CN117867263A - 一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，属于模具热处理技术领域，包括下列步骤：步骤一：作业人员在仿真建模软件中对模具和镶块分别进行建模得到模具仿真模型和镶块仿真模型，并在模具仿真模型对应实际模具中镶块的安装位置处放置镶块仿真模型；步骤二：作业人员通过在仿真建模软件中模拟熔融金属喷入型腔的压铸过程，并通过仿真建模软件获取镶块受到的剪切力；步骤三：作业人员根据获取的剪切力数据调整热处理中退火工序的保温的时间；步骤四：作业人员根据调整后的保温时间对镶块进行热处理；其通过设置使得镶块热处理方法和应用场景的匹配度更高。

Description

一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法

技术领域

本发明属于模具热处理技术领域，具体涉及一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法。

背景技术

镶块又称镶件，是一种用于模具中的辅助性零件，通常不与模具本体一体成型，而是作为可拆卸的形式通过插入安装孔的方式安装于模具中，在模具中发挥辅助承力或补偿调整模具型腔形状的作用。

由于镶块设置于模具中，在压铸或铸造过程中需要和模具一同承受喷射进入型腔的熔融金属的高温和高压，因此镶块通常需要选用强度和硬度较高的金属材料成型，并对成型的金属材料进行热处理以提高性能，一般的热处理方法，例如中国专利CN104531969B公开的一种减小汽车镶块变形的热处理方法，包括下列步骤：将汽车镶块毛坯进行退火处理，然后进行粗加工；采用真空气淬炉对镶块进行分段加热，第一段随炉升温至600~650℃，保温20+镶块平均厚度/2 min；第二段加热至940~1010℃，保温25+镶块平均厚度/2 min；以不大于105Pa的充气压力向所述真空气淬炉内充入氩气，将镶块快速冷却至低于400℃；将镶块置于控冷装置中，控制镶块旋转，在冷却过程中测量镶块表面温度，当镶块表面温度低于200℃时出炉空冷至室温，其通过将温度设置为具体值，并将保温时间根据镶块厚度进行调整，降低了镶块的热变形，然而，对于压铸用的模具镶块，在压铸过程中承受的压力和温度较高，需要先判断镶块对应的压铸生产批次中受到的压力，并根据受到的压力调整热处理的加热温度和保温时间，使得镶块热处理方法和应用场景的匹配度更高，而在实现判断过程中，通过人工测算效率较低，需要引入建模软件进行仿真测试获得镶块承受的压力，然而，上述方法中，并未设置预先判断镶块在对应的使用环境中受到的压力，因此未能根据受到的压力调整热处理的方法，为此，需要一种镶块热处理方法和应用场景的匹配度更高的超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，具有镶块热处理方法和应用场景的匹配度更高的特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，包括下列步骤：

步骤一：作业人员在仿真建模软件中对模具和镶块分别进行建模得到模具仿真模型和镶块仿真模型，并在模具仿真模型对应实际模具中镶块的安装位置处放置镶块仿真模型；

步骤二：作业人员通过在仿真建模软件中模拟熔融金属喷入型腔的压铸过程，并通过仿真建模软件获取镶块受到的剪切力；

步骤三：作业人员根据获取的剪切力数据调整热处理中退火工序中的保温的时间；

步骤四：作业人员根据调整后的保温时间对镶块进行热处理。

作为本发明的一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤三中，作业人员根据获取的剪切力数据将热处理中退火工序中的保温的时间调整为标准值的A1倍，所述倍数A1和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

A1=F/F0×a，A1≥1；

其中，F0为在步骤二中设置的参考剪切力，F为步骤二中作业人员通过仿真建模软件获取镶块受到的剪切力F，a和标准值为步骤二中预先输入的常数。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤四还包括：作业人员通过分段热处理工业炉对镶块进行热处理。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一还包括：作业人员根据将镶块划分为安装至模具后露出安装孔的部分和位于安装孔内的部分，并将露出安装孔的部分定义为冲击部，所述步骤二还包括：作业人员通过仿真建模软件获取镶块冲击部受到的表面压力，所述步骤三还包括：作业人员根据获取的表面压力调整淬火工序的冷却时间，所述步骤四还包括：作业人员根据调整后的保温时间和冷却时间对镶块进行热处理。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤三中，作业人员根据获取的剪切力数据将热处理中淬火工序的冷却时间调整为标准值的A2倍，所述倍数A2和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

A2=F/F0×b，A2≥1；

其中，P0为在步骤二中设置的参考表面压力，P为步骤二中作业人员通过仿真建模软件获取的镶块冲击部受到的表面压力P，b和标准值均为预先设置的常数。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一中，以垂直于镶块安装孔所在的模具型腔面的方向为轴向，作业人员测量镶块冲击部的轴向尺寸c，将实际冲击部沿远离安装孔的方向缩短c*x的部分作为修正冲击部，所述步骤四还包括：作业人员根据调整后的保温时间和冷却时间对镶块进行热处理后，对修正冲击部进行局部表面硬化处理，所述x值和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

x=(F-F0)/F0，0.25≥x≥0。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤四还包括：作业人员用局部渗碳法进行局部表面硬化。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括步骤五：作业人员对镶块进行热处理后对镶块硬度进行检测。

本发明的有益效果为：

（1）通过在仿真建模软件模拟镶块受到的剪切力，并根据剪切力模拟结果调整后续热处理中退火工序的保温时间，进而调整加热时间，完成在剪切力较大时优先保证镶块强度，在剪切力较低时兼顾强度和硬度，提高了热处理方法和场景的匹配度；

（2）通过在仿真建模软件中划分专门的冲击部以专门统计实际压铸时受到冲击的部位所受到的压力，并根据压力大小调整淬火时间，完成在冲击部受到压力较大时提高淬火时间以优先保证表面硬度，在受到的压力较小时兼顾表面硬度和镶块强度，进一步提高热处理方法和场景的匹配度；

（3）通过在仿真建模软件分别模拟镶块冲击部和安装部受到的压力，并使得局部硬化处理仅覆盖受冲击的部分，使得作业人员可根据模拟结果对冲击部进行针对性地局部表面硬化，进一步提高了热处理方法和场景的匹配度的同时，提高了作业效率并降低了表面硬化对整体强度的影响；

（4）同时根据表面压力进一步调整修正冲击部的轴向长度，进一步调整局部表面硬化的范围，使得当剪切力F提高时，修正冲击部更加远离连接处，降低局部表面硬化影响连接处强度的概率，剪切力F较低时，修正冲击部的轴向长度延长，此时修正冲击部更加靠近连接处，在无需较高强度时进一步保证表面硬化的覆盖范围，保证整体表面硬度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明镶块安装至模具后的结构示意图；

图2为本发明镶块冲击部轴心尺寸改变后形成修正冲击部的结构示意图。

主要元件符号说明：

图中：1、模具；2、镶块；21、冲击部；211、修正冲击部；22、安装孔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-2，一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，包括下列步骤：

步骤一：作业人员在仿真建模软件中对模具1和镶块2分别进行建模得到模具1仿真模型和镶块2仿真模型，并在模具1仿真模型对应实际模具1中镶块2的安装位置处放置镶块2仿真模型；

具体地，本实施例中，作业人员对安装于动模板和定模板上的动模具1和定模具1及其型腔进行建模，并根据定模板模型中对应实际模具1中定模板上的进料孔位置处挖设模拟进料孔，同时，作业人员根据此压铸模具1对应的生产批次的实际需求设计镶块2的形状和镶块2的安装位置，按照镶块2形状对镶块2进行建模，在模具1仿真模型对应实际模具1中镶块2安装孔22位置处挖设安装孔22模型，镶块2仿真模型建模后按照实际模具1中安装方式，将镶块2的仿真模型放置于安装孔22模型中，完成仿真建模软件中镶块2的模拟安装，本实施例中，镶块2可简化理解为四棱柱形，且四棱柱形镶块2轴向垂直于镶块2安装孔22所在面，此时镶块2伸出安装孔22用于辅助成型的部分也为四棱柱形；

仿真模型设置完毕后，在仿真建模软件中动模板和定模板的模型对齐后，模具1模型内部形成有型腔模型，部分处于安装孔22中且部分伸出安装孔22，处于安装状态的镶块2，同时型腔模型和仿真建模软件中的其他空间通过进料孔连通，此时执行步骤二；

步骤二：作业人员通过在仿真建模软件中模拟熔融金属喷入型腔的压铸过程，并通过仿真建模软件获取镶块2受到的剪切力；

具体地，作业人员在仿真建模软件中，在模型进料孔的位置处设置一模拟流体压力源，模拟流体压力源根据实际压铸时的熔融金属射入型腔时受到的压力设置，并沿进料孔进入型腔仿真模型中，仿真建模软件通过模拟流体压力源进入型腔仿真模型后的数据，模拟熔融金属在进入型腔后给予型腔仿真模型各个面的压力，并模拟设置于型腔中的镶块2仿真模型受到的压力，此时仿真建模软件根据镶块2仿真模型受到的压力，以及镶块2伸出安装孔22部分的尺寸，模拟镶块2在压铸过程中在金属射流作用下受到的剪切力，例如，本实施例中，当金属射流进入镶块2所在型腔部分时的流向垂直于四棱柱形镶块2的轴向时，或者当当前批次压铸生产中金属射流在总体压力或型腔形状收窄，对镶块2压力较大时，对镶块2整体的冲击较大，镶块2受到的剪切力较大，当金属射流总体压力较小，金属射流接触镶块2时与镶块2轴向夹角较小，或者镶块2附近型腔由窄变宽时，对镶块2的压力较小，镶块2受到的剪切力较小；

当仿真建模软件获取当前批次对应镶块2的剪切力后，作业人员执行步骤三；

步骤三：作业人员根据获取的剪切力数据调整热处理中退火工序中的保温的时间，具体地，镶块2在具体热处理工序中先进行退火工序，在热处理中需要调整工艺以额外提高镶块2的强度或韧性，而由于对于退火工序，金属加热时间过短会降低金属的均匀性和强度，当加热时间过长会降低硬度，当从仿真建模软件获得的剪切力较大时，需要优先保证镶块2自身的强度，避免在剪切力作用下发生形变，无法发挥自身作用，当作业人员获取剪切力数据后，判断剪切力较大时，延长后续实际执行热处理退火工序时的保温时间，进而延长加热时间，完成适当牺牲镶块2硬度而对镶块2强度的优先保证，当判断剪切力较小时，降低后续实际执行热处理退火工序时的保温时间，进而缩短加热时间，完成强度和硬度的兼顾；

保温时间调整完毕后，执行步骤四；

步骤四：作业人员根据调整后的保温时间对镶块2进行热处理，具体地，步骤四中，作业人员通过分段热处理工业炉对镶块2进行热处理；

通过在仿真建模软件模拟镶块2受到的剪切力，并根据剪切力模拟结果调整后续热处理中退火工序的保温时间，进而调整加热时间，完成在剪切力较大时优先保证镶块2强度，在剪切力较低时兼顾强度和硬度，提高了热处理方法和场景的匹配度。

上述作业人员根据剪切力调整退火工序的保温时间的过程中，具体地，步骤二中,作业人员设置参考剪切力F0，作业人员通过仿真建模软件获取镶块2受到的剪切力F；步骤三还包括：作业人员计算退火修正系数A1并将热处理中退火工序的保温时间变为标准值的A1倍,其中，A1=F/F0×a，A1=F/F0×a，a和标准值均为预先设置的常数，a为修正系数，用以将F/F0的值映射至作业人员需要的A1值，作业人员需要的A1值由事先测算确定，当A1经过计算小于1时，作业人员取A1=1；

当作业人员从仿真建模软件获得的剪切力F较大时，A1=F/F0的值较大，热处理中退火工序的保温时间变为标准值的A1倍，相比标准值较大，当作业人员将保温时间设置为标准值的A1倍，并在后续步骤四中按照标准值的A1倍时长进行保温时，完成退火工序中保温时间随着剪切力的增大而延长，确保优先保证镶块2强度，当获得的剪切力F较小，保温时间随之减小，当F减小至小于等于F0时，剪切力A1=1，此时保温时间减小至标准值，保温时间较短，完成在剪切力减小时兼顾强度和硬度；

通过使作业人员获取剪切力F，并根据剪切力F、保温时间标准值和剪切力标准值F0调整保温时间，完成保温时间根据剪切力的精确调整，进一步提高了热处理方法和场景的匹配度。

实际对镶块2进行热处理的过程中，除了需要对镶块2进行退火，还需要对镶块2进行淬火，保证镶块2的表面硬度，防止镶块2在熔融金属的冲击下发生变形，无法发挥辅助成型的作用，而对于淬火，淬火冷却时间较长时会使金属的表面硬度进一步提升，但是会降低金属材料的韧性和强度，因此需要根据镶块2实际受到的表面压力调整淬火冷却时间，使得热处理方法和场景的匹配度进一步提升，为此，步骤一还包括：作业人员根据将镶块2划分为安装至模具1后露出安装孔22的部分和位于安装孔22内的部分，并将镶块2露出安装孔22的部分定义为冲击部21，步骤二还包括：作业人员通过仿真建模软件获取镶块2冲击部21受到的表面压力，步骤三还包括：作业人员根据获取的表面压力调整淬火工序的冷却时间，步骤四还包括：作业人员根据调整后的保温时间对镶块2进行退火处理，并根据冷却时间对镶块2进行淬火处理；

具体的，本实施例中，镶块2为垂直于安装孔22所在面的四棱柱形，因此冲击部21也为四棱柱形，以四棱柱形镶块2自身的轴向为参考方向，冲击部21沿参考方向的尺寸小于镶块2的尺寸；同时，步骤二中，作业人员首先设置参考表面压力P0，作业人员通过仿真建模软件获取镶块2冲击部21受到的表面压力P，随后的步骤三中：作业人员计算淬火修正系数A2，并将热处理中淬火工序的冷却时间变为标准值的A2倍，其中，A2=P/P0×b，A2≥1，b和标准值均为预先设置的常数，b为修正系数，用以将P/P0的值映射至作业人员需要的A2值，作业人员需要的A2值由事先测算确定，当A2计算结果小于等于1时，取A2=1；

当仿真建模软件的模拟结果显示镶块2对应的压铸生产批次中，镶块2冲击部21受到的表面压力P较大时，A2的值提高，淬火工序的冷却时间标准值的A2倍比标准值提高，完成在受到压力较大时提高淬火时间，优先保证表面硬度，当P较小时，A2的值降低，使得淬火工序的冷却时间变短，完成在压力较小时缩短淬火冷却时间，在无需较大的表面硬度时兼顾表面硬度和强度；

通过在仿真建模软件中划分专门的冲击部21以专门统计实际压铸时受到冲击的部位所受到的压力，并根据压力大小调整淬火时间，完成在冲击部21受到压力较大时提高淬火时间以优先保证表面硬度，在受到的压力较小时兼顾表面硬度和镶块2强度，进一步提高热处理方法和场景的匹配度。

在实际压铸过程中，有时对镶块2的表面硬度要求较高，需要在淬火后额外进行表面硬化处理以进一步保证表面硬度，而不进行针对性地对冲击部21进行表面硬化，而是对整个镶块2进行表面硬化处理时，有概率导致冲击部21和镶块2位于安装孔22内的连接处硬度过高，在镶块2整体受到剪切力时，连接处硬度过高强度不足，无法应对整体冲击，而当表面硬化的面积过小，有概率导致表面硬化无法覆盖受压部位，为根据剪切力大小调整表面硬化覆盖面积，步骤一还包括：以垂直于镶块2安装孔22所在的模具1型腔面为轴向，作业人员统计镶块2冲击部21的轴向尺寸c后，作业人员将实际露出安装孔22的冲击部21整个部分定义为实际冲击部，随后划定实际冲击部中沿自身轴向且远离安装孔22的方向缩短c*x的长度的部分，划定后存在一长度为c*(1-x)，处于镶块远离安装孔一端的实际冲击部部分，随后作业人员将此缩短后的实际冲击部部分作为修正冲击部211；步骤四还包括：在业人员根据调整后的保温时间和冷却时间对镶块2进行热处理后，对修正冲击部211进行局部表面硬化处理；其中，x=(F-F0)/F0，0.25≥x≥0，当x的值大于0.25时，作业人员取x=0.25，当x的值小于0时，作业人员取x=0；

具体地，步骤四中，作业人员用表面渗碳法进行局部表面硬化。

本实施例中，受冲击部21为四棱柱形，实际冲击部远离安装孔22的轴向长度为c*(1-x)的部分，即修正冲击部211，同样为四棱柱形，且四棱柱形的沿自身轴向的长度为c×[1-(F-F0)/F0]，修正冲击部211远离安装孔22的一端与镶块2远离安装孔22的一端重合，修正冲击部211靠近安装孔22的一端，将实际冲击部和镶块2位于安装孔22内部分的连接处定义为连接处，修正冲击部211远离连接处，此时修正冲击部211位于沿镶块2轴向上方，且修正冲击部211和连接处之间留有空隙，在对修正冲击部211进行局部表面硬化处理时，空隙不进行额外的局部表面硬化处理，在实际冲击部受到冲击时，当实际冲击部受到冲击时，空隙和连接处发挥使实际冲击部不发生弯折的作用，而此时未经表面硬化处理的空隙和连接处强度较高，可更好地保证镶块2整体不发生形变；

同时，当修正冲击部211和连接处过于靠近时，表面硬化依然有概率影响连接处的硬度，而当剪切力F提高时，x的值提高，修正冲击部211的轴向长度c*(1-x)缩小，此时修正冲击部211更加远离连接处，降低局部表面硬化影响连接处强度的概率；当剪切力F较低时，x的值减小，修正冲击部211的轴向长度延长，此时修正冲击部211更加靠近连接处，在无需较高强度时进一步保证表面硬化的覆盖范围，保证整体表面硬度；

通过在仿真建模软件分别模拟镶块2冲击部21和安装部受到的压力，并使得局部硬化处理仅覆盖受冲击的部分，使得作业人员可根据模拟结果对冲击部21进行针对性的局部表面硬化，进一步提高了热处理方法和场景的匹配度的同时，提高了作业效率并降低了表面硬化对整体强度的影响；

同时通过根据表面压力进一步调整修正冲击部211的轴向长度，进一步调整局部表面硬化的范围，使得当剪切力F提高时，修正冲击部211更加远离连接处，降低局部表面硬化影响连接处强度的概率，剪切力F较低时，修正冲击部211的轴向长度延长，此时修正冲击部211更加靠近连接处，在无需较高强度时进一步保证表面硬化的覆盖范围，保证整体表面硬度。

在步骤四中热处理工序全部结束后，作业人员执行步骤五：对镶块2表面硬度进行检测。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤一：作业人员在仿真建模软件中对模具和镶块分别进行建模得到模具仿真模型和镶块仿真模型，并在模具仿真模型对应实际模具中镶块的安装位置处放置镶块仿真模型；

步骤二：作业人员通过在仿真建模软件中模拟熔融金属喷入型腔的压铸过程，并通过仿真建模软件获取镶块受到的剪切力；

步骤三：作业人员根据获取的剪切力数据调整热处理中退火工序的保温的时间；

步骤四：作业人员根据调整后的保温时间对镶块进行热处理。

2.根据权利要求1所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤二中设置参考剪切力F0、修正系数a和标准值，其中参考剪切力F0、修正系数a和标准值均为常数，所述步骤二中作业人员通过仿真建模软件获取镶块受到的剪切力F，所述步骤三中，作业人员根据获取的剪切力数据将热处理中退火工序的保温时间调整为标准值的A1倍，A1和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

A1=F/F0×a，A1≥1，其中a为步骤二中设置的修正系数。

3.根据权利要求1所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤四还包括：作业人员通过分段热处理工业炉对镶块进行热处理。

4.根据权利要求2所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤一还包括：作业人员根据将镶块划分为安装至模具后露出安装孔的部分和位于安装孔内的部分，并将露出安装孔的部分定义为冲击部，所述步骤二还包括：作业人员通过仿真建模软件获取镶块冲击部受到的表面压力，所述步骤三还包括：作业人员根据获取的表面压力调整淬火工序的冷却时间，所述步骤四还包括：作业人员根据调整后的保温时间和冷却时间对镶块进行热处理。

5.根据权利要求4所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤二中设置参考表面压力P0、第二修正系数b和标准值，其中参考表面压力P0、第二修正系数b和标准值均为常数，所述步骤二中作业人员通过仿真建模软件获取镶块冲击部受到的表面压力P，所述步骤三中，作业人员根据获取的剪切力数据将热处理中淬火工序的冷却时间调整为标准值的A2倍，A2和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

A2=P/P0×b，A2≥1，其中b为步骤二中设置的第二修正系数。

6.根据权利要求4所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤一中，以垂直于镶块安装孔所在的模具型腔面的方向为轴向，作业人员测量镶块冲击部的轴向尺寸c，将实际冲击部沿远离安装孔的方向缩短c*x的部分作为修正冲击部，所述步骤四还包括：作业人员根据调整后的保温时间和冷却时间对镶块进行热处理后，对修正冲击部进行局部表面硬化处理，x和参考剪切力值、镶块受到的剪切力值的关系为：

x=(F-F0)/F0，0.25≥x≥0。

7.根据权利要求6所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：所述步骤四还包括：作业人员用局部渗碳法进行局部表面硬化。

8.根据权利要求1所述的一种超大型一体化压铸模具镶块的热处理方法，其特征在于：还包括步骤五：作业人员对镶块进行热处理后对镶块硬度进行检测。