CN105215242A - 一种型腔（凹心）模块的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种型腔（凹心）模块的锻造方法，通过热加工采用多火次、多方向锻造，控制不同火次、不同方向压下量，改善内部组织；利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）保证尺寸外形合格；热处理采用正火+回火，使组织硬度均匀。本发明与现有技术相比具有下列优点：①控制冶炼出钢温度，改善大锭铸态组织，减少成分偏析；②通过多火次、多方向锻造方式使大截面模块力学性能满足标准要求；③利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心），克服钢坯走铁不均匀，满足尺寸外形要求；④采用锻造接近模具外形的型腔（凹心）模块，在机械加工模具过程中能够减少加工步骤、节约时间、减少了金属料的浪费。
Description
技术领域
本发明属于金属锻造方法，具体涉及一种型腔（凹心）模块的锻造方法，用于制造生产塑料制品用的塑料模具。
背景技术
模具钢是特殊的合金钢，其中塑料模具钢主要用于将塑料采用模压成形的方法制造成塑料制品的各种模具，包括碳素塑料模具钢、预硬化塑料模具钢、易切削塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、高耐磨塑料模具钢等。大截面、型腔（凹心）模块属于碳素塑料模具钢，模块制成模具后，模具在塑料成型过程中要承受各向压力，为保持尺寸精度，需要较高的力学性能和硬度，因此较高的力学性能和硬度是衡量该类品种实物质量水平的重要技术指标。高力学性能和硬度指标要求钢材具有均匀的内部组织，组织不均匀会降低钢的力学性能及硬度和均匀性，并导致模具在使用过程中出现变形、开裂等问题。由于受大钢锭、大截面钢材的尺寸限制，在锻造大截面、型腔（凹心）模块时内部组织很难达到均匀，力学性能和硬度越难以保证；另一难点在于锻压型腔（凹心）时，钢坯各方向走铁不均匀，造成钢材尺寸外形较差，需要利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具保证尺寸外形合格。目前国内外没有大截面型腔（凹心）模块锻造方法的技术经验。国内外在制造小截面异型锻件时，存在金属钢坯走铁不均匀、锻件各处组织不均匀、性能指标难以满足标准及表面外形较差等问题，本发明也借鉴了一些解决以上问题的方法。国内外在制造大型模具时，大都采用锻造模块后，经过机械加工制成模具，在机械加工模具过程中加工步骤多、耗时长、浪费金属料。
发明内容
本发明公开一种型腔（凹心）模块的锻造方法，目的是通过采用锻造接近模具外形的型腔（凹心）模块,提高力学性能和硬度以及确保型腔（凹心）模块尺寸外形合格。
为实现上述目的本发明的技术方案是通过热加工采用多火次多方向锻造，通过控制不同火次不同方向压下量改善内部组织，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）保证尺寸外形合格；热处理采用正火+回火，使组织硬度均匀。
具体工艺步骤：
1.炼钢工艺：
①大型型腔（凹心）模块化学成分（%）：C：0.52～0.58、Si：0.15～0.35、Mn：0.60～0.90、Cr：≤0.30、Ni：≤0.20、Cu：≤0.30、S：≤0.005、P：≤0.020，其余为Fe和不可避免的杂质。
②采用UHP+LF+VD炼钢，控制VD出钢温度浇注钢锭，保证钢锭内部铸态组织。
2.锻造工艺：采用多火次多方向锻造，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心），大致分为四个步骤：
第一步，钢锭一火加热，钢锭压钳把锻造：①加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为18h～20h；②锻压机对钢锭头部进行压钳把变形锻造；③终锻温度为≥850℃；
第二步，钢锭回炉二火加热，钢锭一次镦粗，一次拔长：①压钳把后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行一次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行一次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；
第三步，钢锭回炉三火加热，钢锭二次镦粗：①拔长后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行二次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行二次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；
第四步，成品锻造：将镦粗后的钢锭进行成品锻造，要有两道重压，每道次压下量在180mm～200mm之间，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）。
3.成品材锻后红送热处理，温度为880℃，消除锻造过程中产生的内应力，降低硬度，改善切削加工性。
4.成品材外形尺寸及力学性能指标
①成品材尺寸范围为600mm～1100mm×900mm～1300mm，尺寸外形厚度、宽度公差：0～+20mm，棱角处圆角半径≤15mm，弯曲度≤5mm/m，全长弯曲度≤0.5%L，钢材的每个面交角为90°±4°。
②力学性能；抗拉强度≥649MPa，屈服强度≥300MPa，断后伸长率≥15%，布氏硬度（HBW）170～212。
③实物料探伤水平达到SEP1921标准C/c级别。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
①控制冶炼出钢温度，改善大锭铸态组织，减少成分偏析；
②通过多火次、多方向锻造方式使大截面模块力学性能满足标准要求；
③利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心），克服钢坯走铁不均匀，满足尺寸外形要求。
④采用锻造接近模具外形的型腔（凹心）模块，在机械加工模具过程中节约时间，减少加工步骤，避免了金属材料的浪费。
附图说明
图1是实施例1型腔（凹心）模块立体图示意图；
图2是实施例1型腔（凹心）模块尺寸标注图；
图3是实施例2型腔（凹心）模块立体图示意图；
图4是实施例2型腔（凹心）模块尺寸标注图；
图5是实施例3型腔（凹心）模块立体图示意图；
图6是实施例3型腔（凹心）模块尺寸标注图；
图7是型腔（凹心）模块力学性能检验取样位置图;
图8是型腔（凹心）模块实物照片。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1
尺寸外形为（900+20/-0×1000+20/-0）mm型腔（凹心）模块。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD炼钢，浇注30t锭型一支，VD出钢温度1565℃,炉号:13203013752；
2.锻造：①锻造时，将钢锭一火加热至1230℃，保温18h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2350mm，镦后钢锭高度1150mm，镦粗比≥2，一次拔长成1300mm×1200mm扁方2550mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2550mm，镦后钢锭高度1270mm，镦粗比≥2；如图1、图2所示，二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量190mm、第二道次压下量180mm，保证心部变形，用宽砧锻压成980mm×1080mm模块，宽度和厚度方向各加80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。每火次的终锻温度为≥850℃。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，温度为880℃，消除锻造过程中产生的内应力，降低硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果
①型腔（凹心）模块化学成分分析结果见表1。
表1%
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Cu |
| 0.55 | 0.74 | 0.25 | 0.003 | 0.011 | 0.16 | 0.08 | 0.09 |
②表面检查合格；外形如图2所示，厚度910mm，宽度1015mm，长度2970mm，槽深390mm，槽长980mm。
③力学性能检验取样位置见图7，检验结果见表2，合格。
表2
④热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足C/c级别，合格。
实施例2
尺寸外形为（850+20/-0×970+20/-0）mm型腔（凹心）模块。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD炼钢，浇注27t锭型一支，VD出钢温度1565℃,炉号:13203013752；
2.锻造：①锻造时，将钢锭一火加热至1230℃，保温18h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2320mm，镦后钢锭高度1150mm，镦粗比≥2，一次拔长成1200mm×1100mm扁方2580mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2580mm，镦后钢锭高度1270mm，镦粗比≥2；如图3、图4所示，二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量180mm、第二道次压下量180mm，保证心部变形，用宽砧锻压成930mm×1050mm模块，宽度和厚度方向各加80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。每火次终锻温度为≥850℃。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，温度为880℃，消除锻造过程中产生的内应力，降低硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果：
①型腔（凹心）模块化学成分分析结果见表3。
表3%
②表面检查合格；外形如图2所示，厚度862mm，宽度985mm，长度2920mm，槽深392mm，槽长990mm。
③力学性能检验取样位置见图7，检验结果见表4，合格。
表4
④热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足C/c级别，合格。
实施例3
尺寸外形为982+20/-0mm×1015+20/-0mm型腔（凹心）模块。
1.冶炼：采用UHP+LF+VD炼钢，浇注33t锭型一支，VD出钢温度1560℃,炉号:13203023903；
2.锻造：①锻造时，将钢锭一火加热至1230℃，保温20h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2380mm，镦后钢锭高度1160mm，镦粗比≥2，一次拔长成1300mm×1200mm扁方2560mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2560mm，镦后钢锭高度1250mm，镦粗比≥2；如图5、图6所示，二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量200mm、第二道次压下量195mm，保证心部变形，用宽砧锻压成1060mm×1090mm模块，宽度和厚度方向各加约80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。每火次终锻温度为≥850℃。
3.热处理：成品材锻后红送热处理，温度为880℃，消除锻造过程中产生的内应力，降低硬度，改善切削加工性。
4.理化检验结果：
①型腔（凹心）模块化学成分分析结果见表5。
表5%
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Ni | Cu |
| 0.57 | 0.75 | 0.25 | 0.005 | 0.007 | 0.07 | 0.04 | 0.09 |
②表面检查合格；外形如图6所示，厚度988mm，宽度1028mm，长度2710mm，槽深390mm，槽长990mm。
③力学性能检验取样位置见图7，检验结果见表6，合格。
表6
④热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足C/c级别，合格。
附：实施例工艺参数表长度单位：mm
Claims (4)
1.一种型腔（凹心）模块的锻造方法，其特征在于：所述锻造方法是通过热加工采用多火次、多方向锻造，控制不同火次、不同方向压下量；利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）；锻后热处理采用正火+回火；
所述锻造方法：采用多火次多方向锻造，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心），大致分为四个步骤：
第一步，钢锭一火加热，钢锭压钳把锻造：①加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为18h～20h；②锻压机对钢锭头部进行压钳把变形锻造；③终锻温度为≥850℃；
第二步，钢锭回炉二火加热，钢锭一次镦粗，一次拔长：①压钳把后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行一次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行一次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；
第三步，钢锭回炉三火加热，钢锭二次镦粗：①拔长后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行二次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行二次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；
第四步，成品锻造：将镦粗后的钢锭进行成品锻造，要有两道重压，每道次压下量在180mm～200mm之间，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）；
所述热处理：成品材锻后红送热处理，温度为880℃。
2.根据权利要求1所述一种型腔（凹心）模块的锻造方法，其特征在于：所述锻造方法：①将钢锭一火加热至1230℃，保温18h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2350mm，镦后钢锭高度1150mm，镦粗比≥2，一次拔长成1300mm×1200mm扁方、2550mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2550mm，镦后钢锭高度1270mm，镦粗比≥2；④二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量190mm、第二道次压下量180mm，保证心部变形，用宽砧锻压成980mm×1080mm模块，宽度和厚度方向各加80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。
3.根据权利要求1所述一种型腔（凹心）模块的锻造方法，其特征在于：所述锻造方法：①将钢锭一火加热至1230℃，保温18h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2320mm，镦后钢锭高度1150mm，镦粗比≥2，一次拔长成1200mm×1100mm扁方2580mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2580mm，镦后钢锭高度1270mm，镦粗比≥2；④二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量180mm、第二道次压下量180mm，保证心部变形，用宽砧锻压成930mm×1050mm模块，宽度和厚度方向各加80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。
4.根据权利要求1所述一种型腔（凹心）模块的锻造方法，其特征在于：所述锻造方法：①将钢锭一火加热至1230℃，保温20h后压钳把；②钢锭返回炉二火加热至1230℃，保温4h后一次镦粗，镦前钢锭高度2380mm，镦后钢锭高度1160mm，镦粗比≥2，一次拔长成1300mm×1200mm扁方2560mm长；③钢锭回炉三火加热至1230℃，保温5h后二次镦粗，镦前钢锭高度2560mm，镦后钢锭高度1250mm，镦粗比≥2；④二次拔长成材有两道重压，第一道次压下量200mm、第二道次压下量195mm，保证心部变形，用宽砧锻压成1060mm×1090mm模块，宽度和厚度方向各加约80mm，然后换窄砧在剁刀上刻印200mm深，在大平台上沿刻印处锻压凹槽300mm深，压槽后锻压整形成材。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |