CN106319182B - 一种模具制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种模具制造方法，包括用于对模具表面进行热扩散覆层处理的热扩散覆层处理工艺，其中，模具的材料是模具钢，模具钢的成分中C含量为0.8％至1.5％，Cr含量为7.5％至13％，Mn含量为0.5％至1.5％，Si含量为0.4％至1.0％，Mo含量为0.5％至2.0％，V含量为0.5％至1.5％，S、P含量分别小于0.02％；热扩散覆层处理工艺包括：a.将模具置于均匀含钒熔盐中，进行盐浴并淬火；b.对淬火后的模具进行低温回火；c.对低温回火后的模具根据其尺寸变化再进行高温回火，使模具中的奥氏体转变成马氏体。本发明通过控制模具加工及热扩散覆层处理整个过程，很好地控制了模具的尺寸精度和表面粗糙度，使冲压件尺寸到位。

Description

一种模具制造方法
技术领域
本发明涉及模具制造领域，尤其涉及一种模具制造方法。
背景技术
表面拉毛一直是冲压生产中面临的难题。近年来，伴随着高强钢、尤其是超高强度钢的大量使用，普通的模具表面质量已经很难满足日益苛刻的工作条件，而低质量的模具表面容易造成诸多失效，如崩刃、磨损、拉毛等。目前，在国外，采用粉末冶金钢可以很好解决表面拉毛问题，但采用粉末冶金钢成本过高。国内主要在传统模具钢的基础上进行表面处理，通过表面处理技术提高模具表面硬度和耐磨性。表面改性技术的发展成功了解决了大多数模具出现的问题，因此，表面处理在模具行业中也发挥了越来越重要的作用。
热扩散层覆层(TD覆层)处理技术可以有效解决上述问题。由于热扩散覆层处理温度高，时间长，渗层会引起尺寸偏差，从而影响模具的精度。有效控制模具精度并结合各环节的热处理工艺达到模具产业化生产要求，是关系到热扩散层覆层处理广泛应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模具制造方法，用以有效控制热扩散层覆层处理工艺中模具的精度。
为实现所述目的模具制造方法，其特征在于，所述模具制造方法包括用于对所述模具表面进行处理的热扩散覆层处理工艺，所述热扩散覆层处理工艺包括：
a.对模具进行盐浴并淬火；
b.对淬火后的模具进行低温回火；
c.对低温回火后的模具根据其尺寸变化再进行高温回火。
所述的模具制造方法，其进一步的特点是，所述模具在进行盐浴之前先进行热处理，所述热处理的步骤包括高温淬火和二次高温回火，使金属零件中的奥氏体转变为成马氏体。
所述的模具制造方法，其进一步的特点是，所述低温回火的温度是150℃至250℃，时间是2至4小时；高温回火的温度是450℃至550℃，时间是1至3小时。
所述的模具制造方法，其进一步的特点是，所述模具的成分中C含量为0.8％至1.5％，Cr含量为7.5％至13％，Mn含量为0.5％至1.5％，Si含量为0.4％至1.0％，Mo含量为0.5％至2.0％，V含量为0.5％至1.5％，S、P含量分别小于0.02％。
所述的模具制造方法，其进一步的特点是，在进行所述热处理之后，进行盐浴之前，所述的模具制造方法还依次包括模具精加工和抛光的步骤。
所述的模具制造方法，其进一步的特点是，在进行高温回火之后，所述的模具制造方法还包括抛光的步骤。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过控制模具加工及热扩散覆层处理整个过程，不仅在冷作模具钢表面制备了高硬度、高耐磨性、抗黏着的VC覆层，同时，由于粗糙度降低，摩擦系数减小，模具冲压过程中由于散热好，黏着性降低，模具温度增加相对较小。此外，本发明很好控制了模具的尺寸精度和表面粗糙度，使冲压件的尺寸到位。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为本发明实施例中热扩散覆层处理后模具截面SEM形貌图。
图2为本发明实施例中模块工作时表面摩擦系数对比图。
图3为本发明实施例中模块工作时表面温度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
需要注意的是，图1至图3均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
在本发明的一个实施例中，采用的主要设备包括SG2-5-12坩埚电阻炉，加热部分为铂铑-铂电偶，最高加热温度1200℃；还包括KSJ型温度控制器，控制精度±5℃；还包括辅助设备为电阻式高温回火炉，其工作最高温度600℃。
本发明的一个实施例如下：
1.选材：选取Cr12Mo1V1冷作模具钢。
2.热处理：对模具钢进行高温淬火和二次高温回火，使奥氏体充分转变为回火马氏体，得到模具硬度为61HRC。其中淬火温度1050℃，回火温度500℃。
3.调试：将模块精加工，精磨到模具设定的尺寸，进行装机冲压调试。冲压工件尺寸到位则调试成功。模具尺寸精确到0.010mm；
4.抛光：将模块工作面抛光。要求粗糙度达到Ra0.2--0.80μm；
5.热扩散覆层处理：将模具放到预热炉中加热到500℃，预热30min后将模具置于均匀含钒熔盐中，在1050℃熔盐中，保温10小时，使其表面形成0.011mm的VC覆层(见附图1)；将模具从熔盐中取出，进行空冷淬火；淬火后进行回火：对模块先进行低温回火，回火温度是180℃，回火时间2小时；
6.尺寸调整：低温回火后根据模块尺寸变化，再进行高温回火调整尺寸，温度520℃，时间2小时，保证模具尺寸变化在0.05％以内。
7.抛光：采用沸水将模具表面在热扩散覆层过程中形成的表面附着物清除掉，然后对完成产品工作面及R角进行精抛光处理。工作面粗糙度达到Ra0.10μm。
上述过程第六步中尺寸调整的原理是：相对于盐浴表面处理前的模具，模具在上述第5步热扩散覆层处理并低温回火后，其尺寸将有不同程度的缩小。如果其缩小程度在允许的模具尺寸公差范围内，模具就无需高温回火。如尺寸偏小，则模具需进一步加热至450℃—550℃高温回火1—3小时，尺寸偏小越严重，则回火温度越高。模具经高温回火后尺寸将达到要求。
关于尺寸调整更详细的说明是：模具经第2步热处理后，其组织为回火马氏体；而此模具经第5步处理后其组织为回火马氏体加上一定量的残余奥氏体。由于残余奥氏体的比容小于回火马氏体，因此第5步处理后的模具尺寸相对于处理前会有所缩小，缩小程度取决于残余奥氏体的量。450℃--550℃高温回火处理过程中，奥氏体会转变成马氏体，因此，通过控制高温回火工艺可以控制其膨胀程度，从而控制模具的尺寸。以模具尺寸的缩小量为反馈，对高温回火工艺的控制可采用闭环控制系统来实现。
对模具制造方法制得的模具进行测试发现，同样摩擦条件下，未做热扩散层覆膜处理的摩擦系数为0.62左右，做完热扩散层覆膜处理，摩擦系数降低到0.4(见附图2)。与此同时，摩擦相对温度从60℃降低到38℃(见附图3)。明显提高了模具的磨损性能和散热性。热扩散层覆膜后冲压工件尺寸到位，表面质量无拉毛现象，工件合格，模具使用性能和使用寿命提高。
本发明模具材料的选择是退火态优质模具钢。模具钢成分需满足：C含量0.8％--1.5％，Cr含量7.5％--13％，Mn含量0.5％--1.5％，Si含量0.4％--1.0％，Mo含量0.5％--2.0％，V含量0.5％--1.5％，S、P含量分别小于0.02％。常用的模具钢有国内的Cr12MoV、Cr12Mo1V1、SDC99，日本的SKD11、DC53和美国的ASTM、D2等冷作模具钢。
在本发明的另一个实施例中，选择SKD11作为模具材料，依照前述实施例的步骤，解决了表面处理中结合力差的问题，同时，通过前面控制流程，使其杆径尺寸变形控制在0.05％以内，表面光洁度提高，从而使其寿命提高数十倍，解决了工业生产中产品拉伤问题。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过控制模具加工及热扩散覆层处理整个过程，不仅在冷作模具钢表面制备了高硬度、高耐磨性、抗黏着的VC覆层，同时，由于粗糙度降低，摩擦系数减小，模具冲压过程中由于散热好，黏着性降低，模具温度增加相对较小。此外，很好控制了模具的尺寸精度和表面粗糙度，保证模具尺寸变化在0.05％以内，粗糙度Ra在0.30μm以内。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模具制造方法，其特征在于，所述模具制造方法包括用于对所述模具表面进行热扩散覆层处理的热扩散覆层处理工艺，其中，所述模具的材料是模具钢，所述模具钢的成分中C含量为0.8％至1.5％，Cr含量为7.5％至13％，Mn含量为0.5％至1.5％，Si含量为0.4％至1.0％，Mo含量为0.5％至2.0％，V含量为0.5％至1.5％，S、P含量分别小于0.02％；
所述热扩散覆层处理工艺包括：
a.将所述模具置于均匀含钒熔盐中，进行盐浴并淬火；
b.对淬火后的模具进行低温回火；
c.对低温回火后的模具根据其尺寸变化再进行高温回火，使模具中的奥氏体转变成马氏体。
2.如权利要求1所述的模具制造方法，其特征在于，所述模具在进行盐浴之前先进行热处理，所述热处理的步骤包括高温淬火和二次高温回火。
3.如权利要求1所述的模具制造方法，其特征在于，所述低温回火的温度是150℃至250℃，时间是2至4小时；高温回火的温度是450℃至550℃，时间是1至3小时。
4.如权利要求2所述的模具制造方法，其特征在于，在进行所述热处理之后，进行盐浴之前，所述的模具制造方法还依次包括模具精加工和抛光的步骤。
5.如权利要求1所述的模具制造方法，其特征在于，在进行高温回火之后，所述的模具制造方法还包括抛光的步骤。
6.如权利要求1所述的模具制造方法，其特征在于，所述淬火为空冷淬火。
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