復(fù)雜斷面鋁擠壓模具真空淬火處理
一、問題
本公司是為全國鋁型材行業(yè)500噸—5500噸擠壓機專門制造擠壓模具的專業(yè)公司。每年此模具淬火近100噸，氮化近30噸。模具加工工藝如下：
1、加工路線
粗加工(單面留0.2—0.5mm余量)→淬火→精加工，電加工→打光，裝配試模→氮化。
2、熱處理
(1)材料：4Cr5MoSiV1(H13)。
(2)技術(shù)要求：HRC48—52。
(3)熱處理工藝與設(shè)備：
1020℃加熱，油冷，580℃、550℃兩次回火。設(shè)備為75KW鹽爐，90KW氣體滲碳爐保護加熱，井式回火爐回火。模具試模后在我廠或用戶方氮化處理，方法為普通氣體氮化，工藝為570℃、6小時氮化處理，氮化層深度為0.06—0.08mm，氮化層硬度為HV900。
用以上方法處理一般斷面模具，擠壓桿，積壓筒均可保證在使用中不塌不裂。硬度有的也可放寬為HRC<46—53>。這種情況下擠壓壽命主要取決于氮化質(zhì)量和次數(shù)。
但是近幾年來隨著工業(yè)飛速發(fā)展，各種復(fù)雜斷面電子工業(yè)用散熱片，電機外殼等型材大量需求，如圖1示。這種復(fù)雜斷面的模具約占總量的四分之一左右。
圖1：復(fù)雜斷面鋁型材
這些型材在擠壓時擠壓比很大，流動成型阻力大，模具的某些工作斷面承受極大的剪切應(yīng)力，如圖2，圖3示。模具的懸牙，懸橋在擠壓中早期出現(xiàn)倒牙，塌橋 (HRC<46>)或斷牙，斷橋(HRC53)即使硬度在合格范圍內(nèi)擠壓壽命也不高，怎么解決這個難題?當(dāng)然選用進口鋼材，例如瑞典8407 或日本SKD61，壽命可能提高，但進口料價格80元/kg，比國產(chǎn)料16元/kg高出幾倍，這樣一來在模具價格上用戶不肯接受，所以這是一個課題。(擠壓模具材料費在模具成本中比例較大)。
圖2：散熱片平模模具
圖3：電機殼凸模模具
還有這種情況：在氮化時或擠壓前預(yù)熱時(溫度490℃—520℃)偶爾有跑溫現(xiàn)象發(fā)生，這時模具硬度下降，不能再使用，必須重淬，但這時模具已配合成型，間隙0.02mm左右，如重淬變形是個難題，如不重淬將造成批量報廢，損失較大。這也是生產(chǎn)中遇到的一個課題，針對以上問題，三年來我們采取了以下方法，取得了良好效果，介紹如下。
二、真空油淬與真空低壓氣淬
1、真空油淬
工藝如圖4示：
圖4：真空油淬、回火工藝曲線
由于真空爐比鹽爐，氣體滲碳爐保護加熱有以下明顯優(yōu)點：
(1)加熱升溫有兩次等溫，升溫十分緩慢，熱應(yīng)力很小。
(2)真空加熱恒溫時溫差小，故加熱十分均勻，工藝過程由微機控制，所以各爐次的工藝一致性好，并可避免人工操作帶來的誤差。
(3)冷卻時真空淬火油潔凈，同時有油攬拌，故冷卻比較均勻。
(4)真空加熱時可脫去鋼中有害氣體，表面沒有脫碳或滲碳。
所以真空淬火模具硬度十分均勻，通過回火后硬度可嚴格控制在HRC49—52范圍內(nèi)，模具的各個斷面強度均勻而且有所提高，所以模具壽命有明顯提高。
2、真空低壓氣淬
對跑溫返淬成型模具，我們采用低壓氣淬，在冷室中回充氮氣約7×10 pa，風(fēng)扇攪拌如圖5示：
圖5：真空低壓氣淬工藝曲線
通過多爐生產(chǎn)實踐證明，采用此工藝，截面厚度≤50mm，注意松散擺放，均可淬硬到技術(shù)要求，補救可百分之百成功，變形十分微小。
三、電加工后表面淬火層再回火處理
模具經(jīng)電加工后，尤其是電脈沖加工，在金屬表層會形成15μ-30μ淬火組織，如圖6示：
在復(fù)雜斷面懸牙兩側(cè)存在硬而脆的淬火層，在擠壓時在極大剪切應(yīng)力作用下會形成微細裂紋，逐步擴展而形成掉牙的一個因素，所以我們增加了電加工后530℃-560℃，2小時再回火處理，避免表面氧化;這樣就杜絕了早期掉牙現(xiàn)象產(chǎn)生。
四、結(jié)論
1、復(fù)雜斷面擠壓模具經(jīng)真空淬火與電加工后再回火處理，使模具使用壽命提高2倍，杜絕掉牙，斷橋現(xiàn)象產(chǎn)生。
2、跑溫模具可采用低壓氣淬補救。
3、真空爐雖一次投資高，熱處理價格也比常規(guī)熱處理提高一倍，但對復(fù)雜端面模具而言，非其莫屬，經(jīng)濟效益明顯。
4、ψ730mm氣體保護加熱時，嚴格控制滴量，否則，脫碳嚴重，在檢驗硬度時增加困難，嚴重增碳時因加工量小會影響以后的氮化效果，當(dāng)然有條件的話，使用大型真空爐油淬或高壓氣淬，效果最佳。
