[发明专利]一种凹心型腔模块的锻造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属锻造方法，具体涉及一种型腔（凹心）模块的锻造方法，用于制造生产塑料制品用的塑料模具。

背景技术

模具钢是特殊的合金钢，其中塑料模具钢主要用于将塑料采用模压成形的方法制造成塑料制品的各种模具，包括碳素塑料模具钢、预硬化塑料模具钢、易切削塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、高耐磨塑料模具钢等。大截面、型腔（凹心）模块属于碳素塑料模具钢，模块制成模具后，模具在塑料成型过程中要承受各向压力，为保持尺寸精度，需要较高的力学性能和硬度，因此较高的力学性能和硬度是衡量该类品种实物质量水平的重要技术指标。高力学性能和硬度指标要求钢材具有均匀的内部组织，组织不均匀会降低钢的力学性能及硬度和均匀性，并导致模具在使用过程中出现变形、开裂等问题。由于受大钢锭、大截面钢材的尺寸限制，在锻造大截面、型腔（凹心）模块时内部组织很难达到均匀，力学性能和硬度越难以保证；另一难点在于锻压型腔（凹心）时，钢坯各方向走铁不均匀，造成钢材尺寸外形较差，需要利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具保证尺寸外形合格。目前国内外没有大截面型腔（凹心）模块锻造方法的技术经验。国内外在制造小截面异型锻件时，存在金属钢坯走铁不均匀、锻件各处组织不均匀、性能指标难以满足标准及表面外形较差等问题，本发明也借鉴了一些解决以上问题的方法。国内外在制造大型模具时，大都采用锻造模块后，经过机械加工制成模具，在机械加工模具过程中加工步骤多、耗时长、浪费金属料。

发明内容

本发明公开一种型腔（凹心）模块的锻造方法，目的是通过采用锻造接近模具外形的型腔（凹心）模块,提高力学性能和硬度以及确保型腔（凹心）模块尺寸外形合格。

为实现上述目的本发明的技术方案是通过热加工采用多火次多方向锻造，通过控制不同火次不同方向压下量改善内部组织，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）保证尺寸外形合格；热处理采用正火+回火，使组织硬度均匀。

具体工艺步骤：

1.炼钢工艺：

①大型型腔（凹心）模块化学成分（%）：C：0.52～0.58、Si：0.15～0.35、Mn：0.60～0.90、Cr：≤0.30、Ni：≤0.20、Cu：≤0.30、S：≤0.005、P：≤0.020，其余为Fe和不可避免的杂质。

②采用UHP+LF+VD炼钢，控制VD出钢温度浇注钢锭，保证钢锭内部铸态组织。

2.锻造工艺：采用多火次多方向锻造，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心），大致分为四个步骤：

第一步，钢锭一火加热，钢锭压钳把锻造：①加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为18h～20h；②锻压机对钢锭头部进行压钳把变形锻造；③终锻温度为≥850℃；

第二步，钢锭回炉二火加热，钢锭一次镦粗，一次拔长：①压钳把后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行一次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行一次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；

第三步，钢锭回炉三火加热，钢锭二次镦粗：①拔长后的钢锭阴面向上，回加热炉第二次加热；②回炉加热温度为1220℃～1240℃，保温时间为4h～5h；③钢锭立放于镦粗盘上进行二次镦粗，镦粗比≥2；④镦粗后的钢锭进行二次拔长；⑤终锻温度为≥850℃；

第四步，成品锻造：将镦粗后的钢锭进行成品锻造，要有两道重压，每道次压下量在180mm～200mm之间，利用宽砧、窄砧、剁刀、大平台等锻造工具锻压型腔（凹心）。

3.成品材锻后红送热处理，温度为880℃，消除锻造过程中产生的内应力，降低硬度，改善切削加工性。

4.成品材外形尺寸及力学性能指标

①成品材尺寸范围为600mm～1100mm×900mm～1300mm，尺寸外形厚度、宽度公差：0～+20mm，棱角处圆角半径≤15mm，弯曲度≤5mm/m，全长弯曲度≤0.5%L，钢材的每个面交角为90°±4°。

②力学性能；抗拉强度≥649MPa，屈服强度≥300MPa，断后伸长率≥15%，布氏硬度（HBW）170～212。

③实物料探伤水平达到SEP1921标准C/c级别。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

①控制冶炼出钢温度，改善大锭铸态组织，减少成分偏析；

②通过多火次、多方向锻造方式使大截面模块力学性能满足标准要求；