CN111940611A - 一种提高合金钢冲压模具精密度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模具加工技术领域,公开了一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,通过在模具表面喷涂一层模具硼砂‑碳化钒组合物涂层在受温度变化影响时,具有很强的抗蠕变能力,受到的循环应力水平降低,改造后的合金钢模具不但提高了加工制件的精度,在连续使用1000次下,精密度依然能达到99%,而且使模具的生产性能大幅提高,解决了冲压模具在长期高效的使用过程中,模具表面极易形成凹槽、拉痕、砂眼等质量缺陷,减少了模具的维修时间。
Description
技术领域
本发明属于模具加工技术领域,具体涉及一种提高合金钢冲压模具精密度的方法。
背景技术
冲压模具,是在冷冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备,称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。冲压,是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。在冲压模具中,使用了各种金属材料和非金属材料,主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。制造模具的材料,要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。
在现代工业中,模具是工业发展的重要条件,产品的生产在的很多时候都是依赖于模具加工的,模具品质将会影响产品的品质、效率和生命,模具的品质关乎产品的制造品质等前期使用过程,也会影响维护保养等方面的后续工作。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,不但提高了加工制件的精度,而且使模具的生产性能大幅提高,减少了模具的维修时间,提高了冲压设备的利用率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,对模具表面进行硬度强化处理,具体的,包括以下工艺步骤:
(1)将经过预处理的合金钢冲压模具采用激光喷涂一层硼砂-碳化钒组合物涂层,在650-700℃下保温2-3小时,硼砂-碳化钒组合物中含有质量分数为2-3%的碳化钒,表面形成6-10微米的覆层后,进行冷却处理,先高温淬火,高温淬火温度在580-600℃,高温回火2次,回火温度在500-550℃,保温3-4小时,最后用冷水降温至100-120℃,自然冷却即可;
(2)在模具表面进行磁性磨料电解加工,在S、N两磁极之间加入磁性磨料,使用的磨料按照质量百分比计由以下成分制成:锰铁粉占25-35%、硼铁粉占15-25%、硅铁粉占10-15%、氧化铝占3.5-4.5%、碳化硅占2.5-3.5%、氧化镁占2.0-3.0%、氧化铍占1.5-2.0%、氧化钒占1.0-1.5%、碳化钨占0.5-1.0%、剩余为粘结剂,将上述成分搅拌均匀后在20-25MPa、900-1000℃下加压烧结1-2小时,经粉碎至20-30目大小即可;
(3)将磁化处理后的冲压模具置于氧气和氮混合的气氛中,在500-600℃下氧化5-7小时,然后置于质量浓度为0.35-0.45%的氢氟酸中浸泡20-30分钟,浸泡温度为18-22℃,取出烘干后接着用丙酮溶液超声清洗8-10分钟,然后用清水冲洗,再使用70-80℃的质量浓度为0.14-0.16%的氟锆酸钾溶液浸泡1.5-2.0小时,取出后烘干即可。
作为对上述方案的进一步改进,所述合金钢冲压模具预处理方法为:用磨床将模具表面氧化皮杂质磨掉,依次使用150、300目砂纸进行表面打磨,然后置于丙酮溶液中,超声清洗1-3分钟,置于80-86℃干燥箱中干燥4-6小时即可。
所述硼砂-碳化钒组合物粒径大小在15-60微米之间。
作为对上述方案的进一步改进,步骤(1)中冷水降温速度控制在20-22℃/分钟范围。
作为对上述方案的进一步改进,步骤(2)中所述的粘结剂按照重量份计由以下成分制成:E-44环氧树脂100-110份、邻苯二甲酸二丁酯14-16份、二乙烯三胺8-10份、氧化铝30-35份。
作为对上述方案的进一步改进,步骤(3)中所述的氧气和氮气混合气氛中,氧气所占体积分数为70-80%。
本发明相比现有技术具有以下优点:为了解决现有合金钢冲压磨具在使用过程中消耗导致的制件精密度下降的问题,本发明提供了一种提高冲压模具精密度的方法,通过在模具表面喷涂一层模具硼砂-碳化钒组合物涂层在受温度变化影响时,具有很强的抗蠕变能力,受到的循环应力水平降低,改造后的模具不但提高了加工制件的精度,在连续使用1000次下,精密度依然能达到99%,而且使模具的生产性能大幅提高,解决了冲压模具在长期高效的使用过程中,模具表面极易形成凹槽、拉痕、砂眼等质量缺陷,减少了模具的维修时间,提高了冲压设备的利用率,有效改善合金钢冲压模具使用性能,延长高频率使用下的寿命长度,不仅降低了资源消耗,还节省了企业成本,具有广泛的应用前景,为新型耐磨、抗冲击性材料的研究奠定了基础。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,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所提供的技术方案。
实施例1
一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,对模具表面进行硬度强化处理,具体的,包括以下工艺步骤:
S1:将经过预处理的合金钢冲压模具采用激光喷涂一层硼砂-碳化钒组合物涂层,在650℃下保温2小时,硼砂-碳化钒组合物中含有质量分数为2%的碳化钒,表面形成6微米的覆层后,进行冷却处理,先高温淬火,高温淬火温度在580℃,高温回火2次,回火温度在500℃,保温3小时,最后用冷水降温至100℃,自然冷却即可;
S2:在模具表面进行磁性磨料电解加工,在S、N两磁极之间加入磁性磨料,使用的磨料按照质量百分比计由以下成分制成:锰铁粉占25%、硼铁粉占15%、硅铁粉占10%、氧化铝占3.5%、碳化硅占2.5%、氧化镁占2.0%、氧化铍占1.5%、氧化钒占1.0%、碳化钨占0.5%、剩余为粘结剂,将上述成分搅拌均匀后在20MPa、900-℃下加压烧结1小时,经粉碎至20目大小即可;
S3:将磁化处理后的冲压模具置于氧气和氮混合的气氛中,在500℃下氧化5小时,然后置于质量浓度为0.35%的氢氟酸中浸泡20分钟,浸泡温度为18℃,取出烘干后接着用丙酮溶液超声清洗8分钟,然后用清水冲洗,再使用70℃的质量浓度为0.14%的氟锆酸钾溶液浸泡1.5小时,取出后烘干即可。
进一步的,步骤(1)所述合金钢冲压模具预处理方法为:用磨床将模具表面氧化皮杂质磨掉,依次使用150、300目砂纸进行表面打磨,然后置于丙酮溶液中,超声清洗1分钟,置于80℃干燥箱中干燥4小时即可。
进一步的,步骤(1)所述硼砂-碳化钒组合物粒径大小在15-60微米之间。
进一步的,步骤(1)中冷水降温速度控制在20-22℃/分钟范围。
进一步的,步骤(2)中所述的粘结剂按照重量份计由以下成分制成:E-44环氧树脂100份、邻苯二甲酸二丁酯14份、二乙烯三胺8份、氧化铝30份。
进一步的,步骤(3)中所述的氧气和氮气混合气氛中,氧气所占体积分数为70%。
实施例2
一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,对模具表面进行硬度强化处理,具体的,包括以下工艺步骤:
S1:将经过预处理的合金钢冲压模具采用激光喷涂一层硼砂-碳化钒组合物涂层,在680℃下保温2.5小时,硼砂-碳化钒组合物中含有质量分数为2.5%的碳化钒,表面形成8微米的覆层后,进行冷却处理,先高温淬火,高温淬火温度在590℃,高温回火2次,回火温度在530℃,保温3.5小时,最后用冷水降温至110℃,自然冷却即可;
S2:在模具表面进行磁性磨料电解加工,在S、N两磁极之间加入磁性磨料,使用的磨料按照质量百分比计由以下成分制成:锰铁粉占30%、硼铁粉占20%、硅铁粉占12%、氧化铝占4.0%、碳化硅占3.0%、氧化镁占2.5%、氧化铍占1.8%、氧化钒占1.2%、碳化钨占0.8%、剩余为粘结剂,将上述成分搅拌均匀后在22MPa、950℃下加压烧结1.5小时,经粉碎至25目大小即可;
S3:将磁化处理后的冲压模具置于氧气和氮混合的气氛中,在550℃下氧化6小时,然后置于质量浓度为0.40%的氢氟酸中浸泡25分钟,浸泡温度为20℃,取出烘干后接着用丙酮溶液超声清洗9分钟,然后用清水冲洗,再使用75℃的质量浓度为0.15%的氟锆酸钾溶液浸泡1.8小时,取出后烘干即可。
进一步的,步骤(1)所述合金钢冲压模具预处理方法为:用磨床将模具表面氧化皮杂质磨掉,依次使用150、300目砂纸进行表面打磨,然后置于丙酮溶液中,超声清洗1-3分钟,置于80-86℃干燥箱中干燥4-6小时即可。
进一步的,步骤(1)所述硼砂-碳化钒组合物粒径大小在15-60微米之间。
进一步的,步骤(1)中冷水降温速度控制在20-22℃/分钟范围。
进一步的,步骤(2)中所述的粘结剂按照重量份计由以下成分制成:E-44环氧树脂105份、邻苯二甲酸二丁酯15份、二乙烯三胺9份、氧化铝33份。
进一步的,步骤(3)中所述的氧气和氮气混合气氛中,氧气所占体积分数为75%。
实施例3
一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,对模具表面进行硬度强化处理,具体的,包括以下工艺步骤:
S1:将经过预处理的合金钢冲压模具采用激光喷涂一层硼砂-碳化钒组合物涂层,在700℃下保温3小时,硼砂-碳化钒组合物中含有质量分数为3%的碳化钒,表面形成10微米的覆层后,进行冷却处理,先高温淬火,高温淬火温度在600℃,高温回火2次,回火温度在550℃,保温4小时,最后用冷水降温至120℃,自然冷却即可;
S2:在模具表面进行磁性磨料电解加工,在S、N两磁极之间加入磁性磨料,使用的磨料按照质量百分比计由以下成分制成:锰铁粉占35%、硼铁粉占25%、硅铁粉占15%、氧化铝占4.5%、碳化硅占3.5%、氧化镁占3.0%、氧化铍占2.0%、氧化钒占1.5%、碳化钨占1.0%、剩余为粘结剂,将上述成分搅拌均匀后在25MPa、1000℃下加压烧结2小时,经粉碎至30目大小即可;
S3:将磁化处理后的冲压模具置于氧气和氮混合的气氛中,在600℃下氧化7小时,然后置于质量浓度为0.45%的氢氟酸中浸泡30分钟,浸泡温度为22℃,取出烘干后接着用丙酮溶液超声清洗10分钟,然后用清水冲洗,再使用80℃的质量浓度为0.16%的氟锆酸钾溶液浸泡2.0小时,取出后烘干即可。
进一步的,步骤(1)所述合金钢冲压模具预处理方法为:用磨床将模具表面氧化皮杂质磨掉,依次使用150、300目砂纸进行表面打磨,然后置于丙酮溶液中,超声清洗3分钟,置于86℃干燥箱中干燥6小时即可。
进一步的,步骤(1)所述硼砂-碳化钒组合物粒径大小在15-60微米之间。
进一步的,步骤(1)中冷水降温速度控制在20-22℃/分钟范围。
进一步的,步骤(2)中所述的粘结剂按照重量份计由以下成分制成:E-44环氧树脂110份、邻苯二甲酸二丁酯16份、二乙烯三胺10份、氧化铝35份。
进一步的,步骤(3)中所述的氧气和氮气混合气氛中,氧气所占体积分数为80%。
对照组使用中国发明公开号为CN201610248300.0 公开的一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法代替实施例的模具处理方法,其余保持不变。
一、性能实验
使用本发明实施例1-3和对照组的方法处理合金钢冲压模具材料,以对照组说明书中实施例1所述合金钢元素成分以及锻造方法加工制备试样,试样长宽厚分别为180毫米、100毫米、15毫米,每组选择5个试样,分别进行处理,采用GB/T 37782-2019标准测定试样性能变化,比较本发明所述处理方法和对照组对于模具材料性能的影响,保持试验中无关变量一致,统计有效平均值(实验前利用统计学方法进行试验设计,然后进行试验并记录试验数据,分析得到试验结果,过程中充分利用统计学工具对结果加以最大程度的解释),结果如下表所示:
项目 | 布氏硬度(HB) | 屈服点(MPa) | 室温拉伸强度(MPa) |
实施例1 | 189 | 440 | 695 |
实施例2 | 192 | 445 | 698 |
实施例3 | 190 | 442 | 696 |
对照组 | 182 | 426 | 688 |
本发明提高了合金钢冲压设备的利用率,有效改善合金钢冲压模具使用性能,延长高频率使用下的寿命长度,不仅降低了资源消耗,还节省了企业成本,具有广泛的应用前景,为新型耐磨、抗冲击性材料的研究奠定了基础。
Claims (6)
1.一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将经过预处理的合金钢冲压模具采用激光喷涂一层硼砂-碳化钒组合物涂层,在650-700℃下保温2-3小时,硼砂-碳化钒组合物中含有质量分数为2-3%的碳化钒,表面形成6-10微米的覆层后,进行冷却处理,先高温淬火,高温淬火温度在580-600℃,高温回火2次,回火温度在500-550℃,保温3-4小时,最后用冷水降温至100-120℃,自然冷却即可;
(2)在模具表面进行磁性磨料电解加工,在S、N两磁极之间加入磁性磨料,使用的磨料按照质量百分比计由以下成分制成:锰铁粉占25-35%、硼铁粉占15-25%、硅铁粉占10-15%、氧化铝占3.5-4.5%、碳化硅占2.5-3.5%、氧化镁占2.0-3.0%、氧化铍占1.5-2.0%、氧化钒占1.0-1.5%、碳化钨占0.5-1.0%、剩余为粘结剂,将上述成分搅拌均匀后在20-25MPa、900-1000℃下加压烧结1-2小时,经粉碎至20-30目大小即可;
(3)将磁化处理后的冲压模具置于氧气和氮混合的气氛中,在500-600℃下氧化5-7小时,然后置于质量浓度为0.35-0.45%的氢氟酸中浸泡20-30分钟,浸泡温度为18-22℃,取出烘干后接着用丙酮溶液超声清洗8-10分钟,然后用清水冲洗,再使用70-80℃的质量浓度为0.14-0.16%的氟锆酸钾溶液浸泡1.5-2.0小时,取出后烘干即可。
2.如权利要求1所述一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,步骤(1)所述合金钢冲压模具预处理方法为:用磨床将模具表面氧化皮杂质磨掉,依次使用150、300目砂纸进行表面打磨,然后置于丙酮溶液中,超声清洗1-3分钟,置于80-86℃干燥箱中干燥4-6小时即可。
3.如权利要求1所述一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,步骤(1)所述硼砂-碳化钒组合物粒径大小在15-60微米之间。
4.如权利要求1所述一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,步骤(1)中冷水降温速度控制在20-22℃/分钟范围。
5.如权利要求1所述一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,步骤(2)中所述的粘结剂按照重量份计由以下成分制成:E-44环氧树脂100-110份、邻苯二甲酸二丁酯14-16份、二乙烯三胺8-10份、氧化铝30-35份。
6.如权利要求1所述一种提高合金钢冲压模具精密度的方法,其特征在于,所述步骤(3)中所述的氧气和氮气混合气氛中,氧气所占体积分数为70-80%。
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