根据搓丝板的工作条件及失效形式,选用的材料应具备以下性能:良好的淬透性、基体硬度高、耐磨性好、尺寸稳定性好、良好的冲击韧性与适当的强度、切削加工性和热加工成形性好等。
通常要求搓丝板热处理后齿根以下3~5mm内的硬度为58~61HRC,淬火马氏体<3级,齿面无脱碳。
(1)模具材料的选择 搓丝板常用材料为低合金工具钢,如9SiCr、CrWMn,高合金钢(如Cr12MoV)以及高速工具钢(如W9Mo3Cr4V)等。不锈钢件的搓丝板可采用日本大同特殊钢公司的DC53、SKH9钢等。
(2)模具的热处理
1)球化退火要求。9SiCr钢的退火硬度为197~241HBW,Cr12MoV钢的退火硬度为217~269HBW。以上两钢种均要求:脱碳层深度不允许超过加工余量的1/2,珠光体级别为2~4级,碳化物呈颗粒状,其大小与分布要均匀。
2)Cr12MoV钢制滚丝板热处理。800~820℃×30~40ts盐浴预热,1040~1050℃×15~20ts盐浴加热,580~620℃×3~5min分级淬火,260~280℃×30~60min硝盐浴分级淬火,500~520℃×2h×2次回火。
3)9SiCr钢制搓丝板的热处理。螺纹直径>M6的搓丝板热处理工艺:600~650℃×30~40ts盐浴预热,860~870℃×15~20ts盐浴加热,油淬,200~230℃×2~3h回火;螺纹直径≤M6的搓丝板热处理工艺:600~650℃×30~40ts盐浴预热,860~870℃×15~30ts盐浴加热,170~180℃×4~6min等温淬火,200~220℃×2~3h回火。
(3)提高搓丝板寿命的途径
1)采用钢结硬质合金。钢结硬质合金具有高的硬度与耐磨性,模具寿命较高。如GW30钢结硬质合金制作的螺纹搓丝板的寿命是Cr12型钢(经常规热处理)模具的7~20倍。
实例 GW30钢结硬质合金制作搓丝板盐浴淬火后,其寿命比原Cr12钢提高7倍以上。(www.daowen.com)
①GW30钢结硬质合金的球化退火。830~850℃×2~3h加热,炉冷至720~740℃,保温4~5h,炉冷至300℃出炉空冷。退火后硬度为32~35HRC。
②GW30钢结硬质合金的淬火与回火。淬火:600℃、830℃两次盐浴预热,加热时间按4min/mm计算,960~970℃×2tmin加热后油淬,160~180℃×1.5h×2次硝盐回火,回火后硬度为60~62HRC。
2)采用化学热处理工艺。如搓丝板渗钒后,表面硬度可高达3000HV左右,模具的耐磨性及寿命显著提高。
实例 Cr12钢制搓丝板,经渗钒复合处理(高温淬火+渗钒)后,使模具的寿命提高到1.7万件,较常规热处理的提高3~4倍。
渗钒复合处理工艺:800~820℃×10min预热,1040~1060℃×5min加热后,油淬;680℃×2h回火;(950±10)℃×5h渗钒;(220±10)℃×2h回火。渗钒剂配方(质量分数):V2O510%+Al5%+NaF9%+NaCl27%+BaCl249%。
3)采用真空热处理技术。搓丝板采用真空热处理,不仅表面光洁、硬度均匀、畸变小、精度高,而且使用寿命显著提高。
实例 Cr12MoV钢制活动搓丝板,外形尺寸为210mm(长度)×55mm(宽度)×40mm(高度),用于加工M8螺栓(35钢),技术要求:硬度为59~62HRC,精度要求2A级(≤0.025mm,相当于美制一级)。
①原工艺。采用盐浴炉加热淬火,模具畸变较大,达到不到精度要求,长度与宽度方向的畸变量分别为0~0.03mm和0.01~0.06mm,模具寿命偏低。
②新工艺与模具寿命。采用ZC-65型双室真空淬火炉,980℃预热,真空度为10-3Pa;淬火加热温度为1050℃,真空度为10-1Pa,出炉油淬。170℃×1.5h×2次回火,硬度为61~62HRC,长度与宽度方向的畸变量分别为0.005~0.02mm和0~0.01mm,完全满足精度要求(≤0.025mm,相当于美制一级),模具寿命55万件。
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