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模具加工方法与热处理
1.模具加工方法：平面加工：龙门刨床 牛头刨床 龙门铣床 车削加工：车床 车刀 刨刀 刨刀 对模具坯料进行六面加工 断面铣刀数控车床 车刀 各种模具零件的回转面和平面 立式车床 车刀钻孔加工：钻床 钻头、铰刀 横臂钻床 钻头、铰刀 铣床: 钻头、铰刀 数控铣床 钻头 、铰刀 加工模具的各种孔 加工中心 钻头、铰刀 深孔钻：深孔钻头 镗孔加工：加工中心 卧室镗床 铣床 坐标镗床 铣削加工：铣床 镗刀 镗刀 镗削模具中的各种孔 镗刀 镗刀立铣刀、断面铣刀数控铣床 立铣刀、球头铣刀 铣削各种模具平面和曲面 加工中心 仿形加工 雕刻机 立铣刀、球头铣刀 球头铣刀 小直径立铣刀磨削加工：平面磨床 砂轮 成型磨床 数控磨床 砂轮 砂轮 磨削模具精密孔光学曲线磨床 砂轮 坐标磨床 内外圆磨床 万能磨床 电加工： 型腔电加工 线切割加工 电解加工 砂轮 砂轮 砂轮 电极 电蚀切削难以加工的 线电极 部位精密轮廓加工 电极 型腔和平面加工 砂轮、锉刀、砂纸、油石和抛光剂。切削加工：抛光加工 抛光机去除铣削痕迹，对模具零件进行抛光 非切削加工： 挤压加工 铸造加工 精密铸造 压力机 挤压凸模 铍铜压力铸造 铸造设备、石膏模型铸造设备 难以切削加工的型腔铸造注塑模型腔 电铸加工 电铸设备 电铸母型 精密注塑模型腔 在注塑模型腔表面表面装饰纹加工 蚀刻装置蚀刻纹样板2 模具零件的热处理工序1 退火：将钢件加热到临界温度以上‘保温一定时间后随炉温或在土灰、石英砂中缓慢 冷却的操作过程。 目的：消除模具的铸、锻件或冷压件的内应力，改善组织，降低硬度， 提高塑性， 以利于切削加工。 分类：扩散退火、完全退火、球化退火等。 扩散退火目的：适用于合金钢锭，消除合金钢锭中的成分不均匀性，故又称为均匀化退火。 完全退火目的：主要用于含碳量在 0.77%以下的亚共析钢，降低硬度，细化晶粒，消除冷 热加工应力。 球化退火目的：主要用于含碳量≥0.77%的钢，使碳化铁成球状，降低硬度，改善切削性 能，为淬火做准备。 不完全退火目的：主要用于含碳量高于 0.77%的高碳钢，降低硬度，消除内应力。 等温退火目的：改善金相组织，降低硬度，改善切削加工性能。 再结晶退火目的：主要是消除冷加工后的组织变形，消除加工硬化。 2 正火：将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间后取出，放在空气中自然冷却的操 作过程。 目的：消除钢件的残余应力，降低硬度，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备。 应用：1.消除高碳钢中的网状碳化物； 2.代替低碳钢的完全退火，提高其韧性，改善其切削加工性能； 3.代替某些中碳钢、铸钢及铸铁件的完全退火，缩短加工周期。 4.作为预先热处理和随后热处理，为其他热处理做准备。 3.淬火：将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，随后放入淬火介质（水、油及盐或碱的水溶液）中快速冷却的操作过程。 方法：单液淬火法：热的钢件投入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火。 例如：一般碳钢在水或水溶液中淬火，合金钢在油中淬火。 双液淬火法：先将加热的钢件投入冷却能力较强的介质中冷却，使奥氏体急速过冷至接 近于马氏体转变区域，然后再立即转入另一能力较弱的介质中冷却至室温，从而得到马 氏体转变的操作。 好处：比单液淬火法减少了淬火时的内应力，减少工件开裂与变形。 预冷淬火法：将加热的钢件从加热炉中取出后，现在空气中冷却到一定温度，再投入到 淬火冷却介质中冷却。 分级淬火法： 将加热的钢件先投入温度在马氏体转变点 Ms 附近的冷却的介质中， 保温停留 一段时间（2-5Min） ，待工件表面与中心温度基本上一致时，再取出在空气中冷却，以获得 马氏体组织的淬火。例如：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、合金结构钢及钢结构 的硬质合金的淬火，且工件尺寸不大。 等温淬火法：将加热的钢件投入温度稍高于 Ms 点的盐浴或碱浴中，保温足够长时间 （一般为半小时以上） ，使过冷奥氏体转变为下贝氏体组织，待基本转变完成后取出空冷的 操作过程。 特点：淬火后工件内应力减小，工件不易变形与开裂。所得到的下贝氏体组织具有良好的 综合力学性能，其强度、硬度、韧性和耐磨性都较高。适用于中碳以上的钢、合金工具钢 且工件尺寸不易太大。 火焰加热表面淬火法：它是利用可燃气体（如乙炔、甲烷、丙烷、煤气、天然气）为燃料， 氧气为助燃剂，用气焊或空气枪，把模具需要淬硬的部位加热到淬火温度，随即用水或空 气快速冷却后获得所需的表层硬度和淬硬层深度的操作的过程。乙炔-氧火焰 最高温度为 3200℃ 煤气-氧火焰 最高温度为 2000℃ 火焰加热表面的淬火的淬硬层一般为 2-6mm 特点：主要是表层淬火而基体组织没有变化，使用于冷作模具钢火焰淬火一定要使用还 原焰以避免氧化。所谓还原焰是指焊炬所供给氧气一定要适当，不能过多。一般火焰长 度控制在 10-15mm，氧气压力为 4.9-6.9MPa，乙炔压力为 4.9-6.9MPa，加热时火焰端部 离加热面 2-3mm 距刃口边缘 4-6mm 加热带控制在 8-12mm. 真空淬火法：将工件置于密闭的真空炉内加热至一定温度，然后再炉内冷却的方法。 特点：工件在炉内加热和冷却，零件表面的氧化层得到控制，得到光亮的表面层。真空 度采用 10 ?1 -10 ?2 托。1 托=133.32MPa 4、回火：将钢件重新加热到临界温度一下的某一温度，保温一定时间，然后在空气或 油中冷却到室温的操作过程。 1 低温回火： （150-250℃）减少淬火钢的脆性而又不降低硬度。主要用于高碳的冲压模 具，回火硬度为 58-64HRC。 2 中温回火： （300-500℃）提高钢淬火后的韧性和弹性。它主要用于弹簧和模具的处理， 回火后硬度一般为 35-50HRC。 3 高温回火（500-650℃）使钢的组织变细，获得强度、韧性、塑性、硬度都较好的 力学性能。硬度一般为 200-330HB。 5、调质：淬火和高温回火相结合的热处理。得到比退火和正火高得多的屈服极限和冲击 韧性。可作为最终热处理或作为淬火前和软氮化前的预先热处理。 6、冷处理又叫冰冷处理、低温处理或超低温处理（深冷处理） 特点：使钢种的残余奥氏体完全转变为稳定的马氏体，提高钢的强韧性和耐磨性，同时也能达到尺寸稳定性的目的。 冷处理温度为-80- -50℃ 冷处理介质：干冰（固体二氧化碳）加酒精，可到-78℃。 丙烷，可到-42℃。 氟利昂（C 3 FCL） ，可到-81℃。 液氮，可到-195℃。 液氢，可到-252℃。 冷处理注意事项： （1）工件经过加热处理后，必须经过水煮 1h。目的是冷处理前先部 分消除淬火应力，防止冷处理时工件变形与开裂。 1 冷处理后，工件应投入到室温（20℃）水中，而不是直接回火，这种工艺称为冷 处理急热法。减少额新生残余应力，避免淬断和崩刃。 2 冷处理后的模具尺寸略有胀大。 7.渗碳：将钢件放在含碳的介质（气体、液体、固体）即渗碳剂中使其加热到一定温度 （850-900℃） ，使碳原子渗入到钢件表面层内的操作过程。 渗碳后的工件经淬火后表面硬度可达 56-65HRC。 好处：零件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保留原有的良好韧性和强度，适用于 低碳钢。 渗碳方法：固体渗碳、盐浴渗碳和气体渗碳。 盐浴渗碳的盐类有 Na 2 CO 3 、SiC 等和催化剂盐类放在盐浴炉内熔融。 固体渗碳法每保温一小时渗入深度为 0.1-0.15mm
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一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件: 低速、轻载又不受冲击要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求: 45 调质,HB200-2503.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-2504.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr(42MnVB) 淬火 中温回火 HRC40-455.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-556.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)7.条件: 中速、重载要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV9009.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体?11.条件: 高速、重载、有冲击、模数＜5要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62.12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-6213.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.14.条件: 载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮要求: 50Mn2、50、65Mn 淬火,空冷,HB≤ 24115.条件: 低速、载荷不大,精密传动齿轮.要求: 35CrMO 淬火,低温回火,HRC45-5016.条件: 精密传动、有一定耐磨性大齿轮.要求: 35CrMo 调质,HB255-302.17.条件: 要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.?要求: 9Cr16Mo3VRE 沉淀硬化18.条件: 要求高耐磨性的鼓风机齿轮.要求: 45 调质,尿素盐浴软氮化.19.条件: 要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。要求: 粉末治金(生产批量要大).20.条件: 拖拉机后桥齿轮(小模数)、内燃机车变速箱齿轮(m6-m8).要求: 55DTi或60D(均为低淬透性中碳结构钢)中频淬火,回火,HRC50-55,或中频加热全部淬火.可获得渗碳合金钢的质量,而工艺简化,材料便宜.二、备注:1.机床齿轮按工作条件可分三组:(1).低速:转速2m/s,单位压力350-600N/mm^2.(2).中速:转速2-6m/s,单位压力100-1000N/mm^2,冲击负荷不大.(3).高速:转速4-12m/s,弯曲力矩大,单位压力200-700N/mm^2.2.机床常用齿轮材料及热处理:(1).45 淬火,高温回火,HB200-250,用于圆周速度＜1m/s中等压力,高频淬火,表面硬度HRC52-58,用于表面硬度要求高、变形小的齿轮.(2).20Cr渗碳、淬火、低温回火HRC56-62,用于高速、压力、中等、并有冲击的齿轮.(3).40Cr 调质,HB220-250,用
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