CN114921620B - 一种挤出模具的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及挤出模具制造技术领域，更具体地，涉及一种挤出模具的加工工艺，包括S1：对挤出模具进行第一次抛光处理，而后清洗；S2：进行真空气淬；S3：进行若干次回火处理去除应力；S4：对经回火处理后的挤出模具进行第二次抛光处理，后进行清洗；S5：对经第二次清洗后并烘干的挤出模具进行第一次表面镀膜处理；S6：对挤出模具进行第二次表面镀膜处理，冷却后，完成挤出模具的加工。本发明的目的在于克服现有挤出模具表面耐磨耐腐蚀强度不足，容易损坏成本高的问题，通过提高挤出模具的表面硬度、表面光亮度、耐磨性和耐腐蚀性能，挤出模具在生产过程不易粘模，能够提高挤出工序的挤出效率，提高挤出产品的质量，延长挤出模具使用寿命。

Description

一种挤出模具的加工工艺
技术领域
本发明涉及挤出模具制造技术领域，更具体地，涉及一种挤出模具的加工工艺。
背景技术
在挤出模具生产时，为了把塑料变成熔融状态，需要对整个挤出模具要进行升温加热，针对不同的待加工材料，例如PVC、PPR、PE等，由于原材料性质存在差异，其熔融温度存在差异，一般在170℃-220℃的温度范围之间，熔融状态下的材料长期在挤出模具表面流动，不可避免会对模具表面产生磨损，因此挤出模具的表面性能要求极高，需要要求挤出模具表面耐磨、耐腐蚀，光亮度好，目前通常的做法是对模具表面进行镀硬铬处理。镀铬是一种对环境污染非常大的生产工艺，且能耗也大，要满足环保要求，就要投入污水处理厂。针对管道挤出模具，如何使挤出模具本身的整体硬度提高，以及如何提高挤出模具表面的耐磨/耐腐蚀性能，提高融熔的塑料在模具表面的流动性，从而保证挤出生产的稳定性和延长挤出模具的使用寿命，是挤出模具制备工艺急需解决的问题。
中国专利文献公开了一种模具的加工方法，加工方法包括以下步骤：对模具的表面进行第一次处理后，再对模具进行热处理，经热处理后的模具继续进行第二次表面处理，完成第二次表面处理后的模具的表面进行第一次抛光处理；对经表面抛光处理后的模具的表面进行第一次清洗，以去除模具表面的残留物，再对模具进行自然风干，对自然风干后的模具进行渗氮处理并保持第一预设时间；经渗氮处理后的模具冷却后进行第二次抛光处理，对完成第二次抛光处理的模具进行表面镀膜处理，从而提高模具的工作面强度，从而确保模具的使用寿命，避免对模具进行频繁维修。
但上述方案的加工方法应用于切刀类模具，切刀类模具的工作面极易磨损，其生产加工过程需要针对性的提高工作面强度进行表面处理，但是对于挤出模具来说，在生产时，为了把塑料变成熔融状态，需要对整个模具进行加温，针对不同的材料：PVC、PPR、PE等原材料不同，温度也不一样，一般在170-220℃，由于反复受热，且熔融状态的塑料长期在模具表面流动，会对模具表面产生极大磨损，另外，由于熔融状态的塑料易粘黏在模具中，导致产品挤出过程受阻，从而影响挤出效率和产品质量，因此挤出模具需要有非常好的耐高温性能，同时具有良好的表面性能，这样挤出模具表面不易粘模，使用寿命延长，也能提高挤出工序效率，保证挤出产品质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有挤出模具表面耐磨耐腐蚀强度不足，容易损坏成本高的问题，提供一种挤出模具的加工工艺。本发明通过提高挤出模具的表面耐磨和耐腐蚀性能，大大延长了挤出模具寿命，挤出模具在生产过程不易粘模，能够提高挤出工序的挤出效率，提高挤出产品的质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种挤出模具的加工工艺，具体包括如下步骤：
S1：选用具有防锈、防腐性能的材料作为挤出模具的基材，对挤出模具进行第一次抛光处理，对经第一次抛光处理后的挤出模具进行第一次清洗；
S2：对经第一次清洗后并自然风干的挤出模具进行真空气淬；
S3：对淬火后的挤出模具进行若干次回火处理去除应力；
S4：对经回火处理后的挤出模具进行第二次抛光处理，对经第二次抛光处理后的挤出模具进行第二次清洗；
S5：对经第二次清洗后并烘干的挤出模具进行第一次表面镀膜处理；
S6：对经第一次表面镀膜处理后的挤出模具进行第二次表面镀膜处理，冷却后，完成挤出模具的加工。
进一步的，基材选用高铬钢。
需要说明的是，选用本身具有防锈、防腐性能的材料做挤出模具的基材，能够一定程度保证挤出模具的表面防锈和耐腐蚀性能的基准值，对于挤出模具来说，具有重要意义；通过对该挤出模具进行表面热处理，采用气淬的方式进行淬火，特别针对适用于具有防锈、防腐蚀性能的材料，例如高速钢和高碳高铬钢、工模钢类等材料进行淬火，真空气淬较真空油淬工艺过程更为清洁，属绿色加工范畴，真空淬火模具零件表面不会产生氧化层，变形非常小；同时真空气淬在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体，能够提高零件的耐磨性、整体硬度、抗蚀性与抗高温氧化性；
另需说明的是，针对模具进行多次回火，不仅可消除淬火应力，还能消除残余奥氏体，在回火过程中固定挤出模具的尺寸，防止线割或后期加工开裂；消除组织内应力，提高模具的塑性。其基本原理为通过多次回火不仅可消除淬火应力，还可降低马氏体回火中过饱和的含碳量，从而提高挤出模具的韧塑性，关键是在每一次的回火中，马氏体和残留奥氏体中碳析出后形成细粒碳化物，使残留奥氏体中的碳含量降低，导致工件马氏体转变开始温度点的升高，这样可以在每一次加热后的冷却过程中，使残留奥氏体更易转变成马氏体，经多次反复回火时，残余奥氏体减少，不仅使挤出模具性能稳定，同时在每次加热过程中将上一次转变成的马氏体又进行了回火，所以多次回火能够达到一次回火达不到效果。
进一步的，步骤S2中表面热处理的具体步骤包括：
S21：将经第一次清洗后并自然风干的挤出模具放入真空炉，将温度在90min内升温至650℃后，进行80min的第一次保温；
S22：将温度在50min内继续升温至850℃后，进行120min的第二次保温；
S23：将温度在50min内继续升温至1025℃～1030℃后，进行150min的第三次保温，向真空炉冷却室中充以高纯度的中性气体进行冷却。
需要说明的是，高纯度的中性气体包括但不限于氦气和氮气。考虑到挤出模具的使用场景需要承受一定的冲击载荷，以及挤压膨胀，通过三次淬火，第一次淬火目为后面淬火做组织准备，三次淬火后可提高挤出模具的韧性。
进一步的，步骤S3中多次回火处理具体为：在真空炉中充入氮气，进行三次回火：第一次回火升温至510℃，保持一定预设时间；第二次回火将温度降至510℃，保持一定预设时间；第三次回火将温度降至400℃，保持一定预设时间，直至挤出模具表面硬度达到HRC44-46。
进一步的，三次回火的预设时间均为240min。
这样，三次回火能够提高使挤出模具的性能稳定性，通过每次回火过程，消除淬火应力，还能消除残余奥氏体，在回火过程中固定挤出模具的尺寸，防止线割或后期加工开裂；消除组织内应力，提高模具的塑性。
进一步的，第一次表面镀膜处理具体为：将经第二次清洗后并烘干的挤出模具放入电镀室，调整电镀室处于负压条件下，将挤出模具在20min～30min内升温至220℃，采用大电流、低电压的电弧放电技术，利用气体放电使电镀室中的铬靶材蒸发的物质与气体都发生电离，然后利用电场的加速作用使被蒸发物质及其反应物沉积在挤出模具上，保持一定沉淀时间，给挤出模具镀上打底的铬涂层。
进一步的，沉淀时间为240min～300min。
需要说明的是，镀上打底的铬涂层具有很高的硬度，打底的铬涂层有较好的耐热性，在500℃以下加热，其光泽性、硬度均无明显变化，温度大于500℃开始氧化变色，大于700℃硬度开始降低，铬涂层也具有很好的耐磨性，能够很好的适用于挤出模具在挤出工序中需要耐高温，耐磨的需求。
进一步的，第二次表面镀膜处理具体为：将电镀室中的铬靶材更换为金刚石靶材，在相同的电镀条件下，将经第一次表面镀膜处理处理的挤出模具镀上金刚石涂层。
这样，金刚石涂层表面硬度可达到Hv2500-300，对挤出模具表面起到很好的保护，不刮花且耐腐蚀，例如PVC材料高温分解会产生腐蚀气体HCl，镀上金刚石涂层能够防止挤出模具被腐蚀；金刚石涂层耐高温性能优异，且金刚石涂层具有自润滑性，可解决挤出模具的熔融塑料易粘模的问题。
进一步的，铬涂层和金刚石涂层的整体厚度为1.5μm-2.5μm。
进一步的，第一次抛光处理具体为：先采用砂布叶轮进行一次打磨，再用砂纸进行二次打磨，最后用羊毛球粘钻石膏进行上光处理；二次抛光处理具体为：先采用砂纸进行打磨，再用羊毛球粘钻石膏进行上光处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对管道的挤出模具，把真空气淬、多次回火和多层镀膜应用在挤出模具上，真空气淬较真空油淬工艺过程更为清洁，属绿色加工范畴；同时真空气淬将工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体，能够提高零件的耐磨性、整体硬度、抗蚀性与抗高温氧化性；多次回火不仅可消除淬火应力，使挤出模具性能稳定；挤出模具流道表面二次镀膜，提高工件的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能，大大延长了模具寿命，整个工艺不对环境产生污染。
附图说明
图1为本发明的整体工艺流程图；
图2为本发明中步骤2的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
一种挤出模具的加工工艺，具体包括如下步骤：
S1：选用具有防锈、防腐性能的高铬钢作为挤出模具的基材，对挤出模具进行第一次抛光处理，对经第一次抛光处理后的挤出模具进行第一次清洗；
S2：对经第一次清洗后并自然风干的挤出模具进行真空气淬；
S3：对淬火后的挤出模具进行若干次回火处理去除应力；
S4：对经氮气回火处理后的挤出模具进行第二次抛光处理，对经第二次抛光处理后的挤出模具进行第二次清洗；
S5：对经第二次清洗后并烘干的挤出模具进行第一次表面镀膜处理；
S6：对经第一次表面镀膜处理后的挤出模具进行第二次表面镀膜处理，冷却后，完成挤出模具的加工。
选用本身具有防锈、防腐性能的高铬钢做挤出模具的基材，能够一定程度保证挤出模具的表面防锈和耐腐蚀性能的基准值，对于挤出模具来说，具有重要意义；通过对该挤出模具进行表面热处理，采用气淬的方式进行淬火，特别针对适用于具有防锈、防腐蚀性能的高铬钢，真空气淬较真空油淬工艺过程更为清洁，属绿色加工范畴；同时真空气淬将工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体，能够提高零件的耐磨性、整体硬度、抗蚀性与抗高温氧化性；
针对模具进行多次回火，不仅可消除淬火应力，还能消除残余奥氏体，在回火过程中固定挤出模具的尺寸，防止线割或后期加工开裂；消除组织内应力，提高模具的塑性。其基本原理为通过多次回火不仅可消除淬火应力，还可降低马氏体回火中过饱和的含碳量，从而提高挤出模具的韧塑性，关键是在每一次的回火中，马氏体和残留奥氏体中碳析出后形成细粒碳化物，使残留奥氏体中的碳含量降低，导致工件马氏体转变开始温度点的升高，这样可以在每一次加热后的冷却过程中，使残留奥氏体更易转变成马氏体，经多次反复回火时，残余奥氏体减少，不仅使挤出模具性能稳定，同时在每次加热过程中将上一次转变成的马氏体又进行了回火，所以多次回火能够达到一次回火达不到效果。
本实施例中，步骤S2中表面热处理的具体步骤包括：
S21：将经第一次清洗后并自然风干的挤出模具放入真空炉，将温度在90min内升温至650℃后，进行80min的第一次保温；
S22：将温度在50min内继续升温至850℃后，进行120min的第二次保温；
S23：将温度在50min内继续升温至1025℃～1030℃后，进行150min的第三次保温，向真空炉中充以高纯度的氮气进行冷却。
考虑到挤出模具的使用场景需要承受一定的冲击载荷，以及挤压膨胀，通过三次淬火，第一次淬火目为后面淬火做组织准备，三次淬火后可提高挤出模具的韧性。
本实施例中，步骤S3中多次回火处理具体为：在真空炉中充入氮气，进行三次回火：第一次回火升温至510℃，保持240min；第二次回火将温度降至510℃，保持240min；第三次回火将温度降至400℃，保持240min。
这样，三次回火能够提高使挤出模具的性能稳定性，通过每次回火过程，消除淬火应力，还能消除残余奥氏体，在回火过程中固定挤出模具的尺寸，防止线割或后期加工开裂；消除组织内应力，提高模具的塑性。
本实施例中，第一次表面镀膜处理具体为：将经第二次清洗后并烘干的挤出模具放入电镀室，调整电镀室处于负压条件下，将挤出模具在20min～30min内升温至220℃，采用大电流、低电压的电弧放电技术，利用气体放电使电镀室中的铬靶材蒸发的物质与气体都发生电离，然后利用电场的加速作用使被蒸发物质及其反应物沉积在挤出模具上，保持240min～300min沉淀时间，给挤出模具镀上打底的铬涂层，直至挤出模具表面硬度达到HRC44-46。
需要说明的是，镀上打底的铬涂层具有很高的硬度，打底的铬涂层有较好的耐热性，在500℃以下加热，其光泽性、硬度均无明显变化，温度大于500℃开始氧化变色，大于700℃硬度开始降低，铬涂层也具有很好的耐磨性，能够很好的适用于挤出模具在挤出工序中需要耐高温，耐磨的需求。
本实施例中，第二次表面镀膜处理具体为：将电镀室中的铬靶材更换为金刚石靶材，在相同的电镀条件下，将经第一次表面镀膜处理处理的挤出模具镀上金刚石涂层。
这样，金刚石涂层表面硬度可达到Hv2500-300，对挤出模具表面起到很好的保护，不刮花且耐腐蚀，PVC材料高温分解会产生腐蚀气体HCl，镀上金刚石涂层能够防止挤出模具被腐蚀；金刚石涂层耐高温性能优异，且金刚石涂层具有自润滑性，可解决挤出模具的熔融塑料易粘模的问题。
本实施例中，铬涂层和金刚石涂层的整体厚度为2.0μm。
本实施例中，第一次抛光处理具体为：数控车加工完后，用打磨机装砂布叶轮180#、240#、320#、400#、600#，从粗到细把车刀纹抛出掉，再用砂纸600#、800#、1000#、1200#、1500#，从粗到细继续打磨，再用羊毛球粘钻石膏上光。
第二次抛光用砂纸1200#、1500#、2000#从粗到细进行打磨，再用羊毛球粘钻石膏上光处理。
实施例2
本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中：铬涂层和金刚石涂层的整体厚度为1.5μm。
本实施例的其他结构与原理均与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中：铬涂层和金刚石涂层的整体厚度为2.5μm。
本实施例的其他结构与原理均与实施例1相同。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地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它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种挤出模具的加工工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：选用具有防锈、防腐性能的材料作为挤出模具的基材，对挤出模具进行第一次抛光处理，对经第一次抛光处理后的挤出模具进行第一次清洗；
S2：对经第一次清洗后并自然风干的挤出模具进行真空气淬；
S3：对淬火后的挤出模具进行若干次回火处理去除应力；
S4：对经回火处理后的挤出模具进行第二次抛光处理，对经第二次抛光处理后的挤出模具进行第二次清洗；
S5：对经第二次清洗后并烘干的挤出模具进行第一次表面镀膜处理；
S6：对经第一次表面镀膜处理后的挤出模具进行第二次表面镀膜处理，冷却后，完成挤出模具的加工；
所述步骤S2中表面热处理的具体步骤包括：
S21：将经第一次清洗后并自然风干的挤出模具放入真空炉，将温度在90min内升温至650℃后，进行80min的第一次保温；
S22：将温度在50min内继续升温至850℃后，进行120min的第二次保温；
S23：将温度在50min内继续升温至1025℃～1030℃后，进行150min的第三次保温，向真空炉冷却室充以高纯度的中性气体进行冷却；
所述步骤S3中多次回火处理具体为：在真空炉中充入氮气，进行三次回火：第一次回火升温至510℃，保持一定预设时间；第二次回火将温度降至500℃，保持一定预设时间；第三次回火将温度降至400℃，保持一定预设时间，直至挤出模具表面硬度达到HRC44-46。
2.根据权利要求1所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述三次回火的预设时间均为240min。
3.根据权利要求1所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述第一次表面镀膜处理具体为：将经第二次清洗后并烘干的挤出模具放入电镀室，调整电镀室处于负压条件下，将挤出模具在20min～30min内升温至220℃，采用大电流、低电压的电弧放电技术，利用气体放电使电镀室中的铬靶材蒸发的物质与气体都发生电离，然后利用电场的加速作用使被蒸发物质及其反应物沉积在挤出模具上，保持一定沉淀时间，给挤出模具镀上打底的铬涂层。
4.根据权利要求3所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述沉淀时间为240min～300min。
5.根据权利要求3所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述第二次表面镀膜处理具体为：将电镀室中的铬靶材更换为金刚石靶材，在相同的电镀条件下，将经第一次表面镀膜处理处理的挤出模具镀上金刚石涂层。
6.根据权利要求5所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述铬涂层和金刚石涂层的整体厚度为1.5μm-2.5μm。
7.根据权利要求1所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述基材选用高铬钢。
8.根据权利要求1所述的挤出模具的加工工艺，其特征在于，所述第一次抛光处理具体为：先采用砂布叶轮进行一次打磨，再用砂纸进行二次打磨，最后用羊毛球粘钻石膏进行上光处理；所述二次抛光处理具体为：先采用砂纸进行打磨，再用羊毛球粘钻石膏进行上光处理。
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