CN1613598A - 铸造低合金冷作的模具钢的制造工艺及其制作的模具钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸造低合金模具钢的制作工艺，其特征是：其制作的工艺流程为：备料→中频电炉熔炼→炉前变质处理→造型浇铸→落砂清理→退火热处理→数控加工→表面火焰淬火；其主要合金元素是Si、Mn、Cr、Mo、V，附以微量元素变质处理，其余为Fe；经退火热处理和表面火焰淬火；本发明的铸造低合金模具钢，其主要用于制造汽车覆盖件模具镶块。

Description

铸造低合金冷作的模具钢的制造工艺及其制作的模具钢
技术领域
本发明涉及用于制造汽车覆盖件的一种铸造低合金冷作模具钢；特别公开了一种利用铸造成形方法直接生产汽车覆盖件冷冲模具用的模具钢化学成分、铸造工艺、表面热处理。
背景技术
模具材料及毛坯成形工艺是影响汽车模具质量、成本和制造周期的关键因素，而模具材料及其镶块毛坯的成形工艺又影响着模具的加工工艺。目前，广泛应用于制造汽车覆盖件冲裁模的传统锻造Cr12MoV模具钢、T10以及锻造空冷钢镶块存在着许多问题：锻造模具镶块工序复杂，形状落差小，加工余量大，加工工时长，材料利用率低(30-50％)，极不适应现代快速成形数控加工中心对模具材料的要求；锻造Cr12MoV和T10模具镶块必须采用整体淬火，容易产生变形，增加了模具加工和研磨工序，延长模具制造周期；另外，整体淬火锻造模具镶块容易产生裂纹，其修复性能较差，导致模具产生废品。
另外，近年来，国内外研究采用铸铁镶块刃口堆焊技术，来生产汽车覆盖件模具镶块，但堆焊刃口硬度高，加工困难。
随着我国汽车工业的快速发展，各种加工机械都在向高性能化和自动化方向发展，对模具加工精度、机械性能和低成本等方面的要求越来越高，传统的模具材料、成型工艺和热处理方法越加难以适应目前汽车制造趋于多品种、小批量的生产格局，这严重阻碍了我国汽车的改型换代速度。
发明内容
本发明针对上述锻造模具钢镶块存在的技术问题，通过优化化学成分设计、合理的熔炼和炉前变质处理，退火热处理及表面火焰淬火热处理等，发明了一种适用于汽车覆盖件模具的铸造低合金模具钢，实现了以铸代锻。
本发明采用的技术方案是：一种铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其工艺步骤是：备料→中频电炉熔炼→炉前变质处理→造型浇铸→落砂清理→退火热处理→数控加工→表面火焰淬火。
本发明的铸造冷作模具钢采用中频感应电炉熔炼，原材料为生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁等，出钢温度为1580-1650℃，浇铸温度1460-1480℃，水玻璃砂实型铸造。
合金钢液体在浇铸前进行变质处理，采用复合变质剂，变质剂成分为：稀土、钛、硼、硅、铁，其加入量为0.1-0.6％。
对模具钢铸件毛坯进行球化退火热处理，球化退火工艺参数为：高温保温温度为800-860℃，保温时间2-6小时；低温保温温度650-740℃，保温时间4-8小时。
对铸造毛坯件经过退火热处理后，进行数控仿形机加工，然后，利用乙炔氧气，对模具镶块的刃口进行表面火焰淬火。控制试样刃口的加热温度为850℃～960℃，火焰枪距离试样2～5mm左右，火焰枪平均移动速度为2-3mm/s，火焰与试样间的夹角约为65-75°。
本发明的铸造冷作模具钢含有以下合金成分：0.55-0.85％C、0.60-1.40％Si、0.70-1.30％Mn、0.60-1.8％Cr、Mo＜0.8％、V＜0.6％、P＜0.04％、S＜0.04％，其余为Fe。
这种铸造低合金模具钢主要用于制造汽车覆盖件冷冲模具的镶块。
本发明具有的优点及效果：
利用本发明的铸造低合金模具钢制造的模具镶块力学性能达到了锻造模具镶块的性能，实现了以铸代锻，满足汽车覆盖件模具的要求，使用寿命可达到30万次以上。
具体实施方式
一种铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其工艺步骤是：备料→中频电炉熔炼→炉前变质处理→造型浇铸→落砂清理→退火热处理→数控加工→表面火焰淬火。
本发明的铸造冷作模具钢含有以下合金成分：0.55-0.85％C、0.60-1.40％Si、0.70-1.30％Mn、0.60-1.8％Cr、Mo＜0.8％、V＜0.6％、P＜0.04％、S＜0.04％，其余为Fe。
本发明的铸造冷作模具钢采用中频感应电炉熔炼，原材料为生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁等，出钢温度为1580-1650℃，浇铸温度1460-1480℃，水玻璃砂实型铸造。
合金钢液体在浇铸前进行变质处理，采用复合变质剂，变质剂成分为：稀土、钛、硼、硅、铁，其加入量为0.1-0.6％。
对模具钢铸件毛坯进行球化退火热处理，球化退火工艺参数为：高温保温温度为800-860℃，保温时间2-6小时；低温保温温度650-740℃，保温时间4-8小时。
对铸造毛坯件经过退火热处理后，进行数控仿形机加工，然后，利用乙炔氧气，对模具镶块的刃口进行表面火焰淬火。控制试样刃口的加热温度为850℃～960℃，火焰枪距离试样2～5mm左右，火焰枪平均移动速度为2-3mm/s，火焰与试样间的夹角约为65-75°。
利用本发明的铸造低合金模具钢制造的模具镶块力学性能达到了锻造模具镶块的性能，如表1所示，满足汽车覆盖件模具的要求，使用寿命可达到30万次以上。
表1  本发明铸造模具钢和锻造空冷模具钢力学性能对比
材质种类 抗拉强度     延伸率％     冲击韧性J/cm2   硬度HRC
AKU2 AK
传统锻造空冷钢 870     12.8   29.3   162.1   20.3
本发明铸造模具钢 863     16.1   37.5   177.3   19.4
本发明的铸造冷作模具钢的奥氏体化温度及相变临界点，如表2所示。
         表2  铸造模具钢相变临界点(℃)
相变点     Ac1     Ac3     Ar1     Ms
温度     759     815     646     191
铸造镶块可以随形制造，接近于净成形，加工余量明显较小，比采用锻造镶块节省加工工时50％以上，并节省模具钢材料，经济效益显著。
铸造镶块退火态硬度低、且均匀，特别适应现代数控快速加工中心的工作条件，为实现缩短模具制造周期和提高模具精度提供了必要的模具材料基础。
该铸造镶块材料化学成分选择科学，经表面火焰淬火后，硬度为HRC55-60，分布均匀，并且冲模刃口修复性好，是修边、冲模刃口的理想材料。
该镶块改变了原冲压模整体淬火工艺，采用火焰表面淬火，节省了热处理费用，操作简便，变形量小，省去了模具组装调试过程大量的重复性拆装、研磨等繁琐的工序，大大缩短模具的制造周期。

Claims (6)

1、一种铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其特征是：其工艺步骤是：备料→中频电炉熔炼→炉前变质处理→造型浇铸→落砂清理→退火热处理→数控加工→表面火焰淬火。
2、一种铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其特征是：备料及中频电炉熔炼过程为：铸造冷作模具钢采用中频感应电炉熔炼，原材料为生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁等，出钢温度为1580-1650℃，浇铸温度1460-1480℃，水玻璃砂实型铸造。
3、如权利要求1所述的铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其特征是：退火热处理过程为：对模具钢铸件毛坯进行球化退火热处理，球化退火工艺参数为：高温保温温度为800-860℃，保温时间2-6小时；低温保温温度650-740℃，保温时间4-8小时。
4、如权利要求1所述的铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其特征是：对铸造毛坯件经过退火热处理后，进行数控仿形机加工，然后，利用乙炔氧气，对模具镶块的刃口进行表面火焰淬火，控制试样刃口的加热温度为850℃～960℃，火焰枪距离试样2～5mm左右，火焰枪平均移动速度为2-3mm/s，火焰与试样间的夹角约为65-75°。
5、如权利要求1所述的铸造低合金冷作模具钢的制造工艺，其特征是：合金钢液体在浇铸前进行变质处理，采用复合变质剂，变质剂成分为：稀土、钛、硼、硅、铁，其加入量为0.1-0.6％。
6、如权利要求1所述的铸造低合金冷作模具钢的制造工艺制作的铸造冷作模具钢，其特征在于：铸造冷作模具钢含有以下合金成分：0.55-0.85％C、0.60-1.40％Si、0.70-1.30％Mn、0.60-1.8％Cr、Mo＜0.8％、V＜0.6％、P＜0.04％、S＜0.04％，其余为Fe。
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