技术领域
[0001] 本
发明属于模具加工技术领域，具体的是一种
铝合金型材挤压模具加工工艺。
背景技术
[0002] 模具作为工业塑形产品的加工手段在现代工业中占有的地位越来越高，从最早的浇筑成型，到后来发展的
冲压成型、
挤压成型、液态成型等等，各种各样的模具，模具具有成型效果好，使用寿命长，并且开模之后可以反复使用，安装方便，适用于各种操作环境。
[0003] 挤压模具作为模具的一种，需要承受高温和高摩擦，挤压模具的寿命一般取决于模具挤压表面的耐
腐蚀性和公差的大小，模具的挤压表面被高温下的半固态的型材所带有的腐蚀离子将模具表面
氧化，并且经过长期的摩擦使模具表面的公差变化，导致挤压出来的铝型材不符合标准，造成资源的浪费和成本的消耗。因此，如何改善挤压模具挤压表面的强度和耐高温抗氧化，使模具金属稳定不发生
变形，使用寿命大大提高，模具损坏或者达不到要求即被废弃导致整个模具的浪费，成本增加是本发明需要解决的问题。
发明内容
[0004] 为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种铝合金型材挤压模具加工工艺，改善挤压模具挤压表面的强度和耐高温抗氧化，使模具金属稳定不发生变形，使用寿命大大提高，同时减少成本的消耗。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006] 一种铝合金型材挤压模具加工工艺，包括模具外安装座预制、挤压模具材料筛选、模具
钢材的熔炼、模具钢材的
铸造、模具钢材的
锻造、模具钢材的
热处理、模具钢材的电加工、挤压模具
机械加工、模具
表面处理、模具表面
抛光和组合安装，具体加工步骤如下：
[0007] 步骤一、模具外安装座预制：选取Q235作为模具的安装座，首先通过浇筑使安装座成型，再通过锻压机的锻造使安装座具有所需的硬度，最后通过数控机床的机械加工，使模具外安装座具有对称且表面粗糙度达到的要求，制造好的模具外安装座用工业油润滑后使用塑料
薄膜包裹，备用；
[0008] 步骤二、挤压模具材料筛选：挤压模具选用耐高温、耐磨的H13模具钢，H13模具钢在高温下能够保持其强度和硬度，H13模具钢含有较高含量的
碳和
钒，具有优良的综合
力学性能和较高的抗回火
稳定性；
[0009] 步骤三、模具钢材的熔炼：将步骤二选取的H13模具钢先放置在1000℃的高温下预热，待模具钢表面通红之后利用夹具将其放置在1800-2000℃的熔炼炉内
熔化，形成液态的
钢水；
[0010] 步骤四、模具钢材的铸造：将步骤三中熔融的H13模具钢浇筑到所需外形的
铸造模具内，并且通过铸造模具上开多个浇筑口和通
风口，使浇筑时不产生空气形成的空隙，待铸造成型，
温度下降到常温后开封取出铸造的模具；
[0011] 步骤五、模具钢材的锻造：将步骤四中铸造的H13模具放置在加热炉上加热至300℃后移至锻压设备上，通过锻压头的压力冲锻，使H13模具具有更强的硬度和更加紧实的塑性结构；
[0012] 步骤六、模具钢材的热处理：步骤五中锻压成型的H13模具钢进行的热处理包括正火、
退火、淬火和回火，具体操作步骤如下：
[0013] 步骤S1、正火：首先将H13模具钢进行正火工艺处理，将H13模具钢放置到正火加工炉中，并且将炉温以150℃/h的速度升高至980℃并且保温5h，使模具钢内的碳化物析出，再将炉温升高到1020℃保温12h，使析出的碳化物充分溶解到奥氏体中，然后将模具钢迅速油冷至360℃的
马氏
相变起始温度，放置在360-370℃的炉中随炉冷却至200℃，使模具钢完成马氏相变，马氏相变后模具钢的碳化物不能形成网状，且内部组织得到细化；
[0014] 步骤S2、退火：先进行去
应力退火，将正火后的模具钢加热到600-650℃放置4h，进行炉冷，再采用等温球化退火工艺，将去应力退火工艺后的模具钢放入炉中加热至900-950℃保温4-5h后炉冷至400℃后继续加热至720-760℃保温4-5h，待炉冷温度降至500℃时，出炉空冷至100℃，再进行放置白点退火，将空冷的模具钢放入炉中加热至550℃保温2h，然后以20℃/h的炉冷速度缓慢降温至常温；
[0015] 步骤S3、淬火：采用流动粒子炉加热，将步骤S2完成的模具钢放置在流动粒子炉中，先进行预加热至500℃保温1h后再加热至1050℃奥氏体化，保持炉温5h，使残余的碳化物融入至残余的奥氏体中，得到最好的韧性和放置开裂，提高H13模具钢的红硬性及抗回火能力，随后随炉温降至100℃；
[0016] 步骤S4、回火：将步骤S3中的100℃的H13模具钢降温至80℃时开始回火作业，将炉温升至350℃的中低温回火，保持炉温至4h后随炉温降温至80℃后进行第二次回火处理，将炉温升至340℃，保持炉温至3.5h后随炉温降至80℃后进行第三次回火处理，将炉温升至330℃，保持炉温至3h后随炉温降至常温后，H13模具钢热处理完毕；
[0017] 步骤七、模具钢材的电加工：采用电火花粗加工H13模具钢的内部挤压铝合金的通孔，加工
精度用长度损耗率衡量，公式为：CL＝hE/hW；
[0018] 步骤八、挤压模具机械加工：采用数控
铣床、数控机床和磨床，首先对挤压模具外表面进行
车削加工，使表面粗糙度为Ra0.8mm，再对挤压模具内表面进行钻孔、车削和打磨，使表面粗糙度为Ra<0.2mm；
[0019] 步骤九、模具表面处理：采用
碳氮共渗的气体软氮化，40％的
氨气与50％放热式气体和通氨气时滴注
乙醇、甲酰胺两种液体，使气体软氮化时，由于碳
原子在模具金属表面ε相中的
溶解度高，软氮化的表层是碳、氮共同的化合物，这种化合物韧性好且耐磨；
[0020] 步骤十、模具表面抛光：采用机械式的超精研抛光，将步骤九经过表面处理的H13模具钢夹在固定夹座上，使用超精
研磨具，在含有
磨料的研抛液中高速旋转抛光，使模具表面的粗糙度达到Ra0.008um的超高精度，得到铝型材挤压模具成品；
[0021] 步骤十一、组合安装：将步骤十中得到的模具成品放置在步骤一中预制的模具外安装座内，并且通过安装座外部设置的紧固
螺栓，将两个模具外安装座拧紧，使模具成品与模具外安装座完全配合，组合完成。
[0022] 作为本发明进一步的方案，所述步骤一模具外安装座的外表面粗糙度为Ra1.6mm，内表面粗糙度为Ra0.8mm。
[0023] 作为本发明进一步的方案，所述步骤五中采用的锻压设备锻压头的压力为5-10吨，锻压时间为20分钟。
[0024] 作为本发明进一步的方案，所述步骤六的热处理顺序为正火、退火、淬火和回火，并且必须先进行正火处理再退火处理。
[0025] 作为本发明进一步的方案，所述步骤十中超精研抛光，抛光的转速为7000-8000rpm/min。
[0026] 作为本发明进一步的方案，所述步骤十一中的组合安装，模具左安装
耳安装在两个左模具安装
挡板内，模具有安装耳安装在两个右模具安装挡板内，右第一螺栓孔、右第二螺栓孔设置在右外安装座上下两个表面上，左第一螺栓孔、左第二螺栓孔设置在左外安装座上下两个表面上。
[0027] 本发明的有益效果：
[0028] 1、该铝合金型材挤压模具加工工艺通过将挤压模具与安装座分开，使挤压模具使用高
质量的H13模具钢进行规范工艺制作，安装座选用普通的Q235类型的钢材，使挤压模具用钢量只有安装座用钢量的三分之一，材料的成本上节省了原来的二分之一，并且经过长时间使用的加压模具产生形变达不到精度要求，只需要替换内部的挤压模具即可，安装座可以持续使用，直至损坏。
[0029] 2、模具钢材的热处理使用正火、退火、淬火和回火的处理工序，在通用的工序前加了正火工序，正火工序和退火工序共同将模具钢材的内部机构排列均匀，在高温的作用下更加的稳定，比只有退火、淬火、回火工序的模具更加的耐用和抗外部应力，同时在退火时先去应力，使模具内部的拉拽应力减小，避免在外部应力产生时与内部应力共同作用，使模具不易拉断；三道中低温回火工序，每道回火工序回火温度降低10℃，同时保温时间缩短半小时，使回火后的模具内部具有分明的层次，在高温下的作业具有强的抗回火的能力；放置白点退火的缓慢冷却使模具表面不会产生白点，模具表面具有相同的金属特性，不会因为某一点的损伤导致整个模具的弃用。
[0030] 3、模具表面采用碳氮共渗的气体软氮化，组成的化合物层结构致密，有良好的
耐磨性，抗腐蚀性能较好；基体内，
铁和
合金元素与氮有较强的亲和力，与氮原子形成许多合金氮化物，显著提高渗氮层的硬度；且形成的各种氮化物的比容大于铁，渗氮之后，材料表面形成较大的残余压应力，可抵消不分外加拉应力，这样就显著提高了钢的抗高周疲劳性能。
[0031] 4、超精研的表面抛光使模具表面具有超高的粗糙度，这种超高的粗糙度远超化学抛光和电抛光，并且超精研抛光至作业在铝型材挤压面上，不对外周围无效的使用使用边抛光，针对性强。
[0032] 5、本发明经过结构的分离设计，和模具钢材的重新熔融锻造，再到表面的热处理和机械加工，最后进行模具表面的精确处理，使模具的内表面即挤压铝型材的挤出腔具有高精度和强耐磨性，并且模具本身具有很好的耐高温和高压的特性，使同一个模具在作业时使用的时间更长久，节约成本，提高工作效率。
附图说明
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0034] 图1是本发明模具外安装座结构示意图。
[0035] 图2是本发明模具外部结构示意图。
[0036] 附图标记：挤压模具1、模具左安装耳11、模具右安装耳12、右外安装座2、右第一螺栓孔21、右第二螺栓孔22、右模具安装挡板23、左外安装座3、左第一螺栓孔31、左第二螺栓孔32、左模具安装挡板33。
具体实施方式
[0037] 下面将结合本发明
实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 本发明为一种铝合金型材挤压模具加工工艺，包括模具外安装座预制、挤压模具材料筛选、模具钢材的熔炼、模具钢材的铸造、模具钢材的锻造、模具钢材的热处理、模具钢材的电加工、挤压模具机械加工、模具表面处理、模具表面抛光和组合安装；其中，所述模具钢材的热处理包括正火、退火、淬火和回火工艺。
[0039] 一种铝合金型材挤压模具的外形如图1所示，模具左安装耳11、模具右安装耳12设置在挤压模具1的两侧，挤压模具外安装座如图2所示，右外安装座2与左外安装座3，右外安装座2上下表面一端设置有右第一螺栓孔21、右第二螺栓孔22，左外安装座3上下表面一端设置有左第一螺栓孔31、左第二螺栓孔32，螺栓分别通过右第一螺栓孔21、左第一螺栓孔31和右第二螺栓孔22、左第二螺栓孔32将外安装座紧固，并且模具左安装耳11镶嵌在两个左模具安装挡板33内，模具右安装耳12镶嵌在右模具安装挡板23内。
[0040] 实施例1
[0041] 一种铝合金型材挤压模具加工工艺，包括模具外安装座预制、挤压模具材料筛选、模具钢材的熔炼、模具钢材的铸造、模具钢材的锻造、模具钢材的热处理、模具钢材的电加工、挤压模具机械加工、模具表面处理、模具表面抛光和组合安装；具体加工步骤如下：
[0042] 步骤一、模具外安装座预制：选取Q235作为模具的安装座，首先通过浇筑使安装座成型，再通过锻压机的锻造使安装座具有所需的硬度，最后通过数控机床的机械加工，使模具外安装座具有对称且表面粗糙度达到的要求，制造好的模具外安装座用工业油润滑后使用塑料薄膜包裹，备用；
[0043] 步骤二、挤压模具材料筛选：挤压模具选用耐高温、耐磨的H13模具钢，H13模具钢在高温下能够保持其强度和硬度，H13模具钢含有较高含量的碳和钒，具有优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性；
[0044] 步骤三、模具钢材的熔炼：将步骤二选取的H13模具钢先放置在1000℃的高温下预热，待模具钢表面通红之后利用夹具将其放置在1800-2000℃的熔炼炉内熔化，形成液态的钢水；
[0045] 步骤四、模具钢材的铸造：将步骤三中熔融的H13模具钢浇筑到所需外形的铸造模具内，并且通过铸造模具上开多个浇筑口和
通风口，使浇筑时不产生空气形成的空隙，待铸造成型，温度下降到常温后开封取出铸造的模具；
[0046] 步骤五、模具钢材的锻造：将步骤四中铸造的H13模具放置在加热炉上加热至300℃后移至锻压设备上，通过锻压头的压力冲锻，使H13模具具有更强的硬度和更加紧实的塑性结构；
[0047] 步骤六、模具钢材的热处理：步骤五中锻压成型的H13模具钢进行的热处理包括正火、退火、淬火和回火，具体操作步骤如下：
[0048] 步骤S1、正火：首先将H13模具钢进行正火工艺处理，将H13模具钢放置到正火加工炉中，并且将炉温以150℃/h的速度升高至980℃并且保温5h，使模具钢内的碳化物析出，再将炉温升高到1020℃保温12h，使析出的碳化物充分溶解到奥氏体中，然后将模具钢迅速油冷至360℃的马氏相变起始温度，放置在360-370℃的炉中随炉冷却至200℃，使模具钢完成马氏相变，马氏相变后模具钢的碳化物不能形成网状，且内部组织得到细化；
[0049] 步骤S2、退火：先进行去应力退火，将正火后的模具钢加热到600-650℃放置4h，进行炉冷，再采用等温球化退火工艺，将去应力退火工艺后的模具钢放入炉中加热至900-950℃保温4-5h后炉冷至400℃后继续加热至720-760℃保温4-5h，待炉冷温度降至500℃时，出炉空冷至100℃，再进行放置白点退火，将空冷的模具钢放入炉中加热至550℃保温2h，然后以20℃/h的炉冷速度缓慢降温至常温；
[0050] 步骤S3、淬火：采用流动粒子炉加热，将步骤S2完成的模具钢放置在流动粒子炉中，先进行预加热至500℃保温1h后再加热至1050℃奥氏体化，保持炉温5h，使残余的碳化物融入至残余的奥氏体中，得到最好的韧性和放置开裂，提高H13模具钢的红硬性及抗回火能力，随后随炉温降至100℃；
[0051] 步骤S4、回火：将步骤S3中的100℃的H13模具钢降温至80℃时开始回火作业，将炉温升至350℃的中低温回火，保持炉温至4h后随炉温降温至80℃后进行第二次回火处理，将炉温升至340℃，保持炉温至3.5h后随炉温降至80℃后进行第三次回火处理，将炉温升至330℃，保持炉温至3h后随炉温降至常温后，H13模具钢热处理完毕；
[0052] 步骤七、模具钢材的电加工：采用电火花粗加工H13模具钢的内部挤压铝合金的通孔，加工精度用长度损耗率衡量，公式为：CL＝hE/hW；
[0053] 步骤八、挤压模具机械加工：采用数控铣床、数控机床和磨床，首先对挤压模具外表面进行车削加工，使表面粗糙度为Ra0.8mm，再对挤压模具内表面进行钻孔、车削和打磨，使表面粗糙度为Ra<0.2mm；
[0054] 步骤九、模具表面处理：采用碳氮共渗的气体软氮化，40％的氨气与50％放热式气体和通氨气时滴注乙醇、甲酰胺两种液体，使气体软氮化时，由于碳原子在磨具金属表面ε相中的溶解度高，软氮化的表层是碳、氮共同的化合物，这种化合物韧性好且耐磨；
[0055] 步骤十、模具表面抛光：采用机械式的超精研抛光，将步骤九经过表面处理的H13模具钢夹在固定夹座上，使用超精研磨具，在含有磨料的研抛液中高速旋转抛光，使模具表面的粗糙度达到Ra0.008um的超高精度，得到铝型材挤压模具成品；
[0056] 步骤十一、组合安装：将步骤十中得到的模具成品放置在步骤一中预制的模具外安装座内，并且通过安装座外部设置的紧固螺栓，将两个模具外安装座拧紧，使模具成品与模具外安装座完全配合，组合完成。
[0057] 优选的，所述步骤一模具外安装座的外表面粗糙度为Ra1.6mm，内表面粗糙度为Ra0.8mm。
[0058] 优选的，所述步骤五中采用的锻压设备锻压头的压力为5-10吨，锻压时间为20分钟。
[0059] 优选的，所述步骤六的热处理顺序为正火、退火、淬火和回火，并且必须先进行正火处理再退火处理。
[0060] 优选的，所述步骤十中超精研抛光，抛光的转速为7000-8000rpm/min。
[0061] 优选的，所述步骤十一中的组合安装，模具左安装耳安装在两个左模具安装挡板内，模具有安装耳安装在两个右模具安装挡板内，右第一螺栓孔、右第二螺栓孔设置在右外安装座上下两个表面上，左第一螺栓孔、左第二螺栓孔设置在左外安装座上下两个表面上。
[0062] 对比例1
[0063] 一种铝合金型材挤压模具加工工艺，包括挤压模具材料筛选、模具钢材的熔炼、模具钢材的铸造、模具钢材的锻造、模具钢材的热处理、模具钢材的电加工、挤压模具机械加工、模具表面处理、模具表面抛光；其中，所述模具钢材的热处理包括正火、退火、淬火和回火工艺。
[0064] 与实施例1相比除去模具外安装座，整个模具包括安装部分均采用H13模具钢。
[0065] 对比例2
[0066] 一种铝合金型材挤压模具加工工艺，包括模具外安装座预制、挤压模具材料筛选、模具钢材的熔炼、模具钢材的铸造、模具钢材的锻造、模具钢材的热处理、模具钢材的电加工、挤压模具机械加工、模具表面处理、模具表面抛光和组合安装；其中，所述模具钢材的热处理包括退火、淬火和回火工艺。
[0067] 与实施例1相比将模具钢材热处理中的正火工序省去，其它部分完全相同的工艺。
[0068] 对比例3
[0069] 根据
专利申请号为CN201510399915.9的一种大断面、复杂截面高铁车体铝型材挤压模具加工工艺专利制作的与本实施例1具有相同铝型材形状和尺寸的模具。
[0070] 一种大断面、复杂截面高铁车体铝型材挤压模具包括如下步骤：S1、材料准备；S2、粗车；S3、钻起吊孔；S4、粗铣，粗铣中采用定制的5°-10°
角度刀，一次性完成
反面空刀的铣加工，并预留工作带热处理余量；S5、攻丝；S6、热处理；S7、精车；S8、精铣；S9、线切割；S10、数铣工作带；S11、电火花；S12、热处理；S13、砂光；S14、研磨。
[0071] 对比例4
[0072] 根据专利申请号为CN201210453455.X的一种挤压模具的加工工艺专利制作的与本实施例1具有相同铝型材形状和尺寸的模具。
[0073] 一种挤压模具的加工工艺包括以下加工步骤：选取具有内孔的圆柱状模具毛胚，且所述模具毛胚可套设在所述
造粒机辊轴上，分别对所述模具毛胚的外圆、内孔以及两端面进行粗加工；将粗加工后的所述模具毛胚置于数控机床上，在其外圆
覆盖加工有若干模孔；对加工有所述模孔的所述模具毛胚进行热处理加工；对所述模具毛胚的外圆、内孔以及两端面均进行精加工；将两个加工相同且模孔大小以及分布一致的模具毛胚套设在所述造粒机的辊轴上，启动造粒机后，使两所述模具毛胚做反方向的挤压转动，且在两模具毛胚的共切面上不间断投放研磨料直至各所述模孔均研磨光滑。
[0074] 将上述实施例与对比例放置在同样的测试环境下，同一台机器并排放置，并且所需挤压铝型材的入料口相同，根据相同环境下检测实施例与对比例在连续工作700小时后模具内部尺寸变化量，模具外部尺寸变化量，加工后对模具表面粗糙度的影响，加工后对尺寸精度的影响大小，具体检测结果如下表：
[0075]
[0076] 由上表可以看出，本发明实施例的铝合金型材挤压模具加工工艺在经过相同条件下的连续工作后进行的尺寸和粗糙度、精度的检测发现，由于实施例采用了模具与外安装座的分离设计，外安装座使用的普通的钢材从而在模具外部尺寸变化量(mm)一项中明显处于劣势，但是该变化不影响模具内部尺寸的变化，并且可以很好的限制内部模具的热变形作用；除了模具外部尺寸变化量一项外，模具内部尺寸变化量、模具内表面粗糙度、模具内表面尺寸精度各项检测指标均远超对比例，从实施例1与对比例1、对比例2中的参数指数可以确定，外安装座的作用非常明显，模具热处理中首先进行正火的处理也很有效，节约了模具制造成本的同时，也对挤压模具的形变得到有效的控制，使挤压铝型材模具具有更好的耐热性、耐压性和耐摩擦性。
[0077] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0078] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属
本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本
权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
