福特汽车冲压模具制造标准.docx

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福特汽车冲压模具制造标准

一、FlameHardening火焰表面淬火概述

火焰淬火一直被用于强化各种工具、模具、铸模、机器零件、夹具。

火焰硬化过程有很多优点，这些优势是硬化地点，硬化级别，速度具有可选择性，设备成本低廉，在现有的熔炉设备上不能对过大的硬化模具和部件进行热处理

（火焰表面淬火是用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后空冷或立即用水向零件表面喷射,火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如覆盖件模具型面凸R角和棱线部位，以及修边轮廓和翻遍整形型面等）

Advantages:

火焰表面淬火的优势如下：

1.和传统熔炉热处理相比设备成本较低

2.模具或零部件选择性的硬化区域

3.工艺的流动性，线上需要硬化的模具组件

4.更快更便宜

5.大的件可以在最小变形的情况下硬化

6.无法使用熔炉硬化的大的件可以进行火焰硬化

Concerns:

火焰表面淬火关注点事项

1.操作人员的技术，经验和对工作的投入

2.工件的开裂和变形

3.淬火层的深浅，不均匀的硬化渗透（深度）

4.设备不足，工作环境差

5.过硬化，晶粒粗化，应力集中处的融化和开裂（锐角，尖角，部分变化，薄的侧壁部分，焊接区域）

6.脱碳和剥落

7.产生应力不均匀导致的鈑件变形

火焰淬火的优势包括自动冲压拉延模。

这些模具过大不便使用熔炉加热，淬火和回火，可能有的地方是不需要硬化的，火焰硬化可以就淬火部分对需要淬火的区域具备选择性，如R角，特征线以及高磨损的地方

硬化工艺自1900年以来没有什么大的变化。

可燃气体一般是氧气和乙炔，通常用于加热含铁金属表面。

铸铁，铸钢和锻造工具钢也可以使用火焰方法。

火焰硬化的过程通常是由专业人员操作，加热工件直到硬化区域达到适当的奥式温度，通常是樱桃红。

在给定的材料上进行表面硬化处理，可以通过变换热率，硬化温度，以及使用不同的淬火手段（水，高分子聚合物，加压气流，蒸馏气体等）

奥氏体化和快速淬火的最终结果是在较软的，延展性更好的内心形成一个马氏体。

硬化层深度范围为1/32to1/2？

？

，取决于感应热度，碳含量，工件材质的硬化能力，以及淬火速度。

为了最小化变形，变小，脆性，建议在硬化温度淬火后解除工件应力

自动冲压模具的火焰淬火作为一种工艺，其质量结果大多取决于操作人员。

实施火焰淬火的人员是最重要的因素之一。

需要接受很好的培训，学习。

火焰淬火的地点可以设在一个热处理的地方。

要达到良好的满意的淬火的效果，要具备合适的设备，以及经验丰富，勤勉的工作人员。

纯碳和介质合金钢（1060、1090、4140、4150、6150、等）最适合火焰淬火。

虽然火焰淬火合金的材料如工具钢（S7、A2,D2等）也比较有兴趣，一定要记住这些钢在开发和维护适当的奥氏体化温度、浸泡时间,等等,由于其相对高度的淬透性。

注意点：

检查和计划火焰淬火的运作是无可取代的工作。

随着工件设计的复杂性越来越大，之前的应力解除，预加热和淬火后的回火越来越重要。

随着工件冷加工压力增大，火焰淬火的工件淬硬性增大。

复杂的鈑件设计包括？

（尖角，横截面的急剧变化，靠近薄的区域的厚的部分，很多孔，薄壁，大的，厚重的或长的薄的部分，等。

）

GENERALCOMMENTS一般注释

不充分热处理：

没有将工件加热到位或没有持续足够的时间会导致硬性不足。

这个问题要通过重新火焰淬火才能达到足够的硬性。

过热：

过热会导致材料的表面融化。

也许刚开始的融化迹象是肉眼无法看出来的，但是在高倍显微镜下可以看出打磨后的材料是有融化的。

这会导致钢在某种程度上易碎，在装载时会开裂。

特别是含有锐角，紧凑的R角，尖角，薄壁孔部分，等。

初融导致的材料损伤无法修复，必须报废。

气体形式：

通常使用氧乙炔进行1:

1的混合使用。

火焰温度大约为5590 F。

火焰类型：

在轻微碳化的火焰上使用一个？

中性火焰最佳。

火焰淬火专家比较喜欢使用轻微碳化的火焰以避免工件表面层脱碳的可能性。

？

淬火：

根据钢板制造商的建议，一般是水，油或空气淬火。

可以使用高聚合物淬火；比油淬火慢，比空气的快。

结果就是残余应力低。

对于空气硬化的钢板，建议尽可能的使用强迫或静止空气淬火以达到应力最小值。

可以使用风扇或压缩机喷嘴在钣料适当加热后进行。

回火：

虽然首选火炉回火，也可以使用焊枪。

合金钢的最佳回火温度范围是400to450?

F.关于火焰硬化后的回火有2种理论。

一种是硬化后无需回火，因为和传统的火炉淬火相比，这种硬化的效果欠佳。

另一种说法是所有的奥氏体化和淬火操作后回火是好的，且应作为完整火焰淬火的一部分。

适当回火可解除淬火应力将不稳定的残留的奥氏体通过冷却温度转化为马氏体。

如果不这么做，奥氏体到马氏体的转换会导致鈑件开裂。

强烈建议淬火后使用焊枪或熔炉回火。

二、FlameTypesforFlameHardening

火焰淬火的火焰类型

Flamehardeningexpertsfavoraslightlycarburizingflameinordertoavoidthepossibilityofdecarburizingthesurfacelayerofthework piece.Thiscanbeaccomplishedbygivingtheouterflametipaveryslightfeather.Notetheflamesketchesbelow.

火焰淬火专家优选轻微的碳化火避免表面脱碳。

火焰外围为轻微羽状火焰。

见下图。

FourBasicFlameTypes4种基本类型

Theproportionsofoxygenandthetypeofgasusedwilldeterminethecharacteristicsoftheresultingflames.

氧气和气体的类型将决定生成火焰的特性。

Figuer8-8 pure fuelgasflame

图8纯燃料气体火焰

Thepuregastypeflame（Figure8-8）ischaracterizedbyaheavily

featheredtipthatburnsorange,yellowandblueasitgoesbacktowardthetorchtip.Itisdevelopedasthegasisignitedandthesoot,smokeisadjustedoutoftheflame.

单一气体类型火焰（图8-8）的特点是有各种的羽毛状的橙色，黄色或蓝色火焰，当火焰返回至焊枪顶端。

再根据要求调整火焰

Figuer8-9 C   arburizingflame碳化火焰

Carburizingflame（Figure8-9）containsanexcessamountoffuel.This

flameisusedduringmostflamehardeningapplicationsandwillyieldaworkpiecesurfacethatisslightlycarburizedandhigherinhardness.Comparedtotheneutralflame,theinnerconeislargerandtendstobecomefeathered.

碳化火焰含有过量的燃油。

大部分的火焰淬火都使用这种。

能够使轻微碳化和硬度较高的工件表面获得屈服。

和中性火焰相比，焰心较大且变为羽毛状。

Figuer8-10 Neutralflame中性火

Neutralflame（Figure8-10）isdevelopedbyusingequalamountsofoxygenandfuelmix.Itisusedformostflamehardening,cutting,andheatingapplications.Thisflamewillnotcarburizeordecarburizethesurfaceoftheworkpiece.Noacetylenefeatherappears.

中性火是由等量的氧气和燃料混合产生的。

通常用于大部分的火焰淬火，切割，和加热等，

这种火焰将不碳化或脱碳工件表面。

没有乙炔羽毛状火焰出现。

Figuer8-11                -Oxidizingflame氧化焰

Oxidizingflame（Figure8-11）containsanexcessamountofoxygen.Itis

onlyusedonspecificmaterialswherethedevelopmentofdecarburizationwillnotbeaproblem.Comparedtotheneutralflame,theinnerconeissmallerandslightlytighter.

氧化焰含有过量的氧气，只用于脱碳不会有问题的特殊材质，和中性火焰相比，馅心比较小且更紧凑

三、DistortionandSizeChangeduringHardening

淬火过程中的变形和尺寸变化

IsMachiningofToolsandDiesTooClosetoFinishedDimensions

BeforeHardeningaGambleworthTaking?

是在淬火前将工具和模具加工接近精加工尺寸吗?

Thereisanincreasingtrendtomachinetoolsanddiescloserandclosertofinisheddimensionsbeforehardening. Thisisdoneinordertominimizetheneedforfinishmachining（grinding,EDM）ofsteelsinthehardenedcondition,thusloweringmachiningcosts.Unfortunately,thisisadangerouspracticebecausedimensionalchangesthatoccurduringhardeningfrequentlydonotworkoutasplanned.Ifsufficientstockisnotleftonatoolordiepriortoheattreatment,theresultantcombinationofsizechangeand/ordistortionmaymakeitimpossibletofinish-machinetheparttorequireddimensions.Thissectionprovidesanoverviewofthesourcesofstressesthatresultinsizechangeanddistortionoftoolsanddiesinheattreatment.

淬火之前越来越倾向于先将模具等加工的和最终的尺寸越近越好。

这么做目的是将硬化状态下精加工（研磨，电火花）的需要最小化，这样加工的费用就较低。

但是这非常危险，因为淬火中发生的尺寸变化不会像预计的灵验。

如果热处理前，模具等上面的部件没有充分的库存，由于尺寸变化和变形导致的结果可能会使鈑件无法达到精加工的尺寸要求。

这部分内容是导致热处理过程中尺寸变化和变形导致的压力源。

First,itmustbenotedthatnondeformingordistortion-freetoolsteelsdonotexist.Alltoolsteelsaresubjecttoproblemsrelatedtowarpage（bending,bowing,twisting）,

incombinationwithgrowthorshrinkagewhentheyarehardened. Thedegreeofdistortiondependsontheamountofresidualstressesthatdevelopinthesteel.Volumechangesnotonlyresultindimensionalchanges（growthorshrinkage）ofthetoolordie,butalsoincreasetheresidualstresslevel.Thefollowingprovidesanexplanationofthecausesofsizechangeanddistortion:

首先，必须指出不会变形的工具钢是不存在的。

所有的工具钢都收硬化过程中的弯曲，扭曲有关。

变形的程度取决于钢板上的残余应力大小,体积变化不仅仅会导致尺寸变化（变大，变小），也会增加残余应力。

以下位大小变化和变形原因解释。

1. MechanicallyInducedStresses:

机械感应应力

Thesestressesresultfromcold-workingoperations（machining,sawcutting,etc.）.Themagnitudeofthesestressesisindirectproportiontodepth-of-cut,cuttingspeed,etc. Ifthesestressesarenotrelievedbeforeatoolordieisheattreated,theywillbereleasedduringtheheatingforhardeningandmayresultindistortion

（Bending,bowing,and/ortwisting）.

这些应力是由于冷加工导致的（机加，锯切等）导致的。

应力大小和切割深度速度等成正比。

在热处理之前应力未解除，将在硬化加热过程中释放解除导致变形。

（弯曲，顺弯或扭曲。

）

2.ThermalStressInducedFromHeatingandCooling:

加热和冷却导致的感应热应力

Thermallyinducedstressesduringheatingandcoolingalsoincreasetheresidualstresslevelofapart.  Whensteelisheatedtothepreheatandhardeningtemperature,itwillexpand.Themassanddesignconfigurationofthetoolordiebeingheattreatedwilldeterminehowuniformlythepartwillexpandduringheating.Lightcrosssectionsexpandmorerapidlyandwillreachtemperaturebeforeheavysections.Thesurfacesofheavycrosssectionswillreachtemperaturebeforeinteriorsections.Thenotedtemperaturedifferencesresultindifferentialratesofexpansionbetweenlightandheavysections,andthesurfaceandinteriorsections. Thisdifferentialexpansionwillresultinanincreaseoftheresidualstressesuntilsuchtimeasthepartisatuniformtemperaturethroughout.加热和冷却中导致的热感应应力也会使鈑件残余应力增加。

当钢板加热到预热和硬化温度就会变大。

热处理的设计结构将决定鈑件在加热过程中变大的一致性。

较轻的扩快，比重的部分更快达到温度。

重的部分比内侧更快达到要求的温度。

温差导致膨胀率的不同，从而导致残余应力的增加，直到鈑件完全达到一直温度。

Whenthesamepartiscooledduringthequenchingcycle,thereversehappens.Lightcrosssectionsandthesurfacesoftheheaviersectionsofthetoolordiecoolfasterthaneithertheheavycrosssectionsortheinterior.Thesetemperaturedifferencesalsoresultindifferentialcontraction,whichinturnresultsinadditionalresidualstressdevelopment.

当相同的鈑件在淬火中冷却，会发生相反的情况。

较轻的部分和较重的部分表面比较重的横截面和内部冷却的快。

温差导致不同程度的收缩，导致额外的残余应力。

3.TransformationStressesFromHeatingandCooling:

加热和冷却导致的应力转换

Transformationstresses,whichdeveloponheatingandcooling,arealsoresponsibleforinducingresidualstresses.Whenthesteelbeingheatedforhardeningreaches

itscriticaltemperatureonheating,theexistingannealedmicrostructuretransforms

toaustenite. Thistransformationtoausteniteresultsinshrinkageofthepartbecauseausteniteissmallerinvolumethantheannealedstructurefromwhichitdevelops.Afteralloftheannealedmicrostructureistransformedtoausteniteonfurtherheatingtothehardeningtemperature,thepartbeginstoexpandagain.

应力转换同样和感应残余应力有关系。

当用于硬化的加热的钢板达到关键温度，现有的退火微观结构转变为奥氏体。

之后会使鈑件缩水，因为奥氏体的体积比退火结构小。

当在硬化温度下，通过进一步加热使所有的微观结构完全转化为奥氏体，鈑件又会再次扩大。

Alloftheexpansionandcontractiondiscussedthusfarwilloccuratdifferentratesinlightcrosssectionsasopposedtoheavycrosssections,surfacelocations asopposedtointeriorlocations,etc.Inthisway,stresslevelsarecompoundedaspartgeometriesexpandandcontractatdifferenttimesduringheatingandcooling.

到目前为止讨论将发生在不同的时间，发生的膨胀和缩水，鈑件的各个部分的变化率是不同的。

这样的话，应力水平也是作为鈑件几何扩张和收缩的一部分。

Transformationalsooccursoncoolingduringthequench.Theausteniteformedonheatingtothehardeningtemperaturetransformstomartensiteduringthequench.Martensiteislargerinvolumeperunitofmassthaneithertheaustenitefromwhichittransformedortheannealedstructurethatexistedbeforeheattreatment. Again,becausethetransformationtakesplacefasterinlightcrosssectionsasopposedtoheavycrosssectionsandatsurfacelocationsasopposed