CN108546801B - 一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法，属于钢铁材料加工技术领域。该方法利用磁场、电场技术，对服役一段时间、尚未失效的热锻模，在磁场和电场的共同作用下进行复合去应力处理，以延长热锻模的使用寿命。具体为：当热锻模型腔工作表面硬度相对于服役前降低了10～20％时，将其上、下模从模锻设备上取下合在一起，并将其置于磁场和电场中；首先，该热锻模在低电压大电流的电场作用下进行升温，当温度升至150‑220℃范围内时，调节此时的电流以保证热锻模的温度维持在此温度范围内；然后在保温的同时热锻模开始接受磁场作用。利用该方法处理的热锻模，无需再进行任何热处理可直接装机使用，其使用寿命得到明显延长。

Description

一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料加工技术领域，特别是指一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法。
背景技术
热锻模是热模锻生产中必需的关键工艺装备，在模锻件生产中起着举足轻重的作用。这是一种使坯料成形为模锻件的专用工具，即通过传递压力、迫使高温金属毛坯在型腔内通过塑性变形达到锻件成型的专用工具。
在热模锻生产过程中，热锻模的使用寿命直接影响锻件成本的高低，一般来讲，热锻模的制造费用占产品成本的10～30％。不仅如此，热锻模的失效或发生故障而进行模具修理、模具更换等损失时间约占实际生产时间的10％～15％这也影响了生产效率，因此，热锻模的使用寿命直接关系到锻件的成本和生产量，如何提高热锻模的使用寿命，各个国家和各个企业均相当重视，对此开展研究且已取得了较好的技术经济效果。
目前，国内大多数锻造企业，锻模平均寿命为0.5万件左右，甚至更低，和国外相比，存在很大差距。例如，对于一般结构钢的锻造，日本、德国等发达国家的锻模使用寿命一般均可达到1万件左右，其中曲轴模具约0.8～1.1万件；连杆模具约1～1.4万件；汽车转向节模具约1～1.5万件；齿轮模具约2～2.5万件。
根据文献检索结果可以看出，目前提高热锻模具使用寿命的主要措施有：一种是在锻模设计与制造过程中采取的措施，如根据锻模的主要失效形式选择合适的锻模材料、设计合理的锻模结构、提高锻模制造质量等，例如文献(卞正文，AlCrN涂层在热锻模中的应用，模具工业，2015年第41卷第2期，48-51页)针对汽车稳定杆热锻模使用寿命较短的问题，采用AlCrN涂层方法对以W6Mo5CrV2钢为基体的模具型腔表面进行了材料改性，即对模具表面进行强化处理，使模具的使用寿命获得较大提高，降低了使用成本，取得了良好的效果。另一种是对已失效锻模的修复，例如文献(刘元伟，亓翔，，魏训青，宋丙员，热作模具的堆焊修复技术，精密成形工程，2016年第8卷第3期，68-73,77页)介绍了热锻模堆焊修复技术，这是赋予已失效模具新的使用性能的一种再制造工艺方法。即在模具型腔的任意损坏部位焊敷一层特殊的合金层，成为模具基体的一部分后再重新加工制造型腔。
本发明提出的延长热锻模使用寿命的方法，是在热锻模服役过程中，即在模具没有发生失效之前，通过消除或降低模具内积累的应力来延长热锻模的使用寿命。
发明内容
热锻模在服役过程中，其除了承受大的冲击力或压力外，还承受反复加热和冷却引起的热应力，以及炙热坯料在模具型腔中因变形而产生的强烈摩擦作用，常发生塑性变形、热疲劳、磨损等失效形式。一般而言，这些失效的根本原因可以归结为是热锻模内的应力积累到一定程度而引起的。因此，如果在热锻模服役过程中，即在未失效前对其进行去应力处理，使服役时热锻模内产生的应力不超过引起模具失效的危险水平，就可以延长热锻模的使用寿命。
一般而言，对服役一段时间、尚未失效的热锻模，如果单独置于磁场或电场，其服役时产生的应力均会发生降低，但这一过程不仅周期长，耗能大，甚至还可能造成不利的组织形变(如利用电场时而产生的温度场)。因此，本发明提供一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法，来达到延长热锻模使用寿命的目的。这种方法具有处理周期短、耗能小，无不利组织形变等特点；且经过该方法处理的热锻模无需再对其进行任何热处理可以直接装机使用。
该方法利用磁场、电场技术，对服役一段时间、尚未失效的热锻模，在磁场和电场的共同作用下进行延长热锻模使用寿命的复合去应力处理；具体方法如下：
首先，将热锻模上模和热锻模下模从模锻设备上取下并合在一起，置于磁场和电场中；然后，将合在一起的热锻模在低电压大电流的电场作用下进行升温；当温度升至150～220℃范围内时，调节此时的电流保证热锻模的温度维持在此温度范围内；最后，在保温的同时热锻模开始接受磁场作用。
其中，上述服役一段时间、尚未失效的热锻模为热锻模型腔工作表面硬度相对于服役前降低了10-20％的热锻模。
电场采用直流电，电场中电压为5-10V，电流为1000-4500A。
磁场采用脉冲磁场，磁场强度为10000～30000A/m、磁场频率为20～200Hz、磁场作用时间为600～1800s。磁场频率在磁场作用时间的前2/3时间段，为20～50Hz；在后1/3时间段，为50～200Hz。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
利用该方法处理的热锻模，其使用寿命可以延长0.5～1.0倍；不仅如此，该方法还克服了采用单一磁处理或电场处理方法的缺点，即具有处理周期短、耗能小的特点，且无不利组织形变，即利用该方法处理的热锻模无需再进行其它热处理，可以直接装机使用。
附图说明
图1为本发明的利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法原理图。
其中：
1-感应线圈；2-热锻模上模；3-热锻模下模；4-直流电源；5-脉冲电源。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法。
该方法利用磁场、电场技术，对服役一段时间、尚未失效的热锻模，在磁场和电场的共同作用下进行延长热锻模使用寿命的复合去应力处理；如图1所示，该方法具体如下：
首先，将热锻模上模2和热锻模下模3从模锻设备上取下并合在一起，置于磁场和电场中；然后，将合在一起的热锻模在直流电源4产生的低电压大电流的电场作用下进行升温；当温度升至200～300℃范围内时，调节此时的电流保证热锻模的温度维持在此温度范围内；最后，在保温的同时热锻模开始接受磁场作用。其中，磁场通过脉冲电源5和感应线圈1产生。
上述所指服役一段时间、尚未失效的热锻模为热锻模型腔工作表面硬度相对于服役前降低了10-20％的热锻模。
所用电场中电压为5-10V，电流为1000-4500A。且电场采用直流电。
磁场采用脉冲磁场，磁场强度为10000～30000A/m、磁场频率为20～200Hz、磁场作用时间为600～1800s。磁场频率在磁场作用时间的前2/3时间段，为20～50Hz；在后1/3时间段，为50～200Hz。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本实施例采用本发明提出的方法对小型热模锻齿轮坯用的材质为5CrMnMo的热锻模进行去应力处理。具体方法为，服役前，其型腔表面硬度为43HRC。当服役一段时间后，其型腔工作表面硬度降低到38HRC时(即相对于服役前降低了11.6％)，将其从模锻设备上拆下，并将其上、下模合在一起；然后使其在电压为6V，电流为2000A的直流电作用下进行升温，待热锻模温度达到160℃时，调整电流以使热锻模的温度保持在155～165℃范围内，在保温的同时，热锻模开始接受脉冲磁场作用，其磁场强度设为12000A/m、磁场频率设为30Hz；当磁场作用时间为600s后，将磁场频率调整到100Hz再作用300s。至此，结束5CrMnMo热锻模在磁场和电场共同作用下的复合去应力处理。
对经过上述处理的5CrMnMo热锻模直接装机进行服役，结果显示，其锻出的锻件无质量问题，其使用寿命延长0.9倍。
实施例2
本实施例采用本发明提出的方法对中型热模锻齿轮坯用的材质为4Cr5MoSiV1的热锻模进行去应力处理。具体方法为，服役前，其型腔表面硬度为50HRC。当服役一段时间后，其型腔工作表面硬度降低了41HRC时(即相对于服役前降低了18％)，将其从模锻设备上拆下，并将其上、下模合在一起；然后使其在电压为8V，电流为3000A的直流电作用下进行升温，待热锻模温度达到190℃时，调整电流以使热锻模的温度保持在185～195℃范围内，在保温的同时，热锻模开始接受脉冲磁场作用，其磁场强度设为20000A/m、磁场频率设为40Hz；当磁场作用时间为1000s后，将磁场频率调整到120Hz再作用500s。至此，结束4Cr5MoSiV1热锻模在磁场和电场共同作用下的复合去应力处理。
对经过上述处理的4Cr5MoSiV1热锻模直接装机进行服役，结果显示，其锻出的锻件无质量问题，其使用寿命延长0.7倍。
由实施例可见，对服役一段时间、未发生失效的热锻模进行磁场和电场共同作用下的复合去应力处理，可以延长热锻模的使用寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法，其特征在于：利用磁场、电场技术，对服役一段时间、尚未失效的热锻模，在磁场和电场的共同作用下进行延长热锻模使用寿命的复合去应力处理；具体方法如下：
首先，将热锻模上模和热锻模下模从模锻设备上取下并合在一起，置于磁场和电场中；然后，将合在一起的热锻模在低电压大电流的电场作用下进行升温；当温度升至150～220℃范围内时，调节此时的电流保证热锻模的温度维持在此温度范围内；最后，在保温的同时热锻模开始接受磁场作用；
所述电场中电压为5-10V，电流为1000-4500A；
所述电场采用直流电；
所述磁场采用脉冲磁场，磁场强度为10000～30000A/m、磁场频率为20～200Hz、磁场作用时间为600～1800s；
所述磁场频率在磁场作用时间的前2/3时间段，为20～50Hz；在后1/3时间段，为50～200Hz。
2.根据权利要求1所述的利用磁、电场复合作用延长热锻模使用寿命的方法，其特征在于：所述服役一段时间、尚未失效的热锻模为热锻模型腔工作表面硬度相对于服役前降低了10-20％的热锻模。
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