一種用於Cr12MoV鋼鑄造模具型面的熱處理工藝的製作方法

2023-06-03 07:54:36

本發明涉及熱處理工藝，具體涉及一種用於cr12mov鋼鑄造模具型面的熱處理工藝。

背景技術：

近年來，隨著汽車工業的發展，汽車市場的競爭日趨激烈，圍繞汽車車身高效生產、低成本和安全性，各種車型的更新和換代頻率高於以往任何時期，汽車製造業對模具的需求量也呈現出前所未有的快速增長；但同時對模具質量也提出了更高的要求。

目前，為了提高模具的表面硬度和使用壽命，一般會對模具的型面進行熱處理。傳統的熱處理工藝通過氧乙炔噴槍等工具對模具工作部位火焰加熱，空冷或水冷淬火後完成熱處理。

但火焰淬火質量很大程度上取決於操作者的經驗，易導致模具型面淬火不均勻，硬度無法均勻達到工作要求。且火焰淬火易使模具表面變形，故在淬火後還需進行型面精加工。但由於淬火後的型面硬度比較大，加工刀具磨損比較明顯，成本較高。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種提高熱處理質量，減小刀具磨損成本的用於鑄造cr12mov模具型面的熱處理工藝。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種用於cr12mov鋼鑄造模具型面的熱處理工藝，包括以下步驟：

s1、制樣：用砂紙打磨試樣的表面，去除氧化層及汙漬，並使用酒精清洗表面，使模具獲得平整光滑的清潔型面；

s2、預處理：在模具型面上塗覆吸光塗料溶液，等待稀釋劑揮發，稀釋劑揮發後的塗層厚度為0.4mm～0.6mm；

s3、製備底座：製備用於平衡模具各處的自冷卻能力的底座，底座上端面和模具背對型面一側端面貼合，底座和模具形成一個自冷卻能力處處相等的待雷射件；

s4、雷射淬火：將待雷射件置於雷射加工工具機的工作檯上，調整各工作軸的位置，調焦獲取聚焦光斑，使光斑落在試樣表面，打開保護氣體，在惰性氣體保護下對模具型面進行雷射表面淬火；

s5、對模具進行510℃的三次高溫回火。

通過採用上述技術方案，利用聚集後的雷射束快速加熱模具型面鋼鐵材料，使其發生相變形成馬氏體淬硬層，從而達到鑄造模具型面的硬度要求；

採用雷射淬火工藝，對經過切削加工好的模具型面進行淬硬時產生的局部淬火變形很小，由此可使後續加工減少到最低程度或者完全免去加工，從而使模具在淬硬後不需再用刀具進行型面精加工，減小了刀具磨損成本；

雷射淬火比普通淬火硬度值高15％—20％、表面具有40000mpa以上的殘餘壓應力，使其疲勞強度高、硬度更均勻；

不需要加熱介質，有利於環境保護，節省能源；

吸光塗料溶液可增加模具對雷射能量的吸收率，從而確保了雷射對模具型面的加熱能力；同時吸光塗料在雷射照射下升溫熔融，均勻覆蓋於金屬表面，冷卻時凝結成固態薄膜，有利於使雷射淬火前後型面粗糙度變化量小；且由於其和模具存在熱膨脹係數的差異，淬火後易自行脫離，方便了型面的清潔；

待雷射件在受到雷射淬火時，由於型面各處由於模具其自冷卻能力而降溫的速度幾乎相等，從而使型面各處冷卻時間相近，使模具中的馬氏體在幾乎同一時間達到臨界冷卻速度，實現淬火硬化。減小了由於冷卻時間不同導致型面上各個區域之間由於熱應力及相位不同時性，導致模具產生較大的變形的概率；

在高溫回火後，模具的硬度會因二次硬化而顯著上升。

本發明的進一步設置為：底座的材料與模具材料一致，底座和模具相合形成一個厚度處處相等的待雷射件。

通過採用上述技術方案，同一種材料，厚度越大，其自冷卻能力越大。通過底座形成一個厚度處處相等的待雷射件，從而實現待雷射件上各處自冷卻能力相等。操作便捷，不需進行分析，只需根據模具直接倒模出一個底座即可。

本發明的進一步設置為：底座的材料導熱性優於模具材料，在三維建模後在ansys內做熱場分析，根據分析結果修改底座構造，將待雷射件每處的自冷卻能力調節至相等。

通過採用上述技術方案，從而可在減小底座厚度的情況下，使帶雷射件有更好的自冷卻能力，確保了自冷速度可滿足馬氏體相變臨界冷卻速度，實現淬火硬化。

本發明的進一步設置為：底座上開設有用於嵌設放置模具的凹槽，模具高度高於凹槽。

通過採用上述技術方案，從而使模具和底座更緊密的結合，使模具可穩定放置在底座上，從而雷射淬火時模具保持平穩狀態，使雷射可準確的對模具型面進行淬火。

本發明的進一步設置為：底座下端面沿豎直向上開設有冷卻腔，冷卻腔內灌注有冷卻液，冷卻腔的開口處設有用於進出冷卻液的注液塞，在三維建模後在ansys內做熱場分析，根據分析結果改變每個冷卻腔內的冷卻液量，將待雷射件每處的自冷卻能力調節至相等。

通過採用上述技術方案，使該底座可適用於各種模具。根據模具的不同，在進過熱場分析後，可通過注液塞減少或增加冷卻腔內的冷卻液量，從而調節待雷射件的自冷卻能力。使底座可以重複利用，減小了成本。

本發明的進一步設置為：運用ansys對模具型面進行受力分析，並根據受力分析結果，根據受力大小將從大到小將模具型面分呈第一段、第二段和第三段，受力越大，掃描速度越小。

通過採用上述技術方案，在雷射功率和光斑大小一定時，掃描速度越小，形成的淬火硬度層越大。通過ansys分析型面受力，根據受力不同將型面分塊掃描，在確保型面有足夠硬度的前提下，減小淬火需要的總掃描時間，從而提高了加工效率。

本發明的進一步設置為：掃描第一段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1200mm/min；掃描第二段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1150mm/min；掃描第三段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1100mm/min。

通過採用上述技術方案，經過實驗，在雷射輸出功率超過1500w後，模具表面將產生微熔顯現，導致型面出現微觀缺陷，故將雷射功率控制在1350w。然後通過掃描速度的不同來決定淬火硬度層的厚度，確保型面各處都有足夠的硬度。

本發明的進一步設置為：在雷射淬火前，對模具進行良好的鍛造和球化退火。

通過採用上述技術方案，雷射表面淬火加熱速度快，自激冷卻速度亦很快，淬火硬化層晶粒細小且成分難以均勻化。在對其進行鍛造和球化退火後，使雷射淬火前組織儘可能細化且成分均勻，使雷射淬火的效果更好。

本發明的進一步設置為：對模具型面進行多道掃描，掃描搭接率為6％～10％。

通過採用上述技術方案，當型面較大時，需對模具進行多道掃描。經過試驗，搭接率為0的情況下，型面上形貌變化較小，模具表面具有較好的平整性。隨著搭接率的提高，雷射掃描淬火帶的搭接區域擴大，型面接受雷射束重複照射的面積增加，模具吸收雷射輻射的能量增加，使型面過熱現象加劇，導致型面局部微熔現象發生，局部區域顯示為重熔組織。重熔情況的加劇，型面發生重熔的面積增大，並形成枝晶狀組織的尺寸增加。易導致表面微裂紋的出現，影響淬火後的模具質量。

如無搭接部分，搭接區域的溫度變化不大，而型面受熱時間延長，易導致搭接區域出現明顯的回火現象，導致型面局部區域硬度不夠。故當搭接率在2％～10％時，可確保型面均收到雷射淬火，同時減小了重熔面積，減小微裂紋出現的概率，避免了微觀缺陷。

本發明具有以下優點：可在型面各處表面形成硬度足夠的淬火層，且型面上微觀缺陷少，型面表面變形小。

具體實施方式

實施例一：

一種用於cr12mov鋼鑄造模具型面的熱處理工藝，包括以下步驟：

s1、制樣：用砂紙打磨試樣的表面，去除氧化層及汙漬，並使用酒精清洗表面，使模具獲得平整光滑的清潔型面；

s2、預處理：在模具型面上塗覆吸光塗料溶液，等待稀釋劑揮發，稀釋劑揮發後的塗層厚度為0.5mm；

吸光塗料可為市面上購買的任意一種用於雷射熱處理的吸光塗料，在該實施例中，吸光塗料的質量分數為，棕剛玉15％～20％，石英砂15％～18％；醇基酚醛樹脂25％～32％，工業酒精30％～35％，稀土氧化物4％～8％，防沉劑3％～6％；

s3、模具處理：對模具進行鍛造和球化退火；

s4、製備底座：

1、在catia內建模底座，底座下端面平行於型面，底座上端面和模具背對型面一側端面貼合；

2、根據三維模型製作底座，底座的材料與模具材料一致，底座和模具相合形成一個厚度處處相等的待雷射件，從而製備出自冷卻能力處處相等的待雷射件；

s5、雷射淬火：

1、運用ansys對模具型面進行受力分析，並根據受力分析結果，將從大到小將模具型面分呈第一段、第二段和第三段；

2、將待雷射件置於雷射加工工具機的工作檯上，調整各工作軸的位置，調焦獲取聚焦光斑，使光斑落在試樣表面，打開保護氣體氮氣，在惰性氣體保護下對模具型面進行雷射表面淬火，在掃描時，對模具型面進行多道掃描，掃描搭接率為8％；

3、掃描第一段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1200mm/min；掃描第二段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1150mm/min；掃描第三段時，雷射功率為1350w，掃描速度v＝1100mm/min；

s6、對模具進行510℃的三次高溫回火。

實施例二：

實施例二和實施例三的區別在於：製備底座的方法不同。

1、在catia內建模底座，在底座上端面開設用於裝配模具的凹槽，凹槽深度小於模具高度，然後將底座和模具裝配，使模具嵌設入凹槽內，底座和模具結合形成待雷射件；

2、設定底座材料，底座材料的導熱性優於模具材料，將三維模型放入ansys內，輸入底座材料和模具材料，做熱場分析，根據分析結果修改底座構造，將待雷射件每處的自冷卻能力調節至相等；

3、根據三維模型製作底座。

實施例三：

實施例三和實施例一的區別在於：製備底座的方法不同。

1、在catia內建模底座，模具下端面可穩定放置在底座上端面上，在底座下端面沿豎直向上開設冷卻腔，冷卻腔設有若干個均勻分布在底座上，然後將三維模型的底座和模具裝配在一起形成待雷射件；

2、設定冷卻液材料，底座的材料與模具材料一致，將三維模型放入ansys內，輸入底座材料、冷卻液材料和模具材料，做熱場分析，根據分析結果確定冷卻腔內需要的冷卻液量，將待雷射件每處的自冷卻能力調節至相等；

3、根據三維模型製作底座，底座的材料與模具材料一致，在冷卻腔的出口端安裝上注液塞，通過注液塞向冷卻腔內灌注由熱場分析得出的，待雷射件每處的自冷卻能力相等時，每個冷卻腔內需要的冷卻液量；

4、若需將底座運用於不同的模具，可重複第2～3步即可。

僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。