一种压铸模及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种压铸模及其制备方法。一种压铸模，其特征在于：它主要由基体部分（１）、过渡层部分（２）和模膛表面覆层（３）组成，基体部分（１）的体积占９０－９５％，基体部分（１）采用普通的压铸模５ＣｒＮｉＭｏ钢或５ＣｒＭｎＭｏ钢；过渡层部分（２）位于基体部分（１）与模膛表面覆层（３）之间，过渡层部分分为２－６层，按照从基体部分至模膛表面由低温至高温阶梯变化选用各个过渡层的钢质材料；模膛表面覆层（３）的材料为ＷＣ或ＴｉＣ；基体部分（１）、过渡层部分（２）的各层和模膛表面覆层（３）的材料各自均是均质材料。用本发明专利技术的方法制造的压铸模，其使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压铸模及其制备方法，特别是涉及一种属黑色或有色金属铸件生产所用的压铸模及其制备方法。
技术介绍
压铸模的工作条件很恶劣，它承受高温、高压及周期性热-机械负荷，要求压铸模材料具有良好的高温强度、高温韧性、高温耐磨性及耐周期性热负荷及机械负荷的疲劳性能。现有的压铸模由压铸模钢和模膛表面覆层组成，国内外所用各种压铸模钢均不能完全满足压铸模的工作性能要求。尤其是高温时的强硬性能指标与韧性、耐疲劳性指标，是一对矛盾的两个方面，难以兼得。虽然采用不同的热处理及表面强化处理，可以局部调和两侧面的对立性。但仍然不能完全满足压铸模工作性能的要求。特别是黑色金属的压铸，由于模具材料的制约，不能普遍推广应用。现有的压铸模使用寿命低，严重制约压铸模的技术水平和经济效益的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用寿命高的压铸模及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种压铸模，其特征在于它主要由基体部分1、过渡层部分2和模膛表面覆层3组成，基体部分1的体积占90-95％，基体部分1采用普通的压铸模5CrNiMo钢或5CrMnMo钢；过渡层部分2位于基体部分1与模膛表面覆层3之间，过渡层部分分为2-6层，按照从基体部分至模膛表面由低温至高温阶梯变化选用各个过渡层的钢质材料；模膛表面覆层3的材料为WC或TiC；基体部分1、过渡层部分2的各层和模膛表面覆层3的材料各自均是均质材料。所述的过渡层部分2的各个过渡层的钢质材料为3Cr2W8V、W18Cr4V、H系钢质材料(如H13、H19、H21)、6W5Cr4V2钢或钢结硬质合金等。所述的过渡层部分2分为4层，第一过渡层的材料为H13，第二过渡层的材料为H19，第三过渡层的材料为6W5Cr4V2，第四过渡层的材料为钢结硬质合金。一种压铸模的制备方法，其特征在于包括如下步骤第一步，根据具体的铸件，按现有技术设计出压铸模工艺与模具图；第二步，根据第一步的设计结果，用有限元专业软件对压铸成形过程进行仿真分析，根据压铸模的热平衡确定压铸模平衡温度；用有限元软件对压铸模的温度场、机械应力场、热应力场及综合应力场进行仿真分析；温度场中的等温线按50-100℃划分；第三步，将压铸模在空间上分为基体部分、过渡层部分和模膛表面覆层，基体部分的体积占90-95％，用温度场中的等温线将过渡层部分分为2-6层；并分别作出压铸模基体部分的工程图，基体部分叠加一个过渡层时的工程图，基体部分叠加二个过渡层时的工程图……，基体部分叠加所有过渡层时的工程图；第四步，确定基体部分、过渡层部分和模膛表面覆层的材料基体部分采用普通的压铸模5CrNiMo钢或5CrMnMo钢；过渡层部分根据各层的工作温度变化幅度、具体温度区间、温度应力及机械应力的大小，确定各层材料应具备的弹性模量、热胀系数、传热系数、热容量、屈服应力等参数，按照从基体部分至模膛表面由低温至高温阶梯变化选用各个过渡层的相应温度工作区间的钢质材料(每一种钢质材料都有最适应的温度工作区间，根据过渡层部分的各层的工作温度区间选用相应的钢质材料，如H19最适应的温度工作区间为450-550℃)；所述的模膛表面覆层的材料为WC或TiC；基体部分、过渡层部分的各层和模膛表面覆层的材料各自均是均质材料；第五步，用常规方法加工制作压铸模基体部分；第六步，在压铸模基体部分上逐层叠加各过渡层，叠加方法为堆焊法，每叠加一层后均应符合相应工程图的形状和尺寸，得压铸模毛坯；第七步，对压铸模毛坯的型槽表面粗糙度处理，至达到粗糙度要求为止；第八步，对粗糙度处理后的压铸模毛坯进行模膛表面覆层处理，同时进行整体综合热处理，得产品。所述的第三步中的过渡层部分的分层数由模膛表面最高工作温度与基体部分工作温度间的差值确定，模膛表面最高工作温度与基体部分工作温度间温差越大，分层数越多。所述的第四步中的过渡层部分的各个过渡层的钢质材料为3Cr2W8V、W18Cr4V、H系钢质材料(如H13、H19、H21)、6W5Cr4V2钢或钢结硬质合金等。本专利技术采用压铸模由基体部分1、过渡层部分2和模膛表面覆层3组成，使每一层材料所承受的温度变化幅度大大减少(一般情况是压铸模分为几层，温度变化幅度就减少到几分之一)，因而每一层材料的热应力峰值也就大幅度减小。压铸模具有功能梯度材料性能，完全满足各种严酷工作条件对压铸模工作性能的苛刻要求，使压铸模使用寿命显著提高。本专利技术首先用现有的有限元专业软件对具体压铸模的工作过程进行仿真分析，求解其温度场、机械应力场、热应力场的分布情况及其变化规律和影响因素；其次根据对压铸模的仿真分析结果设计出合适的压铸模功能梯度材料组成；最后制造出的压铸模具有功能梯度材料性能，完全满足各种严酷工作条件对压铸模工作性能的苛刻要求，使压铸模使用寿命显著提高。有限元专业软件对具体压铸模的工作过程进行的仿真分析表明，压铸模在工作过程中的热应力峰值与机械应力峰值之比为8-10，造成压铸模损伤的主要原因是热应力，而机械应力造成的损伤很小。热应力的大小是由温度变化幅度决定的。由于本专利技术将压铸模在材料制备上分为4-8层(含基体部分、过渡层部分的各层、模膛表面覆层)，使每一层材料所承受的温度变化幅度大大减少(一般情况是压铸模分为几层，温度变化幅度就减少到几分之一)，因而每一层材料的热应力峰值也就大幅度减小。另外在各层材料的选定上确保各层材料在在工作过程中的热应力峰值与机械应力峰值的作用下均能处于完全的弹性状态。热应力的大幅降低及各层材料的选材适当，使用寿命大幅度提高便是必然的。用本专利技术的方法制造的压铸模，其制作成本与现有技术相当，但其使用寿命比现有压铸模有大幅度(十倍以上)提高。附图说明图1是本专利技术的压铸模的结构示意中1-基体部分，2-过渡层部分，3-模膛表面覆层。具体实施例方式如图1所示，一种压铸模，它主要由基体部分1、过渡层部分2和模膛表面覆层3组成，基体部分1的体积占90-95％，基体部分1采用普通的压铸模5CrNiMo钢或5CrMnMo钢；过渡层部分2位于基体部分1与模膛表面覆层3之间，过渡层部分2分为4层，第一过渡层的材料为H13，第二过渡层的材料为H19，第三过渡层的材料为6W5Cr4V2，第四过渡层的材料为钢结硬质合金；模膛表面覆层3的材料为WC或TiC；基体部分1、过渡层部分2和模膛表面覆层3的材料各自均是均质材料。上述一种压铸模的制备方法，包括如下步骤1、一个直径为100mm，高度为160mm，材料为45钢的压铸件；按现有技术设计出压铸工艺与压铸模具图。2、根据所设计的压铸工艺与模具图，用有限元专业软件对压铸成形过程进行仿真分析，根据压铸模的热平衡确定压铸工作节奏和压铸模平衡温度；再根据压铸工作节奏和压铸模平衡温度，用另一有限元软件对压铸模的温度场、机械应力场、热应力场及综合应力场进行仿真分析；温度场中的等温线按100℃划分。3、根据温度场和综合应力场将压铸模在空间上分为基体部分、过渡层部分和模膛表面覆层(如图1所示)，基体部分的体积占90-95％，并对过渡层部分进行分层。压铸模的预热温度通常为150-350℃，基体部分的工作温度不低于压铸模的预热温度，根据压铸模的平衡温度确定基体部分的工作温度，模拟分析结果是基体部分的工作温度是350℃，模膛表面最高工作温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压铸模，其特征在于：它主要由基体部分（１）、过渡层部分（２）和模膛表面覆层（３）组成，基体部分（１）的体积占９０－９５％，基体部分（１）采用普通的压铸模５ＣｒＮｉＭｏ钢或５ＣｒＭｎＭｏ钢；过渡层部分（２）位于基体部分（１）与模膛表面覆层（３）之间，过渡层部分分为２－６层，按照从基体部分至模膛表面由低温至高温阶梯变化选用各个过渡层的钢质材料；模膛表面覆层（３）的材料为ＷＣ或ＴｉＣ；基体部分（１）、过渡层部分（２）的各层和模膛表面覆层（３）的材料各自均是均质材料。

【技术特征摘要】
1.一种压铸模，其特征在于它主要由基体部分(1)、过渡层部分(2)和模膛表面覆层(3)组成，基体部分(1)的体积占90-95％，基体部分(1)采用普通的压铸模5CrNiMo钢或5CrMnMo钢；过渡层部分(2)位于基体部分(1)与模膛表面覆层(3)之间，过渡层部分分为2-6层，按照从基体部分至模膛表面由低温至高温阶梯变化选用各个过渡层的钢质材料；模膛表面覆层(3)的材料为WC或TiC；基体部分(1)、过渡层部分(2)的各层和模膛表面覆层(3)的材料各自均是均质材料。2.根据权利要求1所述的一种压铸模，其特征在于所述的过渡层部分(2)的各个过渡层的钢质材料为3Cr2W8V、W18Cr4V、H13、H19、H21、6W5Cr4V2钢或钢结硬质合金。3.根据权利要求1所述的一种压铸模，其特征在于所述的过渡层部分(2)分为4层，第一过渡层的材料为H13，第二过渡层的材料为H19，第三过渡层的材料为6W5Cr4V2，第四过渡层的材料为钢结硬质合金。4.如权利要求1所述的一种压铸模的制备方法，其特征在于包括如下步骤第一步，根据具体的铸件，按现有技术设计出压铸模工艺与模具图；第二步，根据第一步的设计结果，用有限元专业软件对压铸成形过程进行仿真分析，根据压铸模的热平衡确定压铸模平衡温度；用有限元软件对压铸模的温度场、机械应力场、热应力场及综合应力场进行仿真分析；第三步，将压铸模在空间上分为基体部分、过渡层部分和模膛表面覆层，基体部分的体积占90-95％，用温度场中的等温线将过渡层部分分为2-6层；并分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华昌，刘秀娟，盛志刚，陈永波，吴彦西，杨春，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]