学文网冷作模具钢篇1
关键词 高速钢 模具 残留奥氏体 超细碳化物 使用寿命
1 引言
高速钢自1990年问世以来，一直是以制造金属切削刀具而著称，随着 科学 技术的飞跃 发展 ，高速钢的 应用 范围不断扩大。从60年代开始，日本以汽车、自行车 工业 为中心，试用高速钢做模具取得成功，现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具，特别是mo系高速钢比w系高速钢韧性更加优越。高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。 目前 我国使用最广泛的高速钢是钨系w18cr4v（简称18-4-1）钢和钨钼系w6mo5cr4v2（简称6-5-4-2）钢[1]。这两种钢的传统淬火回火工艺特点是：高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次，以获得高硬度和热硬性，工艺规范如表1所示。主要缺点是在某些场所硬度不足。为了改善模具强韧性，近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。
表1 高速钢常用热处理规格
钢号 淬火加热温度范围（℃） 回火规范 切削刀具 冷作模具 w18cr4v 1240-1310 1240-1250 560℃×1h×3次 w6mo5cr4v2 1200-1250 1180-1200 560℃×1h×3次
2 深冷处理法原理及工艺过程
高速钢的冷处理是在三十年代后期提出的，按传统概念，冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下（一般为-60℃――-70℃），使钢内的残余奥氏体转变为马氏体。过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理生产周期，即用淬火+冷处理+一次回火来代替处理 方法 [2]，即在-100℃― -196℃（液氮）处理淬火零件，其后在400℃回火一次，不必需原来2―3次的重复回火。经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善，耐磨性可提高40%，既缩短回火时间，节省了能量，又明显提高了模具使用寿命。20世纪70年代以来，国内外对深冷处理的 研究 工作卓有成效，前苏联、美国、日本等国均已成功利用深冷处理提高工模具的使用寿命、工件的耐磨性及尺寸稳定性。
（1）深冷处理后的组织转变。
经深冷处理的淬火高速钢不但引起了奥氏体转变，同时也引起了马氏体转变。过去几十年来强调的是残余奥氏体转变，马氏体分解这一新发现可以看作近年来高速钢深冷处理研究的新进展。
高速钢种的马氏体最终转变点mf非常低，例如w18cr4v钢的mf点约-100℃，因此淬火冷却到室温会残留大量的奥氏体，一般认为钢中残留较多的奥氏体是有害的，会降低钢的硬度、耐磨性及使用寿命，还使许多物理性能特别是热性能和磁性下降。试验证明：采用深冷处理可使钢中残留奥氏体降至最低极限，由表2可以看出w18cr4v高速钢经淬火、回火后，深冷处理可以使回火后的残留奥氏体量降低24%。
表2 不同处理工艺对w18cr4v钢残留奥氏体的 影响 （体积百分数%）
热处理工艺 残留奥氏体ar 1280℃淬火+500℃×1h×3次回火 10 -196℃深冷处理 7.6
前苏联列宁格勒 工业 大学 研究 了-196℃液氮中15min的深冷处理对高速钢转变的 影响 ，试验结果表明，-70℃――-75℃到-130℃―― -140℃范围内进行深冷处理时发生马氏体转变，当冷却到-196℃时转变停滞。在-90℃――-120℃温度范围内，出现试样容积的见效，这证明马氏体已部分分解并在位错面上析出了碳原子和形成了超显微碳化物。可见，社冷处理使高速钢析出碳化物的颗粒明显增多，且弥散均匀，w18cr4v钢经深冷处理后碳化物颗粒约增加8%，w6mo5cr4v2钢析出的碳化物颗粒约增加76%，基体组织亦明显细化。
（2）深冷处理对高速钢性能的影响。
深冷处理过程中，大量的残留奥氏体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20―60a并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减小，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗析出，均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界催化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了高速钢的性能，使硬度、冲击韧性和耐磨性都显著提高[3]。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由60hrc提高至62-63hrc，模具耐磨性增加30%―40%。
可看出深冷处理后模具的相对耐磨性提高40%，延长深冷处理时间后，在硬度没有太大变化的情况下，相对耐磨性ξ有所增大[4]。
（3）高速钢模具深冷处理工艺过程
为防止高速钢模具（特别是形状复杂的模具）在深冷处理中发生断裂和变脆，建议淬火后的高速钢模具在560℃回火1h再进行液氮深冷处理，然后在400℃进行最终回火30-60min，这种热处理工艺不但可以防止模具断裂和脆化，而且可以提高模具寿命1.5―2倍。
高速钢模具深冷处理工艺过程为”，模具除油垢放入保温罐中少量多次注入液氮保温4h取出模具400℃回火45min。
3 高速钢模具深冷处理 应用 实例
（1）凸模：汽车厂的高速钢凸模，未经深冷处理时只能使用10万次，而采用液氮经-196℃×4h深冷处理后再400回火，使用寿命提高到130万次。
（2）冲压凹模：生产使用结果表明，深冷处理后产量提高二倍多。
（3）硅钢片冷冲模：为降低模具深冷处理后的脆性和内应力，将深冷处理与中温回火相配合，可改善模具抗破坏性及其它综合性能，模具的刃磨寿命提高3倍以上，稳定在5―7万冲次。
4 结束语
（1）高速钢深冷处理过程中，由于残留奥氏体向马氏体以及超细碳化物的析出，硬度、耐磨性、冲击韧性、红硬性得到提高。
（2）作为一种新工艺深冷处理应用在高速模具钢的热处理中，可显著提高模具的使用寿命，具有很大的实用价值。
参考 文献
1 陈景榕.高速钢冷作模具[j].机械工业材料，1994，（8）
2 中山久彦.用液氮进行的液体超冷处温[j].国外金属热处理，1987，（1）
3 丛吉远等.高速钢深冷处理的组织转变及耐磨性[j].热加工工艺，1998，（3）
冷作模具钢篇2
【关键词】冷作模具钢；性能；热处理
1、引言
目前状况下，世界上主要存在着三种通用的冷作模具钢，具体情况见表1。
就我国而言，目前状况下所使用的冷作模具钢大多数都为低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr12和Cr12MoV等传统的典型钢种。CrWMn钢具有较高的淬透性，经过淬火之后，钢体发生耳朵变形程度相对较小，但是，它仍然存在着一定缺陷，突出表现在韧性与变形要求之上，并不能对市场上各种模具进行有效的满足；Cr12型钢最大的优点便是具有较高的耐磨性，然而它的碳化物的均匀性相对较弱，当在尺寸较大时，反复镦拔收效不大，并促使其变形的方向性和强韧性出现一定程度的降低。
2、高韧性高耐磨性冷作模具钢
对于Cr12型冷作模具钢来说，其突出特点表现为耐磨性高，但是，相比较于其它的冷作模具钢，它在韧性与抗回火软化能力方面表现出一定的不足。虽然基体钢与低碳高速钢能够在一定程度上弥补Cr12型冷作模具钢在韧性方面的不足，但是其耐磨性仍然不是很高，不能满足所有的市场的需求。为了对这一问题进行有效的解决，各个国家都作出了积极探索。近几年来，已经研发出了一套约含8％铬、钼、钒的韧性较高的耐磨性冷作模具钢，这种模具钢的碳、铬含量与Cr12型模具钢相比较低，因此，在这种模具钢之中对钨、钼和钒的含量进行一定程度的增加，通过这种办法来对其二次硬化能力与耐磨性进行有效的提高。这种类型的钢具有较高的淬火温度，一般情况下，在1040℃到1160℃之前，这样一来，就能够对刚的碳化物偏析进行改善，并对钢的韧性进行有效的保证。这种类型的模具钢与Cr12Mo1V1钢、Cr12型钢相比，具有一定的优越性，首先，它的耐磨性高于Cr12Mo1V1钢。其次，它的韧性和抗回火软化能力则高于Cr12型钢。代表钢号有美国的VascoDie（8Cr8Mo2V2Si）、VascoWear（8Cr8Mo2V2WSi）、日本的TCD（Cr8V2MoTi）、QCM8（8Cr8Mo2VSi）、DC53（Cr8Mo2VSi）、瑞典的ASSAB88及我国开发的7Cr7Mo2V2Si（LD 钢）、9Cr6W3Mo2V2（GM钢）和ER5等。
3、火焰淬火冷作模具钢
为了满足市场上对于冷作模具钢的高需求，国外已经开发出了与火焰淬火工艺需要具有较高适应度的专用冷作模具钢。目前状况下，它已经在制造剪切、冲压和冷镦等冷作模具中有了十分广泛的作用。这类钢具有诸多的特点，主要表现在以下几个方面：①模具钢具有较为优越的淬透性，能够在比较宽泛的温度范围内进行淬火。而如果温度达到了100℃到250℃之间，在这种条件下进行淬火，空冷之后，能够使其表面硬度以及心部硬度得到明显的增加；②运用这类模具，在很大程度上便利了使用火焰喷嘴对模具施以局部加热淬火作业，可在机加工完成后采用氧乙炔喷***或专用加热器对模具的工作部位加热并空冷淬火后直接使用。对于冷冲压模具来说，一般情况下，只有当温度达到了150℃到200℃时，在对其进行淬火，这种条件之下使得淬火之后工件的变形程度相对较小，并且能够对堆焊修复工艺进行有效的利用，除此之外，它还具有着相对较好的机械加工性能。
4、空冷微变形模具钢
对于空冷微变形模具钢来说，其优点主要表现在较低的合金元素含量（Me5%）、高淬透性与高淬硬性。通过对这种钢进行有效的使用，100mm的工件就可以进行空冷淬透，一般情况下，在淬火之后，工件的硬度能够达到62～64HRC之间。除此之外，这类钢热处理变形小、工艺简便、淬火温度低和强韧性好，并有适当的耐磨性。在淬火结束之后，一般情况下，对其进行一定程度的低温回火，这样就可以对内应力进行有效的消除。而对于工作动载荷较高，要求韧性较高的模具，则采用高温淬火和高温回火工艺。目前状况下，这种空冷微变形模具钢已经在重负荷、高精度冷作模具的制作当中有了十分广泛的运用。主要代表性钢号有：美国ASTM标准钢号A4（Mn2CrMo）、A6（7Mn2CrMo）；日本的大同特殊钢公司的G04、日本日立金属公司的ACD37钢等。
5、粉末冶金冷作模具材料
通过对粉末冶金方法进行有效的使用，可以使用水雾化法对钢水进行一定程度的雾化，并使之成为细小的钢粉末，然后运用一定的办法使这些细小的钢粉末进行快速的凝固，可以生产出用传统冶金方法难以生产的超高碳、高合金（尤其是高钒含量）、高耐磨性的模具钢，使钢中含有更多的硬质碳化物VC。目前状况下，经过相关机构与学者的积极探索，国外已经研制出了多种粉末冶金冷作模具钢，主要的代表性钢号有：美国研制的CPM15V是CPM10V的改进，而CPM440VM和Suprator是CPM440V的改进。
冷作模具钢篇3
【关键词】无缝钢管；冷拔复合模具；应用；提高效益
目前，我国无缝钢管在冷拔生产中一直使用中式弧形模具和苏式锥形模具，变形量比较小，导致拔制道次多、生产周期长、成本高、效率低，制约了钢管产能的提高。为了缩短生产周期、提高冷拔效率、降低生产成本，满足市场需求，笔者为所在企业研究了一种新型冷拔复合模具替代现有模具，生产周期平均缩短1/4-1/3，每吨钢管可降低成本200元，效果非常明显，现愿与国内同行共同探讨。
一、改进背景
随着钢管市场的发展，旺盛的客户需求对企业冷拔能力提出新的考验。而传统的中式、苏式冷拔模具允许每个拔制道次的延伸系数为1.2-1.6，钢管生产周期长，导致企业生产能力无法完全满足客户需求。为提高钢管生产效率和经济效益，笔者结合多年机械和生产经验，决定以增加拔制延伸系数的方式，研究设计一种新式冷拔复合模具替代中式模具和苏式模具，并制定与之配套的冷拔工艺，实现缩短生产周期、降低生产成本、提高产能，满足市场需求的目的。
二、现用冷拔模具特点
无缝钢管生产特点是多道次循环生产，生产周期比较长。冷拔作业是钢管生产的核心，冷拔时所用的变形工具主要是拔管模具，钢管在冷拔机的拔制力作用下，在模具限定的区域内通过挤压发生塑性变形，达到设定的形状尺寸。
拔管时模具直接对钢管进行加工，它们对冷拔钢管的产量、质量、消耗和成本有很大影响。目前，国内钢管厂在拔制无缝钢管过程中，所需的模具有中式模具和苏式模具两种，二者各有特点。
1、中式模具优缺点：中式模具的优点是定径带较长，在与锥形芯头配合拔制过程中，钢管实现了减径、增壁到定径、减壁两个变形过程。由于变形区长，钢管横截面变形时间长，内部应力较小，使拔制后的钢管表面质量较好，缺陷少。但是，中式拔管模具由于采用弧形入口，并且定径带长，导致在拔制中拔制力较大，同时拔制速度相对而言较慢。
2、苏式模具优缺点：苏式模具定径带短，在与柱形芯头配合使用中，钢管基本只实现减径到定径、减壁过程。由于定径带短，钢管在变形过程中横截变形小，钢管与模具、芯头之间的摩擦力较小，因此，苏式模具与中式模具相比，最大的优点就是在拔制同样规格钢管时，拔制力小，拔制速度较快。苏式模具的缺点是：当钢管表面酸洗或不良时，芯杆与芯头系统会产生抖动，使钢管表面产生明暗交替的环纹并且导致纵向钢管壁厚波动。
三、新型复合模具的研究及应用
1、复合模具的原理
笔者从中式模具和苏式模具优缺点出发，从钢管冷拔物理变形入手，综合两者优点设计一种复合模具，减少拔制阻力，采用长度适中的定径带，实现单道次大变形量，并可在提高拔制速度、减少拔制道次的同时，保证钢管拔制质量。
2、复合模具的设计要求
模具设计是否合理，对无缝钢管外形尺寸、加工质量、产量及成本起着至关重要的作用。为了保证模具设计合理，笔者首先制定了设计要求：
（1）孔型设计合理，满足变形需要，拔制力小，拔制过程稳定，变形均匀和磨损均匀；（2）几何形状和尺寸精确；（3）工作表面有光洁，不允许有缺陷；（4）工作表面足够的硬度和耐磨性；（5）有足够的强度，要求耐冲击和便于加工。
3、复合模具的孔型设计
冷拔模具的孔型设计是关键，其结构包括三部分：
a、入口段：作用是导入和压缩钢管外径，使钢管变形；
b、定径段：起定径作用，使拔制后的钢管达到要求的外径；
c、出口段：作用是保护定径带，防止定径带出口一侧的边缘损坏，并避免钢管出口时被模具划伤。
笔者融合中式模具、苏式模具的孔型设计优点，本着减少模具对钢管拔制阻力、提高单道次拔制量的原则，对复合模具孔型做如下设计：
1）入口段：分两部分，第一部分借鉴中管模具，采用弧形母线，目的是为了使钢管在拔制过程中直径压缩率沿入口部分的长度分布均匀；第二部分借鉴苏式模具采用带有锥角的圆锥段，有利于夹持钢管、防止拔制时管尾的甩动。2）定径带：借鉴苏式拔管模具采用较短的定径带。定径带的长度对拔制力及拔管模的寿命有影响。长度愈长，所需拔制力愈大；长度短，则拔制力小，但易磨损而难以保持本身的形状，因而会降低使用寿命。根据经验取3-7毫米，并随所拔钢管外径的增加而增加。孔型直径与所要达到的钢管直径一致。3）出口段：为保护定径带，防止定径带出口一侧的边缘损坏，并避免划伤钢管外表面，出口段设计成与入口锥方向相反的倒锥形。出口段的长度与定径带长度接近。4）其他方面：根据理论计算和实际经验，确定了圆弧段的半径和长度以及圆锥段的锥角和长度等参数；考虑到模具的强度，确定了模具的外径和厚度尺寸。最终，设计完成了复合模具。
4、制定生产工艺，进行拔制试验
复合模具试制后，笔者结合模具特性重新制定了冷拔工艺，并对φ25×2.5、φ19×2等6种规格钢管进行测试。通过1100支钢管生产试验，复合模具实现了一次拔制两次减径，比原拔制工艺减少一个连拔道次或一个单拔道次，并且减径段较长，钢管横截面金属变形相对中式及苏式模具缓慢，可以使钢管承受较大的变形系数，实现了单道次大变形量，同时保证钢管表面质量。
四、复合模具的应用效果
通过生产验证，复合模具比普通模具拥有更好的性能，与普通模具相比具有如下特点：
1、单道次变形量大。单道次延伸系数由1.2-1.6提高到1.6-1.9，减少了冷拔道次。钢管实现了两次减径，变形过程为：一次减径（入口圆弧段实现）；二次减径（入口圆弧段与入口圆锥段之间过渡实现）；定径、减壁。
2、拔制力较小。复合模具采用了与苏式模具相同的定径带，具备了与苏式模具相同的拔制力小的特点，拔制速度较快，生产能力提高15%。
3、拔制质量好，并降低了生产成本。复合模具配合圆柱芯头使用时，由于采用弧形入口，对拔制的钢管有一定的稳定作用，有效缓解了在苏式模具拔制中经常发生的抖动现象，提高了拔制质量，并降低了生产成本。
五、结论
实践证明，使用复合模具可以增加钢管拔制变形量，比原拔制工艺普遍减少一个连拔道次或一个单拔道次。经过专家技术鉴定，加强复合模具的研究及应用项目，达到了国内同类技术领先水平。在社会同类企业无缝钢管生产中，应用该复合模具无需对冷拔设备进行改动便可实现进一步缩短生产周期、降低生产成本、提高产量、创造更好的经济效益和社会效益。
冷作模具钢篇4
【关键词】热轧带钢；层流冷却；温度；相变
引言
近年来随着经济社会的飞速发展，热轧带钢的需求量与日俱增，它被广泛应用于汽车、电机、化工、机械制造、建筑、造船等部门的重要的工业原料。随着需求量的增长，对热轧带钢的质量也提出了更高的要求。由于冷却温度对热轧带钢的质量性能起到极其关键的作用，所以，需对温度范围进行精准的掌握。热轧带钢的层流冷却是使低水头的水从水箱或集水管中通过U型弯曲管的作用形成一无旋和无脉动的流股，这样的层流态的水从一定高度降落到钢板表面会平稳地向四周流去，从而扩大了冷却水同板材的有效接触，大大提高了冷却效率。热轧带钢经过层流冷却，当温度低于Ar3时，带钢中奥氏体将会转变为自由能更低的相，如铁素体、珠光体等。基于此，笔者认为热轧带钢层流冷却过程可以理解为存在相变的传热过程。存在相变的传热问题可以采用固定区域法来研究，但考虑到相变的角度，本文应用焓法模型，来求解热轧带钢层流冷却过程中的温度场。
1温度场模型的建立
热轧带钢在层流冷却过程中，因带钢能量流入周围环境而使得带钢能量不断减少。但由于层流冷却过程是存在相变的传热过程，相变具有一定的潜热作用，这种潜热功能会使带钢的温度出现上升的现象，这势必导致不同的能量状态却对应相同的温度。因此对于目前仅能测得卷取温度的层流控制系统来说，就无法确定这个温度下带钢对应的物理状态，也就无法精确做出阀门开闭的指令。鉴于此，我们必须通过能量方程计算出带钢的能量，通过能量状态来实现对带钢的高精准温度控制。于是，我们引入显热容量和潜热之和的热焓，将其作为待求函数引入到能量方程之中：（KT）=ρ*φH/φ，根据热力学理论，将定压热容、相变潜热L引入到能量方程之中，则热焓和温度将共同作为焓法模型的函数，能够通过求解得出带钢的温度场和热焓场分布。这种模型将相变的因素考虑其中，较之经典模型而言物理意义更加明显。为求解能量方程，应将带钢精轧出口的温度分布、带钢和冷却水的对流换热方程和带钢对环境的热辐射方程分别作为初始条件和边界条件。
2焓的计算
因求解能量方程（KT）=ρ*φH/φ，需要相组分为已知数，由此才能够得出热焓和温度的关系，这就是依据焓法模型进行的焓的计算。由于带钢轧后冷却是一个连续冷却过程，而非等温等速过程，因此为解决相变问题，需确定相组分和热焓。具体应应用奥氏体等温相变的动力学方程x=1exp（ktn）进行求解相组分，根据热力学理论，通过相变热力学模型
H=GT（φG/φT）（其中G为吉布斯自由能）。由于热轧带钢在冷却过程中发生包括奥氏体、、铁素体、珠光体等的相变，其热焓可以通过H=X1H1+X2H2+X3H3公式进行计算，并据此数据绘制铁素体、奥氏体和珠光体随温度的热焓膨胀曲线。
3热轧带钢层流冷却过程的温度模型计算流程
相变与温度耦合计算流程应遵循如下基本思路：充分发挥热力学模型对相变的判断作用。依据温度和焓的当前数值，利用热力学模型判断是否开始相变，若相变尚未开始则根据奥氏体焓和温度的对应关系采取有限差分法求解能量方程；如果相变开始以此时刻的相变分数为基础，计算下一时刻的相变量，得到下一时刻的热焓和温度的对应关系。判断相变完成与否，确定温度和热焓。
热轧带钢在冷却过程中的能量变化能够充分体现带钢在不同时间段所散失的热量，对于新型的层流冷却系统，实现高精准的控制温度和热焓都是主要指标，由此绘制的热焓变化曲线使得热焓观测成为可能。根据不同类别的热轧带钢的板速和板厚，确定单位水量带走的热轧带钢的热量，以此来确定具体的层流冷却所需的喷水量，从而使热轧带钢的温度最终符合预期的温度目标要求。
热轧带钢层流冷却过程之所以不选用传统的数学模型，是因为传统数学模型忽略了带钢内部的热传导。这种模型下，会使带钢断面沿厚度方向上的平均温度与实际温度之间存在着温度误差。带钢越薄，其上下表面热交换系数越不容易确定；带钢越厚，热传导困难，上下表面与板厚中心的温差比较大，都导致原模型计算值与实际值存在较大误差。为提高卷取温度命中率，除对层流冷却模型有特别的要求外，还需要具备层流冷却控制的重要装备，包括对终轧温度和卷取温度进行检测的温度计、喷水控制器等电气和机械装置。对于层流冷却模型的冷却效果，应采取理想数据进行喷水效果计算。但由于外界环境因素和机械设备调试与维护等因素会直接影响喷水效果，所以常常出现实际的冷却喷水效果与理论冷却喷水效果存在较大的差距。因此，为了使实际冷却喷水效果与理论值尽量接近，我们应注重对机械设备做好调试和维护工作，这对于层流冷却模型提高卷取温度命中率具有重要的意义。
4结语
本文通过对热轧带钢层流冷却过程的温度预测模型的研究，使得热轧带钢层流冷却过程中的温度控制更加精准，这不仅能提高热轧带钢层流冷却的效果，对于提高热轧带钢的性能具有明显效果。这最主要的就需要加强对温度预测模型的研究，通过进行焓的计算和是否开始相变尽量精准地计算温度，使得层流冷却温度满足热轧带钢的冷却效果的需要。
参考文献：
[1]片锦英，黄添慧.热轧带钢层流冷却过程模型研究概述.2012（2）.
[2]徐小青，韩庆，傅松林，周石光.热轧带钢层流冷却过程的温度预测模型.钢铁研究学报.2012（12）.
冷作模具钢篇5
【关键词】高速钢；钢丝；工艺；改善
0.引言
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。高速钢钢丝主要由热拉拔和冷拉拔工艺生产制得。由于钢丝产品尺寸小，采用反复冷拉拔加退火的方式生产，成本大，能耗高，周期长，所以一般不予采用。在此主要针对热拉拔生产工艺进行阐述。
1.高速钢钢丝原料
原料为直径Ф5.5mm的盘条，退火酸洗态，椭圆度
2.高速钢钢丝生产工艺
高速钢钢丝主要生产设备包括拉拔机，加热机，清洗机，退火炉等。生产工序如下：
热拉拔生产线——喷砂清洗——罩式退火——冷拉拔
3.热拉拔生产线
该生产线用来将直径较大的盘条，反复拉拔成直径较细的钢丝半成品。
其中热拉拔生产线主要由以下部分组成：
（1）放线机：包括两个放线架。
当一个放线架运行时，另一个架子可以用来准备下一卷原料，提高工作效率。
（2）矫直机：包括张力机构和矫直机构。
前端张力机构用于平衡原料的拉力。后端为两组五轮矫直机构（横向一组，纵向一组），用于矫直原料，使料直线进入后序。
（3）石墨喷涂系统：包括石墨原料桶，石墨喷涂箱和吹扫装置。
石墨原料桶用来储蓄规定浓度的石墨水溶液。石墨喷涂箱内有可调节流量的喷嘴，将石墨喷涂在原料上。吹扫装置用于除去原料表面多余的石墨，使原料在进入加热机之前，原料表面没有多余的石墨液滴。
（4）加热系统：包括加热机和冷却系统。
加热机用于加热移动中的高速钢钢丝，可以通过调节机器功率来调节钢丝温度。加热机需要通过板换来平衡温度。冷却机为板换提供冷却水。拉拔机：包括模具盒，冷却水盒，拉拔机。
（5）模具盒：有两个室，一个用于安装拉拔模具，另一个用于收集废弃石墨粉。
（6）拉拔机：拉拔机由电机，皮带齿轮驱动来驱动拉拔卷筒。卷筒卷曲线材。
（7）工艺参数要点：
拉拔钢丝温度：高速钢在热拉拔下的温度范围为400-800Co，由于热拉拔可以在钢丝不退火的情况下拉拔多次，随着拉拔道次的增多，钢丝直径递减，随之硬度拉强增加，其拉拔温度是随拉拔道次的增加而递减的。
模具：高速钢钢丝在热拉拔的工序下每道次的减面率是30%，因此热拉模具相比一般拉拔模具，其压力角要大，为18o。
冷却水：冷却水温度常年保持在20±2Co。
拉拔速度：拉拔速度范围为30-90m/min。拉拔速度随着道次的增加而增加。
拉拔卷筒角度：对于不同钢丝的直径，需要使用不同角度的卷筒来拉拔排线。钢丝线径越粗，拉拔温度越高，其弹性越大，在卷筒拉拔过程中容易上升排线，需要一个小角度的卷筒。相反钢丝线径越细，拉拔温度越低，其弹性较小，在卷筒拉拔过程中上升排线困难，所以需要一个大角度的卷筒。角度范围为0.2-1.25o。
4.喷砂清洗
该工序主要用于去除热拉拔后钢丝表面所附着的石墨，为退火工序做准备。
清洗工序由以下部分构成：
（1）放线架：用于放置热拉拔后的钢丝。
（2）清洗机：该设备工作部分主要由6组喷***构成，水平等距排列，每相邻两个喷***夹角为180o。***嘴对准移动中的钢丝。清洗介质是铬钢玉和水的混合物，由喷***气嘴驱动混合物高速作用于钢丝表面，以清洗钢丝表面。
（3）收线机：驱动钢丝运动，并卷曲钢丝。
（4）工艺参数要点：
沙浓度：设定8-10%，为该设备最佳设定浓度。
铬钢玉沙颗粒度：60%以上的沙颗粒度要在180-220目之内。
气压：常规工业气压6bar。气压由压力传感器控制和检测。
5.罩式退火
（1）罩式炉：用于退火热拉清洗后的钢丝，降低钢丝硬度，消除内应力。为冷拉终序做准备。
（2）工艺参数要点：
时间和温度：参考高速钢退火工艺。
保护气体和流量：保护气体可以采用H2，N2，Ar，各阶段气体流量均通过试验获得。
风机转速：通过调节风机频率来调节转速，通过实验得出最佳转速。
6.冷拉拔
冷拉拔用于钢丝拉拔的成品工序，生产规定直径的钢丝产品。
冷拉工序由以下部分构成：
（1）放线机：等同于热拉拔放线架形式。
（2）矫直机：等同于热拉拔矫直机。
（3）拉拔机：包括模具盒，拉拔机。
模具盒：有两个室，一个用于安装模具，另一个用于放置皂粉。
拉拔机：等同于热拉拔拉拔机。
（4）工艺参数要点：
拉拔速度：退后态钢丝拉拔速度为60-70m/min。
模具：高速钢钢丝在冷拉拔工序下，通常减面率在20%以内。因此冷拉模具相比热拉模具角度偏小，为10o。且该工序为定尺寸工序，尺寸偏差在0.01以内。
以上为高速钢钢丝生产工艺的概述。
7.热拉生产线改善实例
在热拉拔生产过程中，主要有两个问题需要关注。一个是钢丝划伤，另一个是拉拔中钢丝断裂。本改善项目针对钢丝断线进行讨论。由于线材断线影响钢丝成材率比较明显，所以降低断线次数，即可以提高很高成材率，亦可以降低工时，消耗品和能源损耗。总之，断线率的降低改善可以带来诸多方面的经济效益。接下来针对M42钢丝热拉拔中的改善进行描述。该钢丝经过7次热拉拔从Ф5.5拉拔到Ф1.78。
7.1改善前状态描述
断线次数4.92次/卷，成材率88.9%。
7.2生产现状以及问题
（1）现场有8台设备，其中1-6号机器生产前5道次，7，8号机器生产后2道次。且所有设备生产工艺参数一致，拉拔卷筒角度不受控。
（2）人员生产岗位不固定。
（3）设备设施监控不周，包括加热温度和卷筒角度等。
（4）工艺卡记录数据缺失，没有断线次数统计，没有系统地分析断线原因。
7.3改善方案
（1）八台设备细分为三组，1，2号设备拉拔1-3道次。3-6号设备拉拔4-5道次，7-8号设备拉拔6-7道次。所有设备重新定义工艺参数，试验测试每一台设备的工艺参数（试验测试每台机器的参数有偏差）。对于卷筒角度控制，1，2号机器的卷筒角度为0.2o。3-6号机器角度为1o。7-8号机器角度为1.25o。
（2）固定各班生产人员。每相邻两台设备由各班同一人进行生产。杜绝人为操作原因造成的断线。
（3）制作相关设施设备要素的检查表，每月定期设施设备加热温度和卷筒角度。
（4）工艺卡上增加各道次的断线次数统计，并按月统计分析断线原因。
7.4改善效果
经过半年的改善，断线率由之前的平均4.92次/卷降低到1.52次/卷，相应的钢丝成材由之前平均88.9%提高到95.9%。节省了成本，提高了经济效益。而且在实施相应管理控制的基础上，能够有效地维持此改善成果。
冷作模具钢篇6
关键词：油气钢制管道；冷弯；基准点
前言
钢管冷弯已成为油气管道施工中不可缺少的重要工序，尤其是在丘陵、山区的管道施工中，由于受地形地貌的影响，冷弯管的需求更大。在西气东输、川气东送等国家重点工程的管道施工中，我们针对工程所用管材的具体情况进行了大量的、有针对性的试验，探索出了一整套最佳的冷弯制作工艺，具有很好的指导和借鉴作用。
1、工艺原理
钢管冷弯是由设在简易平台上的液压控制系统发出操作指令，液压驱动的绞盘使钢管穿过冷弯机，钢管在轮廓相仿的模具内移动自如，胎芯在钢管内行走自如，并定位于弯曲部位，标准指示器拉杆确保钢管始终均匀弯曲，升降楔自动加紧钢管，以防扭曲变形。钢管在弯管机上以相同的弯曲间隔基准向前推进，在每一间隔都弯曲同样的角度。
2、工艺流程及操作要点
2.1工艺流程（见下页***1）
2.2操作要点
2.2.1 直管验收
检查已防腐母管的表面是否有油污、凹坑、弯曲、防腐层褶皱、防腐管编号及管号的标识不清晰或书写错误、结疤、机械损伤及外观缺陷。
2.2.2 确认弯管基本参数
弯管曲率半径、弯曲角度、弯管管体椭圆度、弯管平面度、弯管褶皱深度、弯管减薄率等。
2.2.3 弯管制作
（1）弯管机的起动
确保发动机操作手柄处于较低位置；按下发动机油压优先按钮，直到发动机油压处于绿色指示灯状态；转动发动机启动开关，启动后放开；若天冷让发动机慢速旋转以预
热，操作时发动机应在1500转运行；通过液压缸推动栓紧外胎到极限位置以检查液压柄将胎芯驶入钢管内。起重设备应将钢管降低到水平位置并向前移动使其进入弯管机，但不能超越弯曲外模的前端，这样可以非常容易的确保胎芯在外模下建立基准位置。
（4）设置基准点
①胎芯----顶模基准点设定
胎芯必须准确地定位在顶模下，并在每次弯曲时都保持在此位置。否则，钢管会出现变形或其他破坏。由于操作过程中胎芯是深入钢管内部的，操作手无法看到胎芯，就需要一个外部的基准来定位。胎芯的头部边缘应超出顶模前端30cm，胎芯定位好后，应在前端系一钢丝绳，在弯管机前端12m处予以打桩固定。
②弯曲间隔基准点设定
在弯曲过程中，钢管在事先确定的间隔下在弯管机上向前推进，在每一间隔都弯曲同样的角度，用记号笔标在钢管面向操作手的一侧，以便操作手很容易地看到标识。钢管每推进一次都停下来进行一次弯曲，在弯曲外胎的衬里也应标上间隔基准，以便钢管的间隔基准有一个参考。
③钢管水平基准点的确定
钢管每次弯曲的角度是在水平基准和弯曲基准之间测量的，两个基准都应建立并标在外侧液压缸的计量杆上。小心地向前推动弯曲外胎操纵杆，直到弯曲外胎托着钢管轻轻地接触顶模为止，然后放开阀杆，使钢管回到原来位置；向前推动栓紧外胎操纵杆，使栓紧外胎向上夹着钢管，然后松开操纵杆，保持栓紧外胎的位置不动；测量顶模前端的底边到管顶的距离，然后测量其后端底边到管顶的距离；对比连个结果，第一个测量尺寸应比顶模后端的测量尺寸小6-7mm，这样可使钢管在顶模的中前部开始弯曲（如果钢管先从顶模的后半部开始弯曲会产生变形）；当弯管机内的钢管处于水平时，标在刻度杆上。
④钢管弯曲基准的确定
使钢管升到水平位置，向前推动弯曲外胎操纵杆直到水平基准标志稍微露出一点在向导圈上面，然后松开操纵杆使弯曲外胎停留在此位置；向前推动栓紧外胎操纵杆直到栓紧外胎紧紧地拴住钢管，然后松开操纵杆；若水准基点标志仍在向导圈上面一点，向后轻轻拉动弯曲外胎使基准标志接触向导圈；用胎芯操纵杆涨紧胎芯；钢管找平后，开始弯曲钢管，但只是微量的，一点一点增加到所要求弯曲的量达到要求为止；按第一个标志位置开始对钢管进行后续的弯曲，直到达到所要求的角度为止。
当弯曲钢管的管径发生变化时，上述四个基准需重新设定。
（5）弯制工艺
刚性基准和楔块在最低位置，钢管从固定端放入弯管机；将胎芯从刚性基座上驶入钢管中；将钢管抬高直至管端达到固定端，用绞车吊住，即为第一弯制位置；将胎芯放入钢管中的正确位置，胎芯头部边缘超出顶模前端30cm；涨开胎芯，胎芯的最大工作压力为100kg/cm2；将刚性基座升到水平基准，钢管触到模具的最低点且不在棍子上，标好弯制表的刻度，即为弯管的起始位置；开动楔块液压缸直到钢管被放到辊子上，管夹自动打开；收缩胎芯，第一弯制周期结束。用绞车将钢管放到下一位置，重复进行下一弯制周期。钢管弯制完毕后，应从弯管定位端将钢管收出。
2.2.4 产品标志
（1）标识位置：从管端150mm处开始在每一弯管一端的内外表面沿圆周方向标识；
（2）标识特征：字符使用白色喷漆，严禁使用冲模锤标识；
（3）标识项目：材质、弯曲角度、钢管外径、壁厚、曲率半径、制作单位。
2.2.5 弯管堆放
弯管不得与地面直接接触；堆放时每根至少设置三个支墩，且弯管距地面不应大于200mm；堆放高度不应超过三层，堆放时在每根弯管的3-5处缠绕尼龙袋（绳），避免管体相互接触碰撞；冷弯管坡口应用管径相同的管卡予以保护，并确保运输中不脱落。
2.2.6 弯管吊运
钢管的装卸必须使用尼龙袋或专用吊钩，不得损伤防腐层；吊钩的荷载不应小于管重5倍的安全系数，沟宽不小于70mm，深度不小于60mm，与管内壁接触面做成相应弧度。装卸操作应轻起轻放，避免钢管与其他物体相互碰撞或摩擦；操作现场有专人指挥，摘钩时由两人同时摘钩，手提吊钩移离管体。管端坡口在吊装、运输时，必须采取保护措施，不得损伤；运输钢管的货车不得有杂物，避免在运输中擦伤钢管，不应使用车底或车帮有金属突出物的货车。每车钢管都应进行柔性捆扎，防止运输过程滑窜、碰撞造成防腐层损坏。
3、质量要求
弯管质量检查项目
序号 检查项目 技术要求 检测方法
1 外观检查 防腐层应平滑、无暗泡、麻点、褶皱、裂纹 目测
2 针孔 无漏点 电火花检漏仪
3 弯曲处椭圆度 ≤0.02D 内径千分尺
4 管端椭圆度 ≤0.006D 内径千分尺
5 弯曲角度 ±0.50 角度测量仪
6 褶皱深度 ≤3mm 板尺、卡尺
7 平面度 ≤25mm 板尺
8 焊缝位置 9点到10点或3点到2点之间（不含9点、3点） 目测
4、结语
利用本工艺进行冷弯管制作，精度高、质量好、不留质量隐患，最根本的解决了弯曲处钢管失圆和褶皱的现象；且施工效率高、操作简单、劳动强度低、施工人员少、成本低，已在西气东输、川气东送、西南成品油管道等重点工程中得到应用，经济效益和社会效益显著，在未来具有良好的推广前景。
参考文献
［1］GB 50369-2006 油气长输管道工程施工及验收规范［S］.北京：中国计划出版社，2006.
［2］Q/CNPC 109-2005 X80管线钢冷弯管制作及验收规范［S］. 北京：中国石油天然气集团公司,2005.
冷作模具钢篇7
1.1计算机仿真软件
制造业是我国当前的主力发展领域，是我国经济的支柱产业，这其中就涵盖着机械制造以及各种型材的制造等。制造业在当前所面临的是产品的竞争，所以要在具体的指标上要能够得到满足，要求产品的价格是最低的，以及以短时间完成从概念设计到产品上市这一过程，要能够对客户的需求的到满足，对产品所提供的服务要是最好的。为此我国在计算机仿真软件的使用上就显得非常必要，这几个软件主要是一体化制造系统仿真软件，这一软件主要是在车间设计和分析的建模以及仿真软件，在具体的功能上主要有自动生成离散事件仿真模型，并能够对这一模型进行仿真。另外就是在制造车间的生产计划和工艺路径可以通过表格的形式进行输入，既能够通过手工进行输入同时也能够通过工艺规划的模块进行读入。再者就是加工过程仿真器，为能够有效的价格产品设计和开发周期得到有效缩短，在CIMS当中尤其是强调计算机辅助设计和计算机辅助制造的集成，也就是要求从CAD输出产品设计信息可以直接通过网络传送到计算机辅助加工工艺规划系统，并使其产生刀位轨迹文件。为能够有效确保加工工艺的合理性及NC代码正确，要对真实零件切削加工前进行一次试切削。在这一过程中主要就是通过木模进行替代真实的零件，这显然会对开发的周期有着延长，并在成本上也会比较高。针对加工过程仿真器可以为CAM/CAD集成，尤其是检验NC代码正确性和减少加工过程的碰撞干涉提供支持，所以在这一软件的应用下能够起到部分的代替试切的作用。
1.2计算机仿真在轧钢工艺中的实际应用
现场生产中，小规格的圆钢在冷床上的运动方式和一般圆钢有着很大区别，故此要对冷床的基本结构及原理等进行研究，在计算机上根据建立运动模型进行仿真试验后，结果表明当前生产的最小规格圆钢能够利用现有冷床进行生产。研究当中涉及到的冷床是步进回转式冷床，具有两种齿板，分别是V型齿板及U型齿板，借助它们相互错动使得圆钢一方面做步进运动，而另一方面绕其自身轴进行旋转。针对这一结构可能出现的问题进行仿真机现场实验，要能够从理论的角度进行分析，在半径小的圆钢方面可能在翻过V形的齿轮的第二个齿峰的过程中，不能和第二个V形齿的左壁相接触，这也是其中的一个重要问题，属于冷床翻钢的极限。主要就是造成翻钢的过程中会有不稳定的情况发生，这样就造成了冷却不均。根据这一***示就能看出，在V形齿的第二齿峰和小圆钢那样相交或是相切的过程中，U形齿会向下向前，而V形齿则是向上向后，这样就会出现翻钢的情况，这只是必要的条件。然后根据磨损的情况和具体的规格进行仿真实验，针对不同型号的圆钢进行建模和仿真，正常情况下对90号钢进行分析，从实际的仿真计算以及表现情况能够看出小圆钢在冷床上运动的比较稳定冷却效果较好。而75号钢的仿真系统当中的数字模拟仿真，冷床上运动稳定冷却效果佳，但在稳定性方面相对较差。
2结语
冷作模具钢篇8
【关键词】塑料模具；制备方法；热处理
近年来，塑料制品的使用越来越广泛，为了追求不同的性能，需要对其制备工艺进行改善。而塑料制品的生产离不开塑料模具的使用。塑料模具，一般由钢材制作，是用来制备塑料制品和控制产品精确尺寸的配套工具。而生活中使用的塑料产品种类繁多，所以塑料模具也多种多样。下面介绍几种常见钢塑料模具的制备方法。
1.塑料模具的制备方法
1.1低碳钢及其合金钢模具
参考20Cr钢模具的制备顺序为：①配料、锻造、退火；②粗加工后冷挤压，然后再结晶退火；③进行精加工，再渗碳处理、淬火、回火；④，最后进行打磨抛光，然后组合安装。
1.2高合金渗碳钢模具
常见的如12CrNi4A钢模具的制备方案为：①配料、锻造、正火加高温回火；②然后粗加工后又高温回火；③、④两个步骤则和上述相同。
1.3调制钢制模具
其中最具代表性的40Cr钢模具的生产工艺为：①配料、锻造、退火；②粗加工后进行调质；③精加工后修整并研磨抛光；④最后将其装配完成。
1.4碳素工具钢及合金工具钢模具
使用较多的如CrWMn钢模具的制备工艺为：①配料、锻造、球化退火；②粗加工后再进行去应力退火；③半精加工后再精加工，然后再淬火和回火；④最后研磨抛光，并将其组装。
2.塑料模具热处理的影响因素及重点
2.1塑料模具热处理的影响因素
热处理是塑料模具的重要工艺过程，直接关系到塑料模具的性能以及产品的质量。在对塑料模具进行热处理时，主要受到四大方面因素影响：即模具的制造精度、强度、工作寿命以及制造成本等。其中，模具制造精度主要考虑组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大等问题；模具强度则主要与热处理工艺的规范化程度以及设备的完好程度等有密切关系；模具的工作寿命，即通过热处理，引起组织结构不合理、晶粒度超标等，可能会造成模具性能的下降，影响模具的工作寿命。模具的制造成本则主要是当经过热处理过程时，可能引发模具的开裂、变形和性能大幅降低等，造成模具损害或作废，增加模具的制造成本。总之，根据塑料模具热处理的影响因素，应结合当前塑料模具技术的不断提升对热处理工程中应该注意的重点问题予以明确，正确处理热处理技术与模具质量的关系，使之可以相互促进，共同提高。
2.2塑料模具热处理的重点
一是，塑料模具钢在打磨、折弯等加工过程中，不可避免得存在残余应力。这些应力在热处理时容易在模具的粗加工过程中引起变形。所以可以先将模具加热到250～300℃之间，保温一定时间再自然冷却，消除应力，再进行精加工。
二是，在模具零件的加热速度应当非常缓慢，速度太快会导致各部分受热不均而引起弯曲。例如，加热速度过快时，薄截面比厚截面膨胀得快，使得在模具的连接处产生应力，而当应力大于钢材的屈服强度时，模具就容易出现变形，甚至会导致模具破裂。所以尽量控制加热速度，使模具的合成应力低于钢材的屈服强度，才不会致使模具发生变形。
3.塑料模具的热处理工艺
塑料模具大多数是由各种掺杂元素的合金钢制备而成，所以其热处理过程离不开以下几类：
3.1正火
正火，也被称为常化，就是将零件加热至727～912℃这个零界温度区间，比这个温度再高40～60℃，然后保温一段时间。再将零件取出来放在空气中或吹风冷却，或者喷雾或喷水冷却。这种热处理手段是为了让零件的晶粒细化，也使碳化物的分布更加均匀，也可以消除加工过程中存在的内应力，提高零件的硬度（也有例外，除非零件在前面已经进行了淬火，则正火后硬度会降低）。
3.2退火
退火工艺经常用于金属的热处理过程中，它是先将金属缓慢加热到一定温度，然后保持一段时间，再以合适的速度冷却。这样坐可以降低材料的硬度，有利于切削加工；也可以去除残余应力，降低零件的变形程度与裂纹数量；使得晶粒更加细化，减少结构缺陷。金属材料、非金属材料等都会运用到退火这一热处理工艺，但是当前也有些新材料的退火目的不同于过去的传统金属。
3.3淬火
钢的淬火是指将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）温度以上，再进行保温过程，使材料内部转变为奥氏体组织，然后使冷却速度大于临界值，将零件进行冷却至Ms温度左右或以下，将其贝氏体或者马氏体化的一种热处理方法。常见的如铝、铜、钛等合金，以及钢化玻璃等材料的固溶处理或着其它带快速冷却的热处理手段也可称为淬火。
3.4回火
回火指的是将经过淬火的零件重新加热到临界温度以下的某一温度再保温若干时间，然后经过空冷、水冷或者油冷等缓慢冷却的过程将零件冷却这种热处理工艺。主要目的就是用来降低或者去除淬火过程中残留的内应力，或者降低硬度和强度，提升其延展性。
3.5时效处理和时效硬化
时效处理是指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，高温淬火或冷加工变形等，后续放置在室温或者较高温度下稳定其性能，但会改变其形状，尺寸等的一种热处理工艺。时效硬化，指的是零件在高温加热时，在铁中残存少量的氮和碳元素，在后续使用中它们逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，阻碍了零件的塑性变形，降低了钢材的强度和延展性。这种现象称之为时效硬化，就是通常说的老化。
3.6渗碳
渗碳，一般是对金属的表面进行处理。采取渗碳处理的大多为低碳钢或低合金钢，具体操作就是将零件放入活性渗碳中，加热到900～950℃单相奥氏体区。再保温一段时间后，使部分活性碳原子渗入钢件表层，从而使得零件内部成份不变而表面富含碳。类似的工艺有低温渗氮处理。这种渗过碳的零件硬度会有所提高，耐磨性也有所增强。
4.展望
各类模具的制备及生产才使得各式各样的塑料用具被制造出来。如今，随着塑料制品及其模具等行业的迅速发展，塑料制品的种类越来越，这就需要各式各样配套的塑料模具的制备，所以也提高了对塑料模具钢的生产要求。特别是作为塑料模具制造中重要环节的热处理，其重要性更是不言而喻。在未来的发展中，为了满足不同塑料制品配套模具的需求，我国应当在塑料模具钢的材料选用、加工工艺和性能提高上加大研发力度，制备出新型的高性能塑料模具钢，生产出更加优良的塑料产品。
5.结语
目前，塑料已经被广泛应用多几乎任何一个领域。如果把全国使用的塑料按照体积来衡量，其总量已经远远超过钢铁。在制造塑料零件时，塑料模具是必不可少的一种工具。塑料模具的制造需要耗费大量的钢材，种类繁多，形状各异，而且对表面的光洁度要求较高。不同的塑料模具其使用的钢材有所不同，热处理过程中需要注意的问题也有所差异，这些都需要我们在实践中给予高度重视。在实践中必须严格规范对塑料模具进行热处理，注重各个环节的质量控制。
【参考文献】
[1]郑灿.低碳低合金塑料模具钢轧制与热处理工艺研究[D].东北大学，2008.
冷作模具钢篇9
关键词： 自行车飞轮 冷挤压模具 工艺
自行车飞轮是自行车整车系统中的关键性零件，是自行车驱动系统的重要组成部分。飞轮及其相关集成系统的质量和性能直接关系到整车的性能。当前我国自行车飞轮及其相关组件一般采用模具冷挤压成形生产。模具的质量、冷挤压工序的控制直接影响到飞轮成品的最终质量，也影响着飞轮制造企业的生产成本。随着社会的发展，消费者对自行车的需求向高端化发展，对自行车的质量要求越来越高。但是我国的自行车生产，尤其是在中高端自行车飞轮及其组件的生产，却没有很好地满足对其质量需求的提高。目前，由于锻造多飞飞轮轮芯的模具质量差、工作寿命短以及商用飞轮质量低等问题的存在，是制约我国自行车生产进一步发展的技术瓶颈，同时也是困扰高档自行车自主品牌和生产企业做大的现实问题。因此，探索自行车飞轮锻压相关工艺，提高其制造质量，具有改善自行车整体性能，推动自行车制造行业发展的双重意义。
1.自行车飞轮概述。
自行车飞轮是手闸式自行车动力系统的主要零件，通常分为14齿和42齿飞轮两种，一般以多飞飞轮的形式出现。飞轮和飞轮内的滚动轴承、轮芯等零件一起构成了自行车动力系统的主要部分。
2.飞轮锻压工艺分析。
自行车飞轮的锻压是一个涉及模具加工工艺，飞轮齿片材料、硬度以及强度选择和齿片零件加工工艺的复杂过程。飞轮最终质量性能等技术指标能否达到设计要求，与各环节的工序操作直接相关。
2.1.冷挤压模具加工工艺。
冷挤压模具用材。当前在自行车多飞飞轮模具用材选择上，国内外通用的钢材为W6MO5Cr4V2高速钢。这是一种新开发的高碳、高合金钢。该钢材具有两个明显的特点：首先，该钢材在具有很强的抗弯强度、耐磨性和红硬性的同时，还具有很高的热塑性和韧性，以及较小的脱碳倾向。并且碳化物的颗粒较细小、分布也较均匀；其次，该钢材便于机械加工，可用于制作高负荷下耐磨损的零件，使用寿命很长，具有很强的通用性，价格较为便宜等。因此，W6MO5Cr4V2高速钢，因具有制作冷挤压模具的巨大潜在价值，而受到自行车零件制造商的广泛应用和工程界的广泛重视。
在生产过程中，冷挤压模具的工作条件相当恶劣。这主要是因为两方面的原因，首先，用轮制造的材料具有较高的抗变形力，以35钢为例，当对数变形为80%时，钢材的变形抗力就高达1500MPa，而对于合金钢而言这一对数条件下其抗力可以达到2500MPa―3000MPa，模具因此承受巨大的反作用力和摩擦力。其次，在工作过程中，模具承受着多次冲击负载和冷热交变温度的作用。模具工作时表面温度高达200―300摄氏度，并且每次挤压操作都是在极短的时间内完成，所以表面温度变化很大。在这样严苛的工作环境下，冷挤压模具的工作寿命很低。笔者查阅了目前我国自行车配件模具加工工艺，自行车多飞飞轮轮芯冷挤压模具的加工，一般采用：来料退火机械加工热处理的加工工艺。
2.2.冷挤压模具挤压形式。
根据挤压过程中金属的流动方面不同，可将冷挤压分为正挤压、反挤压以及复合挤压三大类挤压方式。其中正挤压和反挤压是挤压中的两种基本模式，而复合挤压则是对两种基本挤压模式的综合运用。正挤压，是指在挤压过程中金属的流动方向和凸模的运动方向一致。反挤压，顾名思义，则是指在挤压过程中金属的流动方向和凸模的运动方向相反。复合挤压，则是指挤压过程中一部分金属流动的方向和凸模运动方向一致，而另一部分则相反。根据飞轮轮芯以及正反挤压模式的特点，生产过程中一般多采用反挤压的挤压方式生产自行车多飞飞轮的轮芯。这种方式的要点在于挤压力相对较小，成型精度较高。
2.3.冷挤压模具的热处理工艺。
根据数据分析统计，高达60%的模具失效，是因为热处理不当而造成的。自上个世纪九十年代以来，为了保证飞轮加工模具变形小、模具工作面的余量少、甚至不留余量和充分发挥材料的良好性能。真空热处理、保护气氛热处理以及高压气淬技术被多数自行车飞轮制造企业广泛运用到模具热处理工艺中。当前，模具钢的热处理工艺参数主要集中在：淬回火的加热温度、保温的时间以及淬火方式的选择上。这些参数选择的不同会在不同程度上影响金属的组织结构和性能，在实际的批量生产中，要根据具体需要合理选择这些参数。
2.4.对飞轮齿片材料、硬度以及强度的选择。
当前自行车飞轮材料一般选用低碳钢作为飞轮齿片的制造材料（比较普遍的有牌号Q195，SPCC钢）；硬度依据《自行车行业标准》选择硬度值HRA≥72，强度则要求为沿驱动方向给飞轮施加4900N的力时，飞轮不出现破损。
2.5.毛坯的制造方法――精密模锻
目前，飞轮毛坯制造普遍采用精密模锻的制造方法。该法的主要工艺特点，是在锻造过程中使用两套精度不同的锻模。先用普通精度的锻模锻压，然后切下毛坯飞边进行酸洗，再用高精度锻模锻压出满足精度要求的零件。在精密模锻阶段，加热方法要采用无氧或少氧的方式。
该方法的工艺流程为：下料检查毛坯质量无氧（有氧）加热普通锻模锻压 精密锻模锻压切断 切边冲孔零件表面清洗校正精压热处理 产品检验入库。
2.6.多飞飞轮齿片加工工艺。
多飞飞轮加工工艺，是飞轮产品生产过程中最重要的一环，直接关系到飞轮质量的好坏和使用寿命的长短。当前国内外自行车多飞飞轮零件，一般采用冷挤压生产方法，该法主要包括制坯冷挤压精加工三个部分。目前飞轮生产公司的生产工艺流程主要为：来料正火毛坯冷挤压成形渗碳淬火低温回火烤黄。
冷挤压生产工艺技术具有高精、高效、优质低耗的特点，是中小型锻件规模化生产常用的锻压方法。它比传统的热锻和温锻工艺技术要节约30%―50%的材料，50%―80%的能耗，并且能够有效提高锻件的质量，改善操作人员的作业环境。由于冷挤压的锻压方法产生的冷作硬化的利用价值较大，可以用廉价的低强度钢材，经过冷挤压后代替价格昂贵的高强度钢材，所以其应有领域在该工艺技术的不断完善下逐渐扩展。
2.7.多飞飞轮齿片的热处理工艺。
多飞飞轮齿片的热处理工艺主要包括渗碳及淬、回火工艺两个部分。
首先，渗碳工艺。渗碳技术是一种应用广泛的化学热处理技术。由于自行车飞轮心部要保持有较高的韧塑性，而且齿片表面要求有较高的硬度和耐磨性。而传统的机械加工及普通的热处理工艺，无法把低碳钢处理到这种质量要求标准。现阶段冷挤压制造中，主要是通过气体渗碳淬火来达到这一质量要求。具体操作，是通过飞轮冷挤压成形以后，对其进行一次气体渗碳热处理，改变其表面的金相组织，达到提高飞轮齿片表面硬度和耐磨性的目的。表面氮化也可以达到这一目的。
其次，淬、回火工艺。由轮及其零件产品，一般是在人力范围和正常环境下服役的，所以，所受冲击力并不大。因此，淬火温度不宜过高。一般做法是，在渗碳工艺结束后，直接采用油淬。考虑到零件在后期人力作用下容易出现变形问题，所以淬火时要注意严格控制保温时间。回火工艺对飞轮表面硬度和心部的强度影响也比较关键。因此，对淬火和回火时各种参数对飞轮及其零件的影响，是产品质量和寿命的关键所在。
3.结语。
基于本文上述，笔者认为，自行车飞轮锻压是涉及模具制造、材料选择及飞轮本体锻造等多个方面的系统化锻压制造工序过程。当前采用的冷挤压锻造自行车飞轮的方法，明显具有耗能小和材料低廉等特征，适合对当前自行车飞轮数量和质量的高要求。我国的自行车生产企业要注重采用和研究这一生产技术，将这一技术作为改善我国自行车生产整体质量，打破技术瓶颈的突破口。
参考文献：
[1]天星《自行车小飞轮结构的改进》《现代制造工程》1981年04期。
[2]作者不明《自行车飞轮组合模锻》《CMET 锻压装备与制造技术》1973年02期。
[3]李伟 刘庆锁 陆翠敏 张玉姣《自行车多飞飞轮轮芯冷挤压模具失效分析》《热加工工艺》2011年06期。
[4]王贤敏《自行车飞轮的气体渗碳》《金属材料与热加工工艺》983年05期。
[5]孟令先 宋学进 张元国《冷作模具的失效分析与预防措施》《锻压技术》2007年03期。
[6]张洁 许晓静《冷作模具用高速钢热处理性能和变形研究》《模具工业》2003年02期。
冷作模具钢篇10
关键词：连铸机；冷却水；PID控制
宣钢原2号连铸机二冷室冷却，采用固定配水表和比水量（视钢种、钢坯截面和铸坯速度预先设定）配水方式。由于生产过程中钢水温度、操作状态等不断变化，采用这种控制的配水模型无法根据生产状态的改变实时调整水量，从而无法保证铸坯的冷却效果。常见的铸坯内裂、角裂等质量缺陷与二冷室冷却效果有关，采用动态配水有利于提升和稳定产品质量。
改进后的二冷配水是利用数学模型，根据所浇铸的断面、钢种、拉速、过热度等连铸工艺条件计算冷却水量，在开浇、浇铸不同钢种以及拉速变化时及时对二冷水量进行适当调整，将计算的二冷水数据表存入计算机中，在生产工艺条件变化时计算机按存入的数据找出合适的二冷水控制量，调整二冷强度。在稳定生产时基本能够满足要求。
一、系统构成
配水系统采用串行PID控制方式，由参数检测、配水模型、系统控制等组成下***1。
配水控制原理
在开机、改换钢种或（和）铸坯尺寸前，先由操作人员设定浇铸钢种、铸坯断面尺寸和钢水温度。二冷室各段冷却水量、铸坯速度、调节阀阀位、中间包钢水温度和拉矫机机前钢坯温度等参数，通过对应的变送装置引入PLC，以实现参数的实时采集与处理。通过组态软件实现二冷各段系数录入：
系统通过比较钢水、铸坯温度设定值和实际值计算出偏差，再送入动态配水模型并发出调节指令。输出信号经PID优化，用来控制调节阀的开度。为确保冷却水量准确，设置实际流量反馈环节，以与模型输出值比较并进行修正。PLC编程实现PID如下***3。
系统控制目标是使铸坯达到拉矫机机前需要的温度，满足工艺要求和保持稳定，从而提升和稳定产品质量。因此，还对如何使二冷室各段冷却水量分配比例保持恒定等，进行了考虑。
二、配水模型
（一）一般，二冷室各段冷却水流量控制值Q可由（1）式确定：
Q=α（Av² +Bv+C）（1）
式中 ―― 铸坯速度（拉速）
A、B、C―一一组与设定钢种、铸坯截面和钢水温度有关的常数
显然，Q只与拉速 v有关。
α―一通过试验确定的系数
不同的二冷段，有不同的系数。
（二）拉速动态配水在拉速低于某一直或高于某一直时不作修正。
三、改进及应用效果
该系统投入运行后，稳定可靠，有效提升和稳定了钢坯质量，产品质量异议明显减少，取得明显效益。动态配水是在静态配水基础上的改进，主要增加了自编的组态画面及PLC控制软件程序并有机集成，使连铸机的冷却配水得以优化，具有改造方便、投资少、收益大的特点。
四、结语
要实现真正的动态配水，需要在传热数学模型上,采用数值法对方程进行求解。模型根据数据库中存储的钢种的热物性参数、拉速、冷却水量、中间包温度计算铸坯温度与凝固状态。不断完善数据库，还需我们做大量的工作。
参考文献：
[1]张洪英, 杜光辉, 田盛林. 优化连铸机二冷室冷却配水. 设备管理与维修, 2007, (10)
[2]邯钢小方坯连铸机力能参数的研究. 北京科技大学学报, 1987, (S3)
[3]邵天骏. 沪东造船厂获得修理R8米连铸机合同. 上海造船, 1996, (01)