CN106334720A - 一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝型材挤压模具制造技术领域，具体涉及一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具及制造方法，模具包括模具本体和开设于模具本体内的型腔，模具本体内对应型腔的两端分别开设有沉孔，两个沉孔的内侧分别设置有斜台，斜台的倾斜面与型腔之间的夹角为40‑70°；模具的制造方法包括熔炼原料、精炼除气处理、压铸成型、强化热处理和强化表面处理，强化表面处理的采用化学离子氮化方式，提高模具的表面强度，增加模具的耐磨性、耐腐蚀性和抗粘结性。本发明的模具能增加金属颗粒变形量，达到细化晶粒的作用，从而生产出高品质和高质量的铝合金型材。

Description

一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具及制造方法
技术领域
本发明涉及铝型材挤压模具制造技术领域，具体涉及一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具及制造方法。
背景技术
传统的铝型材挤压模具主要有平模面直接挤压模、直身沉孔导流模、导流带反锥度扩展模等均为正常挤压得到普通建筑型材晶粒效果的模具设计，生产使用于冲压型材时，变形刃角位会开裂，晶粒稍微偏大（晶粒级别三级）。随着时代的发展和产品要求逐渐提高，传统的模具设计满足不了新时代高品质产品的质量要求。传统的模具设计是根据产品外观形状以及挤压模具不同位置流量差异所设计，一般能获得合格的挤压产品，能满足建筑和外观要求不高的工业领域，但难以满足高品质冲压氧化。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具，该模具能增加冲压金属的颗粒变形量，细化晶粒，生产出高质量的铝合金型材。
本发明的另一目的在于提供一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，该制造方法能有效地提高模具的表面强度，增加模具的耐磨性、耐腐蚀性和抗粘结性，批量生产稳定性高。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具，包括模具本体和开设于模具本体内的型腔，模具本体内对应型腔的两端分别开设有沉孔，沉孔下沉6mm，可降低冲压铝型材时的挤压力，两个沉孔的内侧分别设置有斜台，斜台的倾斜面与型腔之间的夹角为40-70°，能降低铝合金的粗晶层厚度，增加铝合金的颗粒变形量和改善铝合金组织，达到细化晶粒的作用。
本发明采用CAD结合模拟挤压变形流动特征，设计出符合机台生产产量的热挤压模具二维平面图，再利用CNC数控加工中心、数控慢走丝精密切割、数控电火花等先进加工设备进行加工，保证模具精密度。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，包括如下步骤：
A、熔炼原料：根据模具原料成分的重量百分比要求，熔炼原料制成合金铝液；
B、精炼除气处理：将步骤A熔制得到的合金铝液进行精炼除气处理；
C、压铸成型：将步骤B精炼除气处理后的合金铝液进行压铸成型，制得模具，然后进行预热处理；
D、强化热处理：将步骤C压铸成型后的模具进行强化热处理；
E、强化表面处理：将步骤D强化热处理后的模具进行化学离子氮化强化表面处理。
优选的，所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:5%-10%，Si:4%-6%，Cu:1%-2%，Fe:4%-10%，Mn:0.2%-0.35%，Zn:0.35%-0.65%，Mg:0.02%-0.3%，Ni:0.025%-0.25%，Sn:0.1%-0.2%，Ti:0.1%-0.2%，Pb:0.1%-0.2%，余量为Al。
本发明的铝合金的化学成分均为常见合金元素，并无稀土元素或其它贵重金属，其原材料成本较低，且通过严格控制各元素的重量配比，制得的模具具有较好的强度、韧性、表面强度、耐磨性、耐蚀性和抗粘结性。
优选的，所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:6%-9%，Si:4.5%-5.5%，Cu:1.3%-1.7%，Fe:6%-8%，Mn:0.25%-0.30%，Zn:0.45%-0.55%，Mg:0.12%-0.20%，Ni:0.125%-0.15%，Sn:0.13%-0.17%，Ti:0.13%-0.17%，Pb:0.13%-0.17%，余量为Al。
更为优选的，所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:7.5%，Si:5%，Cu:1.5%，Fe:7%，Mn:0.27%，Zn:0.50%，Mg:0.16%，Ni:0.14%，Sn:0.15%，Ti:0.15%，Pb:0.15%，余量为Al。
优选的，所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.2-0.6%、Yb：0.1-0.5%、Sn：0.16-0.24％、Sc：0.04-0.08%、Zr：0.02-0.06%、Y：0.01-0.05%、As：0.005-0.009%、Sr：0.004-0.008%、B：0.002-0.006%和Hf：0.001-0.005%。
本发明的铝合金通过采用上述元素，并严格控制各元素的重量配比，制得的铝合金强度较好，耐腐蚀性能优良，还具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
更为优选的，所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.3-0.5%、Yb：0.2-0.4%、Sn：0.18-0.22％、Sc：0.05-0.07%、Zr：0.03-0.05%、Y：0.02-0.04%、As：0.006-0.008%、Sr：0.005-0.007%、B：0.003-0.005%和Hf：0.002-0.004%。
更为优选的，所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.4%、Yb：0.3%、Sn：0.20％、Sc：0.06%、Zr：0.04%、Y：0.03%、As：0.007%、Sr：0.006%、B：0.004%和Hf：0.003%。
优选的，所述步骤A中，熔炼原料的温度为930-960℃，原料完全熔化后，冷却至710-760℃，静置5-10min。本发明通过严格控制熔炼原料的温度和冷却后的温度，可以提高模具的强度和韧性。
优选的，所述步骤B中，精炼除气处理的温度为690-730℃。本发明通过严格控制精炼除气处理的温度，去除铝合金熔体中的气体和夹杂物，解决铝合金在压铸成型时形成针孔、疏松等铸造缺陷的问题。
优选的，所述步骤C中，合金铝液的温度为640-680℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为180-220℃。本发明的合金铝液通过双层浇道的侧注式浇注方式倒入制作型腔内，实现了平稳充型和良好的补缩效果,生产的模具满足气密性和导电性的工艺需求。
优选的，所述步骤C中，模具预热处理的温度为500-550℃，然后将模具温度降至300-350℃，保温2-4h。本发明通过严格控制模具的预热处理温度，保证了后续强化热处理的正常进行，以及生产出外观和内部质量良好的合格模具。
优选的，所述步骤D中，将模具升温至350-400℃，保温0.3-0.6h，然后在保护气氛中分2次分段升温至700-850℃，油淬后冷却至150-160℃，再升温至450-500℃，回火保温0.5-1.5h。本发明通过对模具进行强化热处理，改变内部组织性能，使增加模具的强度，使其能够在高温、高压的工作环境下长时间工作而不会损坏，提高了模具的综合性能和使用寿命，进一步加强铝合金模具表面的耐磨、耐腐蚀和耐高温冲击性能。
本发明的有益效果在于：本发明的模具通过在模具本体的型腔两端设置沉孔和斜台，降低铝合金的粗晶层厚度，增加铝合金的颗粒变形量和改善铝合金组织，达到细化晶粒的作用，得到较高的延伸率，满足冲压铝型材的要求，并提高模具上机合格率，降低生产成本。
本发明的制造方法通过采用化学离子氮化强化表面处理，保持模具原有的强度和韧性，提高模具的表面强度，增加模具的耐磨性、耐蚀性和抗粘结性，提高模具批量生产的稳定性和质量稳定性，从而提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的截面图。
附图标记为：
1—模具本体 2—型腔 3—沉孔 4—斜台。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具，模具包括模具本体1和开设于模具本体1内的型腔2，模具本体1内对应型腔2的两端分别开设有沉孔3，两个沉孔3的内侧分别设置有斜台4，斜台4的倾斜面与型腔2之间的夹角为40°。
一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，包括如下步骤：
A、熔炼原料：根据模具原料成分的重量百分比要求，熔炼原料制成合金铝液；
B、精炼除气处理：将步骤A熔制得到的合金铝液进行精炼除气处理；
C、压铸成型：将步骤B精炼除气处理后的合金铝液进行压铸成型，制得模具，然后进行预热处理；
D、强化热处理：将步骤C压铸成型后的模具进行强化热处理；
E、强化表面处理：将步骤D强化热处理后的模具进行化学离子氮化强化表面处理。
所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:5%，Si:4%，Cu:1%，Fe:4%，Mn:0.2%，Zn:0.35%，Mg:0.02%，Ni:0.025%，Sn:0.1%，Ti:0.1%，Pb:0.1%，余量为Al。
所述步骤A中，熔炼原料的温度为930℃，原料完全熔化后，冷却至710℃，静置5min。
所述步骤B中，精炼除气处理的温度为690℃。
所述步骤C中，合金铝液的温度为640℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为180℃。模具预热处理的温度为500℃，然后将模具温度降至300℃，保温2h。
所述步骤D中，将模具升温至350℃，保温0.3h，然后在保护气氛中分2次分段升温至700℃，油淬后冷却至150℃，再升温至450℃，回火保温0.5h。
实施例2
本实施例与上述实施例1的区别在于：斜台4的倾斜面与型腔2之间的夹角为48°。
所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:6.2%，Si:4.5%，Cu:1.2%，Fe:5.5%，Mn:0.24%，Zn:0.42%，Mg:0.08%，Ni:0.075%，Sn:0.12%，Ti:0.12%，Pb:0.12%，余量为Al。
所述步骤A中，熔炼原料的温度为937℃，原料完全熔化后，冷却至722℃，静置6.2min。
所述步骤B中，精炼除气处理的温度为700℃。
所述步骤C中，合金铝液的温度为650℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为190℃。模具预热处理的温度为512℃，然后将模具温度降至312℃，保温2.5h。
所述步骤D中，将模具升温至362℃，保温0.38h，然后在保护气氛中分2次分段升温至735℃，油淬后冷却至152℃，再升温至462℃，回火保温0.7h。
实施例3
本实施例与上述实施例1的区别在于：斜台4的倾斜面与型腔2之间的夹角为56°。
所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:7.4%，Si:5%，Cu:1.5%，Fe:7%，Mn:0.27%，Zn:0.50%，Mg:0.14%，Ni:0.125%，Sn:0.15%，Ti:0.15%，Pb:0.15%，余量为Al。
所述步骤A中，熔炼原料的温度为945℃，原料完全熔化后，冷却至734℃，静置7.4min。
所述步骤B中，精炼除气处理的温度为710℃。
所述步骤C中，合金铝液的温度为660℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为200℃。模具预热处理的温度为524℃，然后将模具温度降至324℃，保温3h。
所述步骤D中，将模具升温至374℃，保温0.46h，然后在保护气氛中分2次分段升温至770℃，油淬后冷却至155℃，再升温至474℃，回火保温1h。
实施例4
本实施例与上述实施例1的区别在于：斜台4的倾斜面与型腔2之间的夹角为63°。
所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:8.6%，Si:5.5%，Cu:1.7%，Fe:8.5%，Mn:0.31%，Zn:0.58%，Mg:0.24%，Ni:0.175%，Sn:0.17%，Ti:0.17%，Pb:0.17%，余量为Al。
所述步骤A中，熔炼原料的温度为953℃，原料完全熔化后，冷却至746℃，静置8.6min。
所述步骤B中，精炼除气处理的温度为720℃。
所述步骤C中，合金铝液的温度为670℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为210℃。模具预热处理的温度为536℃，然后将模具温度降至336℃，保温3.5h。
所述步骤D中，将模具升温至386℃，保温0.52h，然后在保护气氛中分2次分段升温至815℃，油淬后冷却至158℃，再升温至486℃，回火保温1.3h。
实施例5
本实施例与上述实施例1的区别在于：斜台4的倾斜面与型腔2之间的夹角为70°。
所述步骤A中，模具的化学成分包括以下重量百分比的元素：Cr:10%，Si:6%，Cu:2%，Fe:10%，Mn:0.35%，Zn:0.35%-0.65%，Mg: 0.3%，Ni: 0.25%，Sn:0.2%，Ti:0.2%，Pb:0.2%，余量为Al。
所述步骤A中，熔炼原料的温度为960℃，原料完全熔化后，冷却至760℃，静置10min。
所述步骤B中，精炼除气处理的温度为730℃。
所述步骤C中，合金铝液的温度为680℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为220℃。模具预热处理的温度为550℃，然后将模具温度降至350℃，保温4h。
所述步骤D中，将模具升温至400℃，保温0.6h，然后在保护气氛中分2次分段升温至850℃，油淬后冷却至160℃，再升温至500℃，回火保温1.5h。
实施例6
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：
所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.2%、Yb：0.1%、Sn：0.16％、Sc：0.04%、Zr：0.02%、Y：0.01%、As：0.005%、Sr：0.004%、B：0.002%和Hf：0.001%。
实施例7
本实施例与上述实施例2的不同之处在于：
所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.3%、Yb：0.2%、Sn：0.18％、Sc：0.05%、Zr：0.03%、Y：0.02%、As：0.006%、Sr：0.005%、B：0.003%和Hf：0.002%。
实施例8
本实施例与上述实施例3的不同之处在于：所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.4%、Yb：0.3%、Sn：0.20％、Sc：0.06%、Zr：0.04%、Y：0.03%、As：0.007%、Sr：0.006%、B：0.004%和Hf：0.003%。
实施例9
本实施例与上述实施例4的不同之处在于：所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.5%、Yb：0.4%、Sn：0.22％、Sc：0.07%、Zr：0.05%、Y：0.04%、As：0.008%、Sr：0.007%、B：0.005%和Hf：0.004%。
实施例10
本实施例与上述实施例5的不同之处在于：所述步骤A中，模具的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.6%、Yb：0.5%、Sn：0.24％、Sc：0.08%、Zr：0.06%、Y：0.05%、As：0.009%、Sr：0.008%、B：0.006%和Hf：0.005%。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具，模具包括模具本体和开设于模具本体内的型腔，其特征在于：模具本体内对应型腔的两端分别开设有沉孔，两个沉孔的内侧分别设置有斜台，斜台的倾斜面与型腔之间的夹角为40-70°。
2.如权利要求1所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、熔炼原料：根据模具原料成分的重量百分比要求，熔炼原料制成合金铝液；
B、精炼除气处理：将步骤A熔制得到的合金铝液进行精炼除气处理；
C、压铸成型：将步骤B精炼除气处理后的合金铝液进行压铸成型，制得模具，然后进行预热处理；
D、强化热处理：将步骤C压铸成型后的模具进行强化热处理；
E、强化表面处理：将步骤D强化热处理后的模具进行化学离子氮化强化表面处理。
3.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤A中，模具的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Cr:5%-10%，Si:4%-6%，Cu:1%-2%，Fe:4%-10%，Mn:0.2%-0.35%，Zn:0.35%-0.65%，Mg:0.02%-0.3%，Ni:0.025%-0.25%，Sn:0.1%-0.2%，Ti:0.1%-0.2%，Pb:0.1%-0.2%，余量为Al。
4.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤A中，模具的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Cr:6%-9%，Si:4.5%-5.5%，Cu:1.3%-1.7%，Fe:6%-8%，Mn:0.25%-0.30%，Zn:0.45%-0.55%，Mg:0.12%-0.20%，Ni:0.125%-0.15%，Sn:0.13%-0.17%，Ti:0.13%-0.17%，Pb:0.13%-0.17%，余量为Al。
5.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤A中，模具的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Cr:7.5%，Si:5%，Cu:1.5%，Fe:7%，Mn:0.27%，Zn:0.50%，Mg:0.16%，Ni:0.14%，Sn:0.15%，Ti:0.15%，Pb:0.15%，余量为Al。
6.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤A中，熔炼原料的温度为930-960℃，原料完全熔化后，冷却至710-760℃，静置5-10min。
7.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤B中，精炼除气处理的温度为690-730℃。
8.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤C中，合金铝液的温度为640-680℃，合金铝液通过双层浇道的浇注方式倒入制作型腔内进行压铸成型，制作型腔的预热温度为180-220℃。
9.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤C中，模具预热处理的温度为500-550℃，然后将模具温度降至300-350℃，保温2-4h。
10.根据权利要求2所述的一种改善铝合金冲压型材内部组织结构的模具的制造方法，其特征在于：所述步骤D中，将模具升温至350-400℃，保温0.3-0.6h，然后在保护气氛中分2次分段升温至700-850℃，油淬后冷却至150-160℃，再升温至450-500℃，回火保温0.5-1.5h。
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