CN109676333A - 一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，属于高合金材料锻造模具加工领域。步骤一：模具基体材质预处理；步骤二：机械加工，在模具基材上铣出焊接层深度及形状，焊层面加工成阶梯状，由工作面最高点向低点递减的阶梯状；步骤三：焊前热处理，对基材进行热处理；步骤四：工作面堆焊，锻模工作面的型面采用放射状焊单元分格堆焊，由中心向四周环形放射状焊接；步骤五：焊后热处理，对堆焊完成的模具进行焊后热处理；步骤六：数控加工打磨，对锻模型腔进行加工，并对工作面进行打磨。本发明提高了锻模的性能，提高锻模的使用寿命，根据锻造产品的特殊性，采用放射状的焊接工艺，提高了工作面的稳定性，减少了锻模的磨损。

Description

一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺
技术领域
本发明属于硬质合金生产的技术领域，具体的涉及一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺。
背景技术
锻模是热模锻的工具。锻模模膛制成与所需锻件凹凸相反的相应形状，并作合适的分型。将锻件坯料加热到金属的再结晶温度上的锻造温度范围内，放在段模上，再利用锻造设备的压力将坯料锻造成带有飞边或极小飞边的锻件。锻模对高温状态下的金属进行加工，工作条件较差，需承受反复冲击载荷和冷热交变作用，产生很高的应力。金属流动时还会产生摩擦效应，因此模具在作业条件下应具有高的强度、硬度、耐磨性、韧性、耐氧化性、热传导性和抗热裂性。
传统的锻模型面的加工工艺，均直接毛坯料进行机械加工，毛坯料都为大批量生产，虽然工厂在出产前均做退火处理，其内部的晶粒较大、组织结构不均匀，由于毛坯件存在较大的内应力，在后期型面热处理会存在开裂隐患，造成资源的浪费。即使完成型面的加工，在工作面加工时，也会存在开裂和崩溃的隐患，影响装置的使用寿命。现有的堆焊层结构面选择存在不足，存在较大的应力变形，最终导致工作面的使用寿命。现有的锻模生产周期长，模具利用率低，大大增加生产成本。
此类问题急需解决，在保证型面的使用性能的基础上，通过选择合理地堆焊结构面，大大降低型面工作过程中的应力变形。同时降低生产周期，提高模具利用率，降低生产成本。
发明内容
本方法所要解决现有技术中的不足，故此提出一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，步骤如下：
步骤一：模具基体材质预处理
对模具基体100进行球化退火处理，加热到700～750℃保温2-4小时，然后以每小时20-40℃的速度缓冷到550-600℃出炉，进行空冷至室温；
步骤二：机械加工
在模具基体上铣出焊接层的形状和深度，焊接层面加工成由工作面的中心向四周逐级递减的阶梯状结构；
步骤三：焊前热处理
对模具基体进行焊前热处理，依次进行去应力、淬火和回火工序，从而得到相应的基体硬度；
步骤四：工作面堆焊
模具工作面的型面采用分区、分层堆焊焊接工艺，由中心向四周呈环形放射状进行焊接，得到模具的堆焊层，焊接时保证恒温，恒温温度为400-450℃；
步骤五：焊后热处理
对堆焊完成的模具进行焊后热处理，焊后热处理的温度控制为560-600℃；
步骤六：数控加工打磨
对模具型腔进行加工，并对工作面进行打磨，所有工作面进行圆滑过渡，光洁度在1.6以内。
进一步的，在步骤三中，焊前热处理的具体步骤：
S1、将机械加工后的模具基材进行高温回火处理，回火温度为600-650℃；
S2、回火完成后，加热进行淬火处理，淬火温度为830-880℃；
S3、淬火完成后，进行中温回火，回火温度为350-450℃；中温回火完成后进行低温回火，回火温度为150-250℃。
进一步的，在步骤四中，模具的堆焊层是由过渡层和工作层按先后顺序组合、堆叠而成；所述过渡层在模具堆焊层的底部，且与模具基体连接；所述工作层在过渡层的上方，且工作层突出模具基体的表面。
进一步的，所述过渡层由中心至四周依次为第六堆焊层、第五堆焊层、第四堆焊层、第三堆焊层、第二堆焊层和第一堆焊层；所述工作层有中心至四周依次为第七堆焊层、第八堆焊层、第九堆焊层、第十堆焊层、第十一堆焊层和第十二堆焊层。
进一步的，所述工作层的堆焊层由第七堆焊层向第十二堆焊层呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为3-5mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为8-12mm。
进一步的，所述过渡层的堆焊层由第六堆焊层向第一堆焊层呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为5-7mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为10-15mm。
进一步的，所述第六堆焊层、第五堆焊层、第四堆焊层、第三堆焊层、第二堆焊层和第一堆焊层均与模具基体为垂直相接。
进一步的，所述第六堆焊层至第一堆焊层的焊层厚度逐级增加。
进一步的，所述第七堆焊层至第十二堆焊层的焊层厚度逐级增加。
进一步的，在步骤五中，焊后热处理的具体步骤：
对堆焊完成的模具进行热处理，将模具随炉以每小时40-50℃的速度升温至560-600℃，并保温8-10小时；
完成后，随炉冷却至180-220℃，出炉冷却至室温。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
(1)毛坯件大多都是大批量生产，导致毛坯件的切削性能达不到要求，故在机械加工前，进行球化退火处理，消除内应力和热加工缺陷，获得均匀的组织结构，降低其模具基体的硬度，改善其切削性能，提高模具基体的稳定性，有利于提高产品的质量。
(2)在球化退火后，铣出阶梯状结构的焊层面，便于后续的堆焊工作。同时阶梯状结构，可以增大模具基体与焊层的接触面积，有利于提高焊层硬度、强度和耐磨性。
(3)焊层面的阶梯状结构由中心向四周的厚度逐级递增，可以提高堆焊层的稳固性。保证顶部的受力可以向四周进行分散，避免顶部出现加大的应力形变，大大提高锻模的使用寿命。
(4)焊前热处理可以将模具基体内部的应力完全消除，其硬度、强度、良好的塑性和韧性均达到最佳。焊前热处理可以对焊接层进行预热，避免堆焊时由于温差较大产生开裂、夹渣、层间脱落等缺陷。
(5)堆焊过程中进行保温处理，避免相邻堆焊层之间出现应力集中，增强焊层间连接性，提高其焊层使用性能，同时降低焊后热处理的加工周期。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为过渡层的俯视图；
图3为过渡层和工作层连接处的剖面图。
图中：100、模具基体，200、过渡层，201、第六堆焊层，202、第五堆焊层，203、第四堆焊层，204、第三堆焊层，205、第二堆焊层，206、第一堆焊层，301、第七堆焊层，302、第八堆焊层，303、第九堆焊层，304、第十堆焊层，305、第十一堆焊层，306、第十二堆焊层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：选用模具基材选用56NiCrMoV7材质。
步骤一：模具基体材质预处理
对模具基体100进行球化退火处理，加热到720℃保温4小时，然后以每小时20℃的速度缓冷到550℃出炉，进行空冷至室温；
步骤二：机械加工
在模具基体100上铣出焊接层的形状和深度，焊接层面加工成由工作面的中心向四周逐级递减的阶梯状结构，可以增大模具基体与焊层的接触面积，有利于提高焊层硬度、强度和耐磨性；
步骤三：焊前热处理
对模具基体100进行焊前热处理，依次进行去应力、淬火和回火工序：
S1、将机械加工后的模具基体100进行高温回火处理，回火温度为600℃；
S2、回火完成后，加热进行淬火处理，淬火温度为830℃；
S3、淬火完成后，进行中温回火，回火温度为400℃；中温回火完成后进行低温回火，回火温度为150℃。
从而得到相应模具基体100的硬度为HRC48；
步骤四：工作面堆焊
模具工作面的型面采用分区、分层堆焊焊接工艺，采用德国Binzel的RB610D气保焊枪、焊机型号为使用美国Miller的Dimension812焊枪，电压为310-由中心向四周呈环形放射状进行焊接，得到模具的堆焊层，每焊一层均使用风镐锤击消散其焊接应力，焊接时使用石棉对模具基体进行双层恒温，恒温温度为400℃，防止堆焊层之间温度差过大影响堆焊的焊接效果；
模具的堆焊层是由过渡层200和工作层300按先后顺序组合、堆叠而成；过渡层200在模具堆焊层的底部，且与模具基体100连接；工作层300在过渡层200的上方，且工作层200突出模具基体100的表面；
过渡层200由中心至四周依次为第六堆焊层201、第五堆焊层202、第四堆焊层203、第三堆焊层204、第二堆焊层205和第一堆焊层206；
工作层300有中心至四周依次为第七堆焊层301、第八堆焊层302、第九堆焊层303、第十堆焊层304、第十一堆焊层305和第十二堆焊层306；
可以提高堆焊层的稳固性。保证顶部的受力可以向四周进行分散，避免顶部出现加大的应力形变，大大提高锻模的使用寿命；
工作层300的堆焊层由第七堆焊层301向第十二堆焊层306呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为4mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为8mm；
过渡层200的堆焊层由第六堆焊层201向第一堆焊层206呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为6mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为12mm；
步骤五：焊后热处理
对堆焊完成的模具进行焊后热处理，焊后热处理的温度控制为560℃；
对堆焊完成的模具进行热处理，将模具随炉以每小时40℃的速度升温至560℃，并保温10小时；
完成后，随炉冷却至180℃，出炉冷却至室温；
步骤六：数控加工打磨
对模具型腔进行加工，并对工作面进行打磨，所有工作面进行圆滑过渡，光洁度在1.6。
实施例2：
与实施例1不同的是：
第六堆焊层201、第五堆焊层202、第四堆焊层203、第三堆焊层204、第二堆焊层205和第一堆焊层206均与模具基体100为垂直相接。
第六堆焊层201至第一堆焊层206的焊层厚度逐级增加。
第七堆焊层301至第十二堆焊层302的焊层厚度逐级增加。
焊层厚度逐级增加有利于后期工作面工作时，第十二堆焊层306的应力分散至第七堆焊层301，防止应力变形过大，影响模具的使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于，步骤如下：
步骤一：模具基体(100)材质预处理
对模具基体(100)进行球化退火处理，加热到700～750℃保温2-4小时，然后以每小时20-40℃的速度缓冷到550-600℃出炉，进行空冷至室温；
步骤二：机械加工
在模具基体(100)上铣出焊接层的形状和深度，焊接层面加工成由工作面的中心向四周逐级递减的阶梯状结构；
步骤三：焊前热处理
对模具基体(100)进行焊前热处理，依次进行去应力、淬火和回火工序，从而得到相应的模具基体(100)强度和硬度；
步骤四：工作面堆焊
模具工作面的型面采用分区、分层堆焊焊接工艺，由中心向四周呈环形放射状进行焊接，得到模具的堆焊层，焊接时保证恒温，温度在400-450℃之间；
步骤五：焊后热处理
对堆焊完成的模具进行焊后热处理，焊后热处理的温度控制为560-600℃；
步骤六：数控加工打磨
对模具型腔进行加工，并对工作面进行打磨，所有工作面进行圆滑过渡，光洁度在1.6以内。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：在步骤三中，焊前热处理的具体步骤：
S1、将机械加工后的模具基材(100)进行高温回火处理，回火温度为600-650℃；
S2、回火完成后，加热进行淬火处理，淬火温度为830-880℃；
S3、淬火完成后，进行中温回火，回火温度为350-450℃；中温回火完成后进行低温回火，回火温度为150-250℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：在步骤四中，模具的堆焊层是由过渡层(200)和工作层(300)按先后顺序组合、堆叠而成；所述过渡层(200)在模具堆焊层的底部，且与模具基体(100)连接；所述工作层(300)在过渡层(200)的上方，且工作层(300)突出模具基体(100)的表面。
4.根据权利要求3所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述过渡层(200)自中心至四周依次为第六堆焊层(201)、第五堆焊层(202)、第四堆焊层(203)、第三堆焊层(204)、第二堆焊层(205)和第一堆焊层(206)；所述工作层(300)自中心至四周依次为第七堆焊层(301)、第八堆焊层(302)、第九堆焊层(303)、第十堆焊层(304)、第十一堆焊层(305)和第十二堆焊层(306)。
5.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述工作层(300)的堆焊层由第七堆焊层(301)向第十二堆焊层(306)呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为3-5mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为8-12mm。
6.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述过渡层(200)的堆焊层由第六堆焊层(201)向第一堆焊层(206)呈放射阶梯状依次进行堆焊，相邻堆焊层之间的高度差为5-7mm，根据锻件产品的外形尺寸，每一圈堆焊层的宽度为10-15mm。
7.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述第六堆焊层(201)、第五堆焊层(202)、第四堆焊层(203)、第三堆焊层(204)、第二堆焊层(205)和第一堆焊层(206)均与模具基体(100)为垂直相接。
8.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述第六堆焊层(201)至第一堆焊层(206)的焊层厚度逐级增加。
9.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：所述第七堆焊层(301)至第十二堆焊层(306)的焊层厚度逐级增加。
10.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨钛合金锻造模具型面加工工艺，其特征在于：在步骤五中，焊后热处理的具体步骤：
对堆焊完成的模具进行热处理，将模具随炉以每小时40-50℃的速度升温至560-600℃，并保温8-10小时；
完成后，随炉冷却至180-220℃，出炉冷却至室温。
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