一种热作模具在线感应连续热处理加工方法

申请号 CN202210705049.1 申请日 2022-06-21 公开(公告)号 CN117305553A 公开(公告)日 2023-12-29
申请人 大连东明精密模具有限公司; 发明人 金波; 王克;
摘要 本 发明 公开了一种热作模具 钢 在线感应连续 热处理 加工方法,包括如下步骤:首先在 合金 工具钢的原材料 基础 上进行前期修磨、涂层、 拉拔 盘圆 表面处理 工艺;把高频设备按照生产规格大小设置相应的直流 电压 、输出功率参数,高频设备的感应线圈内穿入相应规格陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料加热到1070℃‑1090℃左右,作为材料淬火 温度 ,同时打开高频设备的冷却 循环 水 ,中频设备也设置相应的直流 电流 、输出功率参数,中频设备的感应线圈内也穿入陶瓷管。本发明优化了材料内部组织,进而提高材料 耐磨性 、抗疲劳性、强韧性等相关物理性能,并且能有效提高材料的生产效率,大幅增加材料产量,解决了目前材料产量低、工艺繁琐、产品 质量 不稳定的现象。
权利要求

1.一种热作模具在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1首先在合金工具钢的原材料基础上进行前期修磨、涂层、拉拔盘圆表面处理工艺;
S2把高频设备按照生产规格大小设置相应的直流电压、输出功率参数,高频设备的感应线圈内穿入相应规格陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料加热到1070℃‑1090℃左右,作为材料淬火温度,同时打开高频设备的冷却循环,中频设备也设置相应的直流电流、输出功率参数,中频设备的感应线圈内也穿入陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料能加热到600℃左右,作为材料回火温度,也同时打开中频设备的冷却循环水,设备主要原理通过感应线圈将电能化成热能对穿过线圈中心的钢材进行高温瞬间淬火、回火加工;
S3淬火后的材料要进行冷却处理,先通过机对材料进行吹风降温冷却,当风冷却使钢材冷却到一定温度后下一步进入淬火剂槽内,进行下一步的淬火剂冷却,进一步去除材料内部的应,防止出现材料开裂的现象,回火后的冷却是自然冷却;
S4回火冷却一段时间后,在钢材最佳矫直时间段通过抻直矫直设备进行抻直矫直,抻直矫直设备主要由矫直上辊、下辊作为矫直部件,电机提供辊子转动动能,钢材经过上下辊的中间凹槽,辊子带动钢材往前行进,一边将材料抻直矫直的同时,一边也作为整个生产线动力源将钢材往前拖动,整个夹送辊装置通过手轮旋转实现上下位置的移动,达到材料夹紧并传动输送,根据产品规格大小更换辊子型号并调节相应的牵引电机的转速来改变牵引力
S5热处理加工完的钢材最后一步根据生产要求通过切断装置进行定尺切断,切断装置主要由锯片气缸、电机、电主轴、滑座、导轨、夹料一系列零件组装成,切断时当材料走到感应器位置时,装置接收到切断信号,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
2.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S2热处理加工过程如下:
S21在高频中频感应线圈内插入φ24的陶瓷管,将1根长直条牵引材料依次穿过预矫直辊装置、高频感应圈、冷却风管限位圈、淬火剂槽、中频感应圈、冷却风管限位圈、牵引抻直矫直辊,将预矫直辊端的料头与生产盘圆材料的料头用对焊焊接一体,设置牵引电机的转速参数5.0,牵引抻直矫直辊一端的材料由牵引电机带动的辊轮传动往前行进,进而带动后端盘圆材料往前行进,材料进入预矫直装置的矫直横辊、竖辊进行热处理前的初步拉直;
S22设置好热处理设备相应的淬火、回火参数,设定高频淬火直流电压300V,功率2KW,回火中频直流电流225A,功率1KW,打开中高频循环冷却水,初步拉直的材料进入高频感应线圈淬火处理,淬火温度1080℃,淬火时间为3min,硬度达到59HRC。
3.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S3具体步骤如下:
S31淬火出来的材料进到冷却风管上方,整个冷却风管长度9m,由3个装在风管下方的冷却风机输送冷风,冷风通过风管的上方的槽口传递到行进的钢材,冷却时间为6min,冷却后的钢材温度达到450‑500℃,钢材用手套遮挡看不出红色;
S32冷却风管出来的钢材进入到淬火剂槽内,穿过循环流动的淬火剂,淬火剂槽长2m,进一步冷却时间1.5min,冷却后钢材温度达到40℃以下,手可触摸不烫手。
4.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S4具体步骤包括:
S41冷却后的钢材进入到中频感应线圈进行回火处理,回火温度600℃,回火时间2min,硬度达到52HRC;
S42回火出来的钢材自然冷却一段时间,钢材一边行进一边冷却,冷却到300℃左右时进入到抻直矫直辊中间,调整手轮来调整上下辊之间的间距,并保证所有上辊、下辊中心都在各自的水平直线上,由矫直辊轮进一步抻直矫直,矫直后的钢材直线度达到0.5mm/m标准以下。
5.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S5的具体包括:矫直完的钢材行进到切断锯前的感应装置达到3m长度时,切断锯运行,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起通过滑块导轨往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
6.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S3过风机对材料进行吹风降温冷却主要改善点在有限的冷却时间里既要求达到钢材冷却指定温度,又不能发生剧烈能量变化破坏钢材的内部组织以及外边,风冷是一个最为合适的冷却方法,相比于自然冷却以及水冷却,风冷却在缩短冷却时间的前提下,又属于缓冷,保证了组织转变过程的有序合理。
7.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S3的淬火剂浓度为10%,10%的淬火剂浓度不但有效的避免了材料开裂不良,而且能使钢材内部组织充分发生相变,转化成合适、均匀的奥氏体。
8.根据权利要求1所述的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,其特征在于,所述步骤S4在钢材冷却降温到300℃时是最好的矫直温度段,温度再高的话钢材较软,经过机械压辊后容易变形,导致产品椭圆,温度再低的话就容易矫不直,出现S弯、大弯情况。

说明书全文

一种热作模具在线感应连续热处理加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及热处理加工技术领域,尤其涉及一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法。

背景技术

[0002] 在进行热作模具钢的热处理加工时,如何能保证钢材的高直线精度、保证硬度稳定性是主要难题,虽然现在已经有现成的热作模具钢热处理设备,但现有设备装置较为单一,多为比较原始的淬火炉、回火炉,炉胆容量有限,热处理时间也较长,设备一旦故障维修,有限空间维修作业安全隐患较大。而且整个热处理作业太费劲,先得装淬火炉或盐浴炉里淬火,一定时间后取出材料,等冷却后再装入回火炉里回火,流程繁琐,一炉生产下来的产量也很少;整个过程中不确定的因素较多,不便于管控,容易因设备故障、工艺参数变化而产生不良品;也因设备自身的局限性存在热处理后的材料弯曲严重、产品硬度不稳定的现象。

发明内容

[0003] 基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法。
[0004] 本发明提出的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,包括如下步骤:
[0005] S1首先在合金工具钢的原材料基础上进行前期修磨、涂层、拉拔盘圆表面处理工艺;
[0006] S2把高频设备按照生产规格大小设置相应的直流电压、输出功率参数,高频设备的感应线圈内穿入相应规格陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料加热到1070℃‑1090℃左右,作为材料淬火温度,同时打开高频设备的冷却循环,中频设备也设置相应的直流电流、输出功率参数,中频设备的感应线圈内也穿入陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料能加热到600℃左右,作为材料回火温度,也同时打开中频设备的冷却循环水,设备主要原理通过感应线圈将电能化成热能对穿过线圈中心的钢材进行高温瞬间淬火、回火加工;
[0007] S3淬火后的材料要进行冷却处理,先通过机对材料进行吹风降温冷却,当风冷却使钢材冷却到一定温度后下一步进入淬火剂槽内,进行下一步的淬火剂冷却,进一步去除材料内部的应,防止出现材料开裂的现象,回火后的冷却是自然冷却;
[0008] S4回火冷却一段时间后,在钢材最佳矫直时间段通过抻直矫直设备进行抻直矫直,抻直矫直设备主要由矫直上辊、下辊作为矫直部件,电机提供辊子转动动能,钢材经过上下辊的中间凹槽,辊子带动钢材往前行进,一边将材料抻直矫直的同时,一边也作为整个生产线动力源将钢材往前拖动,整个夹送辊装置通过手轮旋转实现上下位置的移动,达到材料夹紧并传动输送,根据产品规格大小更换辊子型号并调节相应的牵引电机的转速来改变牵引力
[0009] S5热处理加工完的钢材最后一步根据生产要求通过切断装置进行定尺切断,切断装置主要由锯片气缸、电机、电主轴、滑座、导轨、夹料一系列零件组装成,切断时当材料走到感应器位置时,装置接收到切断信号,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
[0010] 优选的,所述步骤S2热处理加工过程如下:
[0011] S21在高频中频感应线圈内插入φ24的陶瓷管,将1根长直条牵引材料依次穿过预矫直辊装置、高频感应圈、冷却风管限位圈、淬火剂槽、中频感应圈、冷却风管限位圈、牵引抻直矫直辊,将预矫直辊端的料头与生产盘圆材料的料头用对焊焊接一体,设置牵引电机的转速参数5.0,牵引抻直矫直辊一端的材料由牵引电机带动的辊轮传动往前行进,进而带动后端盘圆材料往前行进,材料进入预矫直装置的矫直横辊、竖辊进行热处理前的初步拉直;
[0012] S22设置好热处理设备相应的淬火、回火参数,设定高频淬火直流电压300V,功率2KW,回火中频直流电流225A,功率1KW,打开中高频循环冷却水,初步拉直的材料进入高频感应线圈淬火处理,淬火温度1080℃,淬火时间为3min,硬度达到59HRC;
[0013] 优选的,所述步骤S3具体步骤如下:
[0014] S31淬火出来的材料进到冷却风管上方,整个冷却风管长度9m,由3个装在风管下方的冷却风机输送冷风,冷风通过风管的上方的槽口传递到行进的钢材,冷却时间为6min,冷却后的钢材温度达到450‑500℃,钢材用手套遮挡看不出红色;
[0015] S32冷却风管出来的钢材进入到淬火剂槽内,穿过循环流动的淬火剂,淬火剂槽长2m,进一步冷却时间1.5min,冷却后钢材温度达到40℃以下,手可触摸不烫手;
[0016] 优选的,所述步骤S4具体步骤包括:
[0017] S41冷却后的钢材进入到中频感应线圈进行回火处理,回火温度600℃,回火时间2min,硬度达到52HRC;
[0018] S42回火出来的钢材自然冷却一段时间,钢材一边行进一边冷却,冷却到300℃左右时进入到抻直矫直辊中间,调整手轮来调整上下辊之间的间距,并保证所有上辊、下辊中心都在各自的水平直线上,由矫直辊轮进一步抻直矫直,矫直后的钢材直线度达到0.5mm/m标准以下。
[0019] 优选的,所述步骤S5的具体包括:矫直完的钢材行进到切断锯前的感应装置达到3m长度时,切断锯运行,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起通过滑块导轨往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
[0020] 优选的,所述步骤S3过风机对材料进行吹风降温冷却主要改善点在有限的冷却时间里既要求达到钢材冷却指定温度,又不能发生剧烈能量变化破坏钢材的内部组织以及外边,风冷是一个最为合适的冷却方法,相比于自然冷却以及水冷却,风冷却在缩短冷却时间的前提下,又属于缓冷,保证了组织转变过程的有序合理。
[0021] 优选的,所述步骤S3的淬火剂浓度为10%,10%的淬火剂浓度不但有效的避免了材料开裂不良,而且能使钢材内部组织充分发生相变,转化成合适、均匀的奥氏体。
[0022] 优选的,所述步骤S4在钢材冷却降温到300℃时是最好的矫直温度段,温度再高的话钢材较软,经过机械压辊后容易变形,导致产品椭圆,温度再低的话就容易矫不直,出现S弯、大弯情况。
[0023] 本发明中,所述一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,优化了材料内部组织,进而提高材料耐磨性、抗疲劳性、强韧性等相关物理性能,并且能有效提高材料的生产效率,大幅增加材料产量,解决了目前材料产量低、工艺繁琐、产品质量不稳定的现象。附图说明
[0024] 图1为本发明提出的一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法的流程图

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图,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。
[0026] 参照图1,一种热作模具钢在线感应连续热处理加工方法,包括如下步骤:
[0027] S1首先在合金工具钢的原材料基础上进行前期修磨、涂层、拉拔盘圆表面处理工艺,合金工具钢的原材料为SKD61日标牌号、国标牌号4Cr5MoSiV1、美标牌号为H13、德标牌号1.2344。大部分由元素组成,其中还包括其他一些特殊的金属及非金属元素组成,元素0.35‑0.45,元素0.8‑1.2,锰元素0.3‑0.5,磷元素≤0.03,硫元素≤0.02,铬元素5.0‑5.5,钼元素1.3‑1.6,元素1.0‑1.25:元素为该材质规定标准含量;
[0028] S2把高频设备按照生产规格大小设置相应的直流电压、输出功率参数,高频设备的感应线圈内穿入相应规格陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料加热到1070℃‑1090℃左右,作为材料淬火温度,同时打开高频设备的冷却循环水,中频设备也设置相应的直流电流、输出功率参数,中频设备的感应线圈内也穿入陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料能加热到600℃左右,作为材料回火温度,也同时打开中频设备的冷却循环水,设备主要原理通过感应线圈将电能转化成热能对穿过线圈中心的钢材进行高温瞬间淬火、回火加工;
[0029] S3淬火后的材料要进行冷却处理,先通过风机对材料进行吹风降温冷却,当风冷却使钢材冷却到一定温度后下一步进入淬火剂槽内,进行下一步的淬火剂冷却,进一步去除材料内部的应力,防止出现材料开裂的现象,回火后的冷却是自然冷却;
[0030] S4回火冷却一段时间后,在钢材最佳矫直时间段通过抻直矫直设备进行抻直矫直,抻直矫直设备主要由矫直上辊、下辊作为矫直部件,电机提供辊子转动动能,钢材经过上下辊的中间凹槽,辊子带动钢材往前行进,一边将材料抻直矫直的同时,一边也作为整个生产线动力源将钢材往前拖动,整个夹送辊装置通过手轮旋转实现上下位置的移动,达到材料夹紧并传动输送,根据产品规格大小更换辊子型号并调节相应的牵引电机的转速来改变牵引力;
[0031] S5热处理加工完的钢材最后一步根据生产要求通过切断装置进行定尺切断,切断装置主要由锯片、气缸、电机、电主轴、滑座、导轨、夹料块一系列零件组装成,切断时当材料走到感应器位置时,装置接收到切断信号,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
[0032] 优选的,步骤S2热处理加工过程如下:
[0033] S21在高频中频感应线圈内插入φ24的陶瓷管,将1根长直条牵引材料依次穿过预矫直辊装置、高频感应圈、冷却风管限位圈、淬火剂槽、中频感应圈、冷却风管限位圈、牵引抻直矫直辊,将预矫直辊端的料头与生产盘圆材料的料头用对焊机焊接一体,设置牵引电机的转速参数5.0,牵引抻直矫直辊一端的材料由牵引电机带动的辊轮传动往前行进,进而带动后端盘圆材料往前行进,材料进入预矫直装置的矫直横辊、竖辊进行热处理前的初步拉直;
[0034] S22设置好热处理设备相应的淬火、回火参数,设定高频淬火直流电压300V,功率2KW,回火中频直流电流225A,功率1KW,打开中高频循环冷却水,初步拉直的材料进入高频感应线圈淬火处理,淬火温度1080℃,淬火时间为3min,硬度达到59HRC;
[0035] 优选的,步骤S3具体步骤如下:
[0036] S31淬火出来的材料进到冷却风管上方,整个冷却风管长度9m,由3个装在风管下方的冷却风机输送冷风,冷风通过风管的上方的槽口传递到行进的钢材,冷却时间为6min,冷却后的钢材温度达到450‑500℃,钢材用手套遮挡看不出红色;
[0037] S32冷却风管出来的钢材进入到淬火剂槽内,穿过循环流动的淬火剂,淬火剂槽长2m,进一步冷却时间1.5min,冷却后钢材温度达到40℃以下,手可触摸不烫手;
[0038] 优选的,步骤S4具体步骤包括:
[0039] S41冷却后的钢材进入到中频感应线圈进行回火处理,回火温度600℃,回火时间2min,硬度达到52HRC;
[0040] S42回火出来的钢材自然冷却一段时间,钢材一边行进一边冷却,冷却到300℃左右时进入到抻直矫直辊中间,调整手轮来调整上下辊之间的间距,并保证所有上辊、下辊中心都在各自的水平直线上,由矫直辊轮进一步抻直矫直,矫直后的钢材直线度达到0.5mm/m标准以下。
[0041] 优选的,步骤S5的具体包括:矫直完的钢材行进到切断锯前的感应装置达到3m长度时,切断锯运行,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起通过滑块导轨往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
[0042] 优选的,步骤S3过风机对材料进行吹风降温冷却主要改善点在有限的冷却时间里既要求达到钢材冷却指定温度,又不能发生剧烈能量变化破坏钢材的内部组织以及外边,风冷是一个最为合适的冷却方法,相比于自然冷却以及水冷却,风冷却在缩短冷却时间的前提下,又属于缓冷,保证了组织转变过程的有序合理。
[0043] 优选的,步骤S3的淬火剂浓度为10%,10%的淬火剂浓度不但有效的避免了材料开裂不良,而且能使钢材内部组织充分发生相变,转化成合适、均匀的奥氏体。
[0044] 优选的,步骤S4在钢材冷却降温到300℃时是最好的矫直温度段,温度再高的话钢材较软,经过机械压辊后容易变形,导致产品椭圆,温度再低的话就容易矫不直,出现S弯、大弯情况。
[0045] 可生产材料直径:∮2.3‑16.3mm;直径公差:+0.05/0mm;硬度:SKD61淬火≥55HRC、回火40‑54HRC、FDAC淬火≥55HRC、回火36‑42HRC;38CrMoAl淬火≥55HRC、回火46‑49HRC;直线度≤0.5mm/m;长度:2‑3m 0/+30mm。
[0046] 工艺改善对比如下:
[0047]   旧工艺 新工艺销售额 230 856
成品率 92% 99%以上
使用寿命 50万次‑200万次 200万次‑350万次
加工周期 1个月/30T 1周/30T
[0048] 本发明:首先在合金工具钢的原材料基础上进行前期修磨、涂层、拉拔盘圆表面处理工艺;把高频设备按照生产规格大小设置相应的直流电压、输出功率参数,高频设备的感应线圈内穿入相应规格陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料加热到1070℃‑1090℃左右,作为材料淬火温度,同时打开高频设备的冷却循环水,中频设备也设置相应的直流电流、输出功率参数,中频设备的感应线圈内也穿入陶瓷管,保证感应线圈输出的热量将材料能加热到600℃左右,作为材料回火温度,也同时打开中频设备的冷却循环水,设备主要原理通过感应线圈将电能转化成热能对穿过线圈中心的钢材进行高温瞬间淬火、回火加工;淬火后的材料要进行冷却处理,先通过风机对材料进行吹风降温冷却,当风冷却使钢材冷却到一定温度后下一步进入淬火剂槽内,进行下一步的淬火剂冷却,进一步去除材料内部的应力,防止出现材料开裂的现象,回火后的冷却是自然冷却;回火冷却一段时间后,在钢材最佳矫直时间段通过抻直矫直设备进行抻直矫直,抻直矫直设备主要由矫直上辊、下辊作为矫直部件,电机提供辊子转动动能,钢材经过上下辊的中间凹槽,辊子带动钢材往前行进,一边将材料抻直矫直的同时,一边也作为整个生产线动力源将钢材往前拖动,整个夹送辊装置通过手轮旋转实现上下位置的移动,达到材料夹紧并传动输送,根据产品规格大小更换辊子型号并调节相应的牵引电机的转速来改变牵引力;热处理加工完的钢材最后一步根据生产要求通过切断装置进行定尺切断,切断装置主要由锯片、气缸、电机、电主轴、滑座、导轨、夹料块一系列零件组装成,切断时当材料走到感应器位置时,装置接收到切断信号,气缸控制固定夹块夹紧材料,电主轴控制切锯转动,步进电机控制整个切断系统向下运动完成切割,切割时整个切断装置也随材料一起往前行进,保证切断的材料平直状态,切割后再复位回到初始状态。
[0049] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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