同炉淬火，因为淬火的气压不一样，在同一炉中，淬火的氮气压力是由最大工件的有效厚度决定的。一般模具经过模具粗加工，模具表面有切削液、油脂等，需要超声波清洗。为达到气淬设备的最大利用率，在工件较多时，需要排样，先确定需要悬挂的淬火工件，此类工件一般为细长的工件，淬火易变形。而后确定要塞石棉和包不锈钢丝网的工件，此类工件有易变形的型腔、孔穴、尖角。因为形状规则的圆柱和长方体变形最小，所以为控制变形须将工件进行适当排列，例，如图4中所示形状的组合体最好放在一起：

淬火装炉时工件要分层排放，一般为两层，这样可控制同一块模具不同部位的硬度差。为控制工件在升温过程中的表面温度和中心温度的温差，一般需要二级分级升温，H13钢常用的温度为560oC～850oC，奥氏体化温度1025 oC。形状较为规则的、对变形无严格要求的可以只用一级分级升温。在奥氏体化时，一般钢种为防止合金成分的损失需要加气体分压，另外，为防止晶粒长大，奥氏体化时间不宜过长，需要根据装炉时最大的工件确定气淬压力和奥氏体化温度，H13钢一般控制在150分钟左右。气淬完成后，需要在工件到50度后出炉，一般为气体循环冷却2小时左右。压铸模钢种都有二次硬化曲线，一般选择高温回火，低温回火在对工件韧性，表面光洁度等有特殊要求时使用，一般不能用于压铸模具。压铸模第一次回火的作用主要是调整工件的组织应力，促进残余奥氏体的马氏体相变，所以，冷却后需马上回火。H13钢的一次回火一般用560oC。第二次回火的作用主要为调整硬度，温度需要根据硬度值不同而不同，此工序做得好坏是整个热处理的关键，例如H13钢HRC52-54的第二次回火用560oC，第二次回火后需要测定工件的硬度，第三次回火的温度需要根据测定的硬度值作相应的调整，因此，第三次回火的作用为增加工件的抗回火性能和对工件硬度的微调。对于硬度合格的工件，第三次回火采用不改变工件硬度的最高温度，H13钢为560oC左右。第三次回火后测定的硬度值为最终的热处理品检硬度。 在这里要提一下，很多厂商为了模具使用寿命，在淬火和回火结束后作氮化处理（此类工件已机加工到位），那样的话，第三次回火可以省略。目前，市场上先进的氮化技术是真空等离子复合共渗，这种方式的突出优点是共渗温度较低，不会改变基体内部的原始组织，温度低，引起的变形也小。其次为真空气体软氮化技术，这种技术的氮化温度正好在560oC。压铸模具氮化深度要控制在3-5μm，这种深度的模具，可较好地防止氮化层脱落。#p#分页标题#e#

（7）精加工过程

在这个过程中，与热处理相关的是：1）开始加工前，测定工件的整体余量，一般是挠曲和扭曲，如果已超出精加工尺寸要求的工件需要到热处理校正变形，校正的方法是用压板将工件校正到位，做一次回火。此次回火的关键是温度选择在不改变工件硬度值的最高温度，H13钢为560oC。2）加工结束后，取定是否去应力。3）如果有电加工工艺，则回火工艺必须选择高温回火。

（8）表面技术

如果模具需要做表面技术工艺，则回火一定要高温回火。另外前面提到的氮化，也是表面技术的一种。

（9）使用过程

模具在使用过程中，由于压铸温度高，相当于被一次又一次的回火，所以工作温度不能高于压铸模具热处理时第二次回火的温度。另外因为这个原因，压铸模具在使用一段时间后，工作面表面硬度下降是正常现象。

（10）维修保养阶段

主要有以下几点：1）注意模具失效形式，如果是龟裂，可以焊补，焊补后须去应力，另外需要反馈到设计及热处理相关部门，适当提高模具的硬度。2）如果模具表面质量下降，有裂纹和毛刺，可选用ABP+氮化工艺或ABP+氧化工艺的模具热处理修复工艺。3）如果脱模引起模具实效，可选用ABP+氮化，或ABP+氧化，也可以用氮化+氧化的模具热处理修复工艺。4）模具的定期热处理保养，这种工艺在国外应用较多，在国内不多见，其过程是确定模具达到一定的压铸模数后，需还回热处理部门做回火，此种工艺可适当提高模具寿命。

（11）报费

在这个阶段，需要统计数据反映模具硬度值与模具寿命的关系，以改变和调整淬火+回火温度参数，反映去应力与不去引力模具的寿命对比，经过氮化、ABP+氮化、ABP+氧化、氮化+氧化等不同工艺的模具寿命对比。以上数据的及时反映，将有助于热处理工艺的改进，提高模具寿命，降低成本。

参考文献

[1]《瑞典一胜百纯洁模具钢材》.一胜百模具技术（上海）有限公司.

[2]《国内外刚好对照表》.www.mouldbbs.com.