CN108942105A - 一种热冲压成形模具镶块的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热冲压成形模具镶块的制备方法，步骤如下：（1）在普通锻钢或铸钢基体上加工出随形冷却水道的下半部分形状，将与随形冷却水道形状相对应的铜合金管道安置在所述的下半部分形状处；（2）在所述基体和铜合金管道表面上进行过渡层的电弧增材制造，所述过渡层为铜合金材料；（3）将电弧增材完毕后的模具镶块高温回火后缓冷，并将过渡层机械加工到距离模具工作表面下1~2mm；（4）在经机加工后的过渡层表面上激光熔覆耐高温磨损的强化层，并对激光熔覆后的强化层进行机械加工，使其满足模具工作表面形状和尺寸精度要求。本发明方法既解决了随形冷却水道加工难的问题，而且还提高了冷却效率，降低了模具制造成本。

Description

一种热冲压成形模具镶块的制备方法

技术领域

本发明属于模具制备领域，具体涉及一种热冲压成形模具镶块的制备方法。

背景技术

热冲压模具的设计在热冲压成形工艺中占有重要的地位，板料的成形和淬火均在热冲压模具中完成，热冲压模具冷却水道的设计质量直接影响着模具的冷却效果。传统的冷却水道通常为直线型水道，当热冲压件形状复杂时，热冲压模具冷却均匀性差，冷却效率低，影响最终产品的质量和生产效率。根据热冲压成形模具冷却管道开设方式的不同，目前主要有钻孔式加工方法、镶拼式加工方法和预埋式铸造加工方法，但是现有冷却水道的加工方法存在加工困难、冷却效率低、制造成本高、模具镶块机械强度差等问题。

随形冷却水道是随模具型腔变化而变化的冷却水道，水道与模具型面的距离一致，冷却均匀性好，冷却效率高。公开号为CN10412905A的专利公开了一种带随形冷却水道注塑模具的制造方法，该方法是采用选择性激光溶化成型技术将金属粉末材料制造成随形冷却水道，将制造的随形冷却水道固定于浇注模具本体的浇注腔中，采用浇注成型技术将熔化的金属浇注成型模具本体，再在模具本体上浇注出型腔。该方法增强了冷却水道的传热效果，但是该方法制备的模具耐高温磨损性能一般，使用寿命不长，而且随形冷却水道加工方式复杂。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种热冲压成形模具镶块的制备方法，解决随形冷却水道加工困难的问题，而且该方法还能提高模具的使用寿命、降低模具的制造成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热冲压成形模具镶块的制备方法，包括如下步骤：

（1）在普通锻钢或铸钢基体上加工出随形冷却水道的下半部分形状，将与随形冷却水道形状相对应的铜合金管道安置在所述的下半部分形状处；

（2）在所述基体和铜合金管道表面上进行过渡层的电弧增材制造，所述过渡层为铜合金材料；

（3）将电弧增材完毕后的模具镶块高温回火后缓冷，消除焊接残余应力，并将过渡层机械加工到距离模具工作表面下1~2mm；

（4）在经机加工后的过渡层表面上激光熔覆耐高温磨损的强化层，并对激光熔覆后的强化层进行机械加工，使其满足模具工作表面形状和尺寸精度要求。

作为优化，所述随形冷却水道的横截面为圆形、椭圆形或矩形。随形冷却水道可根据实际需要选择不同的形状，可以为横截面为圆形、椭圆形或矩形的形状，也可以为其他形状。

作为优化，所述过渡层材料焊至模具工作表面上下1mm的范围内。本发明过渡层为铜合金材料，热传导效率高、强度及韧性好，可以和铜合金管道配合，提高传热效率。

作为优化，所述强化层材料激光熔覆至模具工作表面上0.1~1mm。强化层可选择强硬度和韧性好的材料，为耐高温磨损性能层，在热冲压成形模具工作中起主要作用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明通过在镶块基体上预先设置与随形冷却水道形状相适应的铜合金管道，再依次电弧增材过渡层、激光熔覆强化层，解决了随形冷却水道难以加工的问题，该方法加工的随形冷却水道可提高模具工作表面的冷却均匀性，而且铜合金管道与过渡层的铜合金材料配合，可提高传热效率，同时由于过渡层和强化层的设置，可降低模具工作表面与冷却水道顶部的距离，在上述原因的共同作用下，本发明方法制备的模具镶块冷却效率大大提高。

（2）本发明通过依次设置过渡层和强化层，提高了模具镶块工作区域的耐磨损、抗热疲劳等能力，从而提高了模具寿命，而且与采用单一昂贵模具钢材料制备热冲压模具镶块相比，本发明可采用普通铸钢或锻钢作为模具镶块基体，降低了模具制造成本。

（3）本发明结合电弧增材和激光熔覆技术制备热冲压模具，与只采用电弧增材技术相比，节省了材料，减少了机加量，并且提高了强化层的精度，同时还避免了激光熔覆厚度太大，容易出现涂层开裂的问题，从而提高了镶块基体的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例中已加工出随形冷却水道下半部分形状的模具镶块基体的结构示意图。

图2为在模具镶块基体上安置与随形冷却水道形状相对应的铜合金管道的结构示意图。

图3为在模具镶块基体和铜合金管道表面上电弧增材制造出过渡层的结构示意图。

图4为模具镶块的过渡层机械加工后的结构示意图。

图5为在模具镶块的过渡层上激光熔覆制造出强化层的结构示意图。

图中：a为镶块基体，b为铜合金管道，c为随形冷却水道，d为过渡层，e为强化层，f为模具工作表面。

具体实施方式

下面以热冲压成形模具镶块的制备过程对本发明做进一步详细说明，因本发明对现有技术作出创造性贡献的地方在于本发明方法的各步骤，而不是在于热冲压成形模具镶块形状和种类的选择，故本具体实施方式中只列举了一种具体结构的热冲压成形模具镶块对本方法进行详细说明，但是本发明方法中的各步骤对于不同形状和种类的热冲压成形模具，均应视为是适合的。

本实施例制备的热冲压成形模具为普通热冲压成形模具中的镶块，其制备方法包括以下步骤：

1）模具基体材料选用普通锻钢45#，对备好的锻钢坯料进行机加工，加工出随形冷却水道的下半部分形状（如图1所示），预留堆焊余量，模具工作表面与冷却水道中心的距离为15mm。

2）将与随形冷却水道形状相对应的铜合金管道安置在图1中的下半部分形状处（如图2所示）。

3）在镶块基体和铜合金管道表面上进行过渡层材料的电弧增材制造，焊至模具工作表面处（如图3所示）。过渡层材料选用JX035合金焊丝，这样过渡层能与基体结合良好，能有效连接基体层与强化层，降低焊材成本，并提高传热效率。

4）将电弧增材完毕后的模具镶块进行回火后缓冷处理，消除焊接残余应力；

5）对过渡层进行机械加工至模具工作表面下1.5mm（如图4所示）。在过渡层表面激光熔覆钴基合金材料（如图5所示），激光熔覆至模具工作表面上0.4mm。其中激光熔覆的工艺参数为：光斑直径Ø3mm，扫描速度6mm/s，激光功率2700W，送粉量16g/min，搭接系数0.5，该条件可有效避免熔覆层产生气孔和裂纹的问题，提高镶块的力学性能，还有利于过渡层与强化层的结合。

6）对模具镶块进行机械加工，使模具工作表面形状和尺寸精度满足要求。

图5为本实施例制备的模具镶块的结构示意图，本实施例中随形冷却水道的横截面为圆形。本实施例加工出的随形冷却水道的下半部分形状为随形冷却水道形状的一半，实际制备中，也可以小于随形冷却水道形状的一半。

本实施例制备的模具镶块在显微镜下观察，熔覆层质量良好，无气孔、裂纹等缺陷，同时利用维式硬度计对熔覆层硬度进行测量，检测出熔覆层表面硬度可达725.2HV，明显高于常用的热冲压模具制造的H13钢表面硬度（502.0HV）。对熔覆层进行高温摩擦磨损试验，试验力为180N，往复频率为2HZ，试验时间为180min，测得磨损量为12mg，而同样的试验条件下，常用于热冲压模具制造的H13钢的磨损量为15mg。可见本发明方法制备的热冲压模具镶块的硬度、高温耐磨性都有了大幅度提高。

本发明制备的模具镶块经实际应用测试，冷却效率提高了25%，同时本发明基体材料采用便宜的45#锻钢，使成本降低了约20%，同时熔覆层合金材料良好的高温性能以及梯度功能结构的采用使得模具寿命提高了2倍以上，由此使模具总的制造成本降低40%左右。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种热冲压成形模具镶块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在普通锻钢或铸钢基体上加工出随形冷却水道的下半部分形状，将与随形冷却水道形状相对应的铜合金管道安置在所述的下半部分形状处；

（2）在所述基体和铜合金管道表面上进行过渡层的电弧增材制造，所述过渡层为铜合金材料；

（3）将电弧增材完毕后的模具镶块高温回火后缓冷，消除焊接残余应力，并将过渡层机械加工到距离模具工作表面下1~2mm；

（4）在经机加工后的过渡层表面上激光熔覆耐高温磨损的强化层，并对激光熔覆后的强化层进行机械加工，使其满足模具工作表面形状和尺寸精度要求。

2.根据权利要求1所述的热冲压成形模具镶块的制备方法，其特征在于，所述随形冷却水道的横截面为圆形、椭圆形或矩形。

3.根据权利要求1所述的热冲压成形模具镶块的制备方法，其特征在于，所述过渡层材料焊至模具工作表面上下1mm的范围内。

4.根据权利要求1所述的热冲压成形模具镶块的制备方法，其特征在于，所述强化层激光熔覆至模具工作表面上0.1~1mm。