畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目： 壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 材料成型及控制工程 指 導(dǎo) 教 師： 職稱： 講 師 2013年12月28日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝，融會(huì)貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、分析問題和解決問題的能力。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容 ：（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)（包括設(shè)計(jì)的技術(shù)要求、用途及工藝流程

2、）（2）繪出熱處理件零件圖（電動(dòng)機(jī)殼體的壓鑄模圖、相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)殼體圖）（3）給出設(shè)計(jì)方案（4）寫出設(shè)計(jì)說明（5）設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目（6）設(shè)計(jì)熱處理工藝卡片（7）壓鑄鋁合金用模具的熱處理缺陷及預(yù)防或補(bǔ)救措施要求：（1）通過查找資料充實(shí)、完善各項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。（2）分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。（3）提交設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告），2千字以上。報(bào)告格式請(qǐng)參照“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）”格式3、主要參考文獻(xiàn)1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學(xué). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 20052 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理分會(huì)熱處理工程師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2003第一版.3 張玉庭主編熱

3、處理技師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2006第一版4 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)熱處理手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2003第三版.4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第十六周：對(duì)給定的題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。第十七周：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說明書。指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取

4、與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)

5、結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 本課設(shè)計(jì)了壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝設(shè)計(jì)。主要討論了壓鑄模的模具的熱處理過程，其工藝路線：鍛造預(yù)備熱處理（球化退火）粗加工去應(yīng)力處理（650）精加工最終熱處理滲氮。此模具

6、采用3cr2w8v中碳高合金鋼作為模具材料。主要是其受熱溫度很高，同時(shí)還能承受很高的應(yīng)力。3cr2w8v鋼中w含量較高，耐回火性高。w還提高鋼的ac1點(diǎn)，故可提高鋼的熱疲勞抗力。cr主要提高鋼的淬透性，并可提高熱疲勞抗力、抗氧化性和耐蝕性。少量的v能細(xì)化晶粒，提高耐磨性。關(guān)鍵詞： 壓鑄鋁合金用模具 壓鑄模 3cr2w8v 目 錄摘 要1、設(shè)計(jì)任務(wù)11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求12、設(shè)計(jì)方案22.1壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝的22.1.1工作條件22.1.2失效形式22.2鋼種材料33、設(shè)計(jì)說明43.1加工工藝流程43.2具體熱處理工藝43.2.1預(yù)備熱處理工藝43.2.2最終熱處理4

7、3.2.3滲氮工藝54、常見缺陷分析及防止措施65、結(jié)束語76、熱處理工藝卡片8參 考 文 獻(xiàn) 91 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)壓鑄鋁合金用模具的熱處理工藝設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 壓鑄模是液態(tài)金屬制品成型的工具，要求有一定的強(qiáng)韌性、耐熱疲勞性和抗蝕性能。壓鑄模在工作時(shí)于熱態(tài)金屬長(zhǎng)時(shí)間接觸，受熱溫度高達(dá)500800甚至千度以上，同時(shí)還承受很高的應(yīng)力，因此高的熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度和耐熱疲勞性能是這類模具用鋼的主要性能要求。而壓鑄鋁合金用模具型腔的工作溫度高達(dá)600左右。故其要有一定的耐熱性和耐火性。2 設(shè)計(jì)方案2.1壓鑄鋁合金用模具熱處理工藝的分析2.1.1工作條件熱作模具的工作條件惡劣，特別是工作溫

8、度高，性能要求苛刻。為了適應(yīng)不同條件下的使用，熱作模具的材料和熱處理工藝要求都比較高。2.1.2失效形式熱作模具的失效形式有變形失效、熱疲勞失效、熱磨損失效和斷裂失效四中。變形失效是指在高溫下毛坯與模具長(zhǎng)期接觸使用后模具出現(xiàn)軟化而發(fā)生塑形變形。熱疲勞是指在環(huán)境溫度發(fā)生周期性變化條件下工作的模具表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。熱作模具工作溫差大，急冷急熱反復(fù)速度快的熱壓鑄模具、鍛模等易出現(xiàn)熱疲勞裂紋，此裂紋屬于表面裂紋，一般較淺，在機(jī)械應(yīng)力作用下向內(nèi)部擴(kuò)展，最終產(chǎn)生斷裂失效。斷裂是指材料本身承載能力不足以抵抗工作載荷而出現(xiàn)失穩(wěn)態(tài)下的材料開裂，包括脆性斷裂、韌性斷裂，疲勞斷裂和腐蝕斷裂。熱作模具斷裂，與工作載荷

9、過大，材料處理和選材不當(dāng)以及應(yīng)力集中等有關(guān)。熱磨損失效是指模具工作部位于被加工材料之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的損耗，包括尺寸超差和表面損傷兩種形式壓鑄鋁合金用模具的主要失效形式為粘模、熱疲勞、拐角和銳邊處開裂（粗裂紋或劈裂）、磨損或腐蝕。 2.2鋼種材料 壓鑄鋁合金用模具選用3cr2w8v鋼作為模具材料，3cr2w8v為中碳高合金鋼。3cr2w8v鋼中w含量較高，耐回火性高。w還提高鋼的ac1點(diǎn)，故可提高鋼的熱疲勞抗力。cr主要提高鋼的淬透性，并可提高熱疲勞抗力、抗氧化性和耐蝕性。少量的v能細(xì)化晶粒，提高耐磨性。3cr2w8v的成分如表1 表1 3cr2w8v合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，）csimncrw

10、v0.350.400.400.402.202.707.509.000.200.503 設(shè)計(jì)說明3.1加工工藝流程壓鑄鋁合金用模具的熱加工工藝流程經(jīng)過許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程: 鍛造預(yù)備熱處理(球化退火)粗加工去應(yīng)力處理精加工最終熱處理（淬火回火）鉗修打光滲氮裝配。3.2具體熱處理壓鑄鋁合金用模具的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)備熱處理以及后期的最終熱處理，預(yù)備熱處理以減少坯料的硬度和均勻組織為方便后面的機(jī)加工，也為后續(xù)的最終熱處理淬火、回火、滲氮提供優(yōu)良的原始組織。3.2.1預(yù)備熱處理工藝3cr2w8v鋼由于w、cr的含量高，相當(dāng)于過共析鋼。鍛造后進(jìn)行不完全退火。選擇的不完全退火方式為球化退火。

11、退火工藝：840880720740等溫，爐冷至500出爐。退火的目的是：降低硬度，均勻組織，改善切削加工性，并位淬火作組織準(zhǔn)備。3.2.2最終熱處理（淬火回火） 壓鑄鋁合金用模具3cr2w8v模具淬火、回火工藝：550600預(yù)熱，1050加熱，預(yù)冷至850油淬，在610，580進(jìn)行兩次回火。熱處理后的硬度一般不超過48hrc，過高易產(chǎn)生熱裂。圖1為3cr2w8v的熱處理工藝曲線 圖1 3cr2w8v的熱處理工藝曲線溫度/ 1070850油冷55090二次預(yù)熱 90一次預(yù)熱580560610580油油120 120時(shí)間/min為了保證壓鑄鋁合金用模具的熱處理質(zhì)量，要避免出現(xiàn)畸變、開裂、滲氮、氧化

12、或腐蝕等弊病，應(yīng)在脫氧良好的鹽浴中，或保護(hù)氣氛的爐中，或裝箱保護(hù)加熱，或真空爐中熱處理。淬火加熱時(shí)應(yīng)采用450500和800850的兩次預(yù)熱。裝箱加熱時(shí)應(yīng)在500以下入爐。 模具加熱后淬冷過程的冷卻速度，對(duì)模具性能和壽命的影響至關(guān)最要。冷速低，尺寸穩(wěn)定性好，畸變、開裂傾向小，但顯微組織會(huì)出現(xiàn)晶界碳化物或上貝氏體，從而降低斷裂韌度。 模具淬火后應(yīng)立即回火，以免開裂。回火溫度根據(jù)工作硬度和鋼的回火溫度硬度曲線來選定。通常選擇3cr2w8v鋼制壓鑄模型腔的硬度為4450hrc。3.2.3滲氮工藝 3cr2w8v模具的滲氮工藝選擇使用廣泛的氣體滲氮，3cr2w8v的滲氮工藝規(guī)范見表。 階段溫度/時(shí)間/

13、h分解率(%)滲氮層深/mm表面硬度(hv)4804905205306006202022202423152530501000.200.35600 4 常見缺陷分析及防止措施模具熱處理中常見的缺陷及防止措施：1. 球化組織粗大不均，球化不完善，組織中有網(wǎng)狀、帶狀和鏈壯碳化物。應(yīng)正確的制定球化退火的工藝規(guī)范2. 淬火過熱或過燒，淬火組織粗大化，應(yīng)正確制定淬火工藝，嚴(yán)格控制淬火溫度和加熱時(shí)間3. 硬度低或不均勻。應(yīng)有良好的預(yù)備熱處理組織，進(jìn)行良好的鹽浴脫氧，選用淬透性高的鋼，正確制定淬火、回火工藝參數(shù)，4. 脫碳。鹽的質(zhì)量必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并經(jīng)30050024h的烘干脫水。5. 裂紋。應(yīng)改進(jìn)鍛造和球

14、化退火工藝，消除網(wǎng)狀，帶狀，鏈狀碳化物，改善球化組織的均勻性。在淬火前的去應(yīng)力退火。嚴(yán)格控制淬火加熱溫度和時(shí)間，防止過熱過燒。采取預(yù)熱和預(yù)冷的措施。淬火后要及時(shí)回火，回火要充分。6. 腐蝕。避免向鹽浴中帶入氧化物。營(yíng)用氯鹽作分級(jí)冷卻介質(zhì)。模具淬火、回火后及時(shí)清除表面殘鹽。 5 結(jié)束語壓鑄鋁合金用模具的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)備熱處理以及后期的最終熱處理，預(yù)備熱處理以減少坯料的硬度和均勻組織為方便后面的機(jī)加工，也為后續(xù)的最終熱處理淬火、回火、滲氮提供優(yōu)良的原始組織。3cr2w8v鋼由于w、cr的含量高，相當(dāng)于過共析鋼。鍛造后進(jìn)行不完全退火。選擇的不完全退火方式為球化退火。3cr2w8v模具的淬火

15、、回火工藝：550600預(yù)熱，1050加熱，預(yù)冷至850油淬，在610，580進(jìn)行兩次回火。6 熱處理工藝卡片零件名稱：壓鑄鋁合金用模具熱處理工藝卡處理要求：鍛造預(yù)備熱處理(球化退火)粗加工去應(yīng)力處理精加工最終熱處理（淬火回火）鉗修打光滲氮裝配熱處理技術(shù)要求：恰當(dāng)控制溫度和時(shí)間硬度：4045hrc材料：3cr2w8v鋼 工序號(hào)名稱設(shè) 備工具裝 料工 藝 規(guī) 范冷 卻備 注工具數(shù)量一工具裝數(shù)量/件溫度/加熱時(shí)間保溫時(shí)/h間合計(jì)介質(zhì)溫度/1鍛造-2球化退火8408805min11h爐冷3淬火8208505min22h油4回火6105801h1-22-3h油5滲氮4806201h5051h空氣678910更該日期更改單號(hào)更改標(biāo)準(zhǔn)更改者參 考 文 獻(xiàn)1 馮曉曾等.模具用鋼和熱處理m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.2 夏立芳.金屬熱處理工藝學(xué)m.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，1986.3 熱處理手冊(cè)編委會(huì).熱處理手冊(cè)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2001.4 吳曉峰,馬坤.模具鋼應(yīng)用的主要問題與熱處理研究進(jìn)展