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
1 @& s" W3 y& i    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。
2、热处理
7 N* A" O- `' _) q; h& `    (1)材料：4Cr5MoSiV1(H13)。
    (2)技术要求：HRC48—52。
    (3)热处理工艺与设备：
    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。这种情况下挤压寿命主要取决于氮化质量和次数。
    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)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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% u# O2 ^' b" K3 u5 w二、真空油淬与真空低压气淬
. _1 O- W7 ~- f0 f. I1、真空油淬
! ?; T4 t; B0 }8 k9 p" B+ S# \    工艺如图4示：
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' y' x7 ?4 P) `  x6 ^. e+ v    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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5 a# B0 B, t- w  f5 Y2 K8 v4 n+ Z* o    (1)加热升温有两次等温，升温十分缓慢，热应力很小。
    (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。
/ [* f% s, i8 m# P1 N7 }9 Q3 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。
' e& v+ V( I# U2 A    (4)真空加热时可脱去钢中有害气体，表面没有脱碳或渗碳。
    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：
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7 M3 i& j6 X4 R& J- `6 Q" e; O  R    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
    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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# I! Y: Z$ T9 j# J    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。

/ Y5 Y3 o( ^# K; N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。
: v3 O) G" z- ]+ F    2、跑温模具可采用低压气淬补救。
/ u: k8 h: ?7 x: M9 x; f    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。
' s9 Q2 z& h4 y2 X- i* {7 N    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】</p>