一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法论文和设计-魏巍

全文摘要

本发明提供了一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，是利用4Cr5MoSiV1(H13)正火、回火、淬火、深冷、硫碳氮共渗等一系列处理工艺对铜球挤压用模具进行自润滑处理的方法。使模具内部硬度和强度高，在表面形成铁、钼、铬的碳化物及氮化物，同时形成钼、铁的硫化物。模具高硬度和高强度可以使模具变形小，形状稳定，表面的碳化物和氮化物具有高的硬度，在高强度高硬度基体的支撑下耐磨性能良好，而钼、铁的硫化物因具有层片状结构，具有良好的储油和润滑作用，挤压阻力减小，模具寿命提高。

主设计要求

1.一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于：具体包括以下步骤，步骤（1）.把钢毛坯经过锻造、正火、球化处理，加工成留有精加工余量的磷铜球挤压模具；步骤（2）.把留有精加工余量的模具加热到1020-1050℃，保温9-10h，在油或空气中冷却，或采用真空淬火，使硬度达到HRC52-55；步骤（3）.把步骤（2）得到的模具加热到560-580℃回火处理，保温9-10h，硬度HRC47-49；步骤（4）.把经回火的模具进行-196℃到-100℃深冷处理，处理时间1-20h；步骤（5）.把经深冷处理的模具进行精加工，达到要求；步骤（6）.把精加工的模具预热到560-580℃，保温3-4h；步骤（7）.把预热的模具出炉直接放入预先加热到560-580℃的硫碳氮共渗盐浴炉中进行硫碳氮共渗，共渗时间2-5h；步骤（8）.硫碳氮共渗完成出炉，放置到室温，在80℃以上热水中用超声波清洗，去除粘附在工件表面的硫碳氮共渗盐；步骤（9）.对清洗后的模具在140-150℃的机油中浸煮10-12h。

设计方案

1.一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于：具体包括以下步骤，

步骤（1）.把钢毛坯经过锻造、正火、球化处理，加工成留有精加工余量的磷铜球挤压模具；

步骤（2）.把留有精加工余量的模具加热到1020-1050℃，保温9-10h，在油或空气中冷却，或采用真空淬火，使硬度达到HRC52-55；

步骤（3）.把步骤（2）得到的模具加热到560-580℃回火处理，保温9-10h，硬度HRC47-49；

步骤（4）.把经回火的模具进行-196℃到-100℃深冷处理，处理时间1-20h；

步骤（5）.把经深冷处理的模具进行精加工，达到要求；

步骤（6）.把精加工的模具预热到560-580℃，保温3-4h；

步骤（7）.把预热的模具出炉直接放入预先加热到560-580℃的硫碳氮共渗盐浴炉中进行硫碳氮共渗，共渗时间2-5h；

步骤（8）.硫碳氮共渗完成出炉，放置到室温，在80℃以上热水中用超声波清洗，去除粘附在工件表面的硫碳氮共渗盐；

步骤（9）.对清洗后的模具在140-150℃的机油中浸煮10-12h。

2.根据权利要求1所述一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于：钢毛坯为4Cr5MoSiV1(H13)钢。

3.根据权利要求1所述一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于：步骤（2）中，模具加热到1020-1050℃，保温9-10h后，在 800-820℃保温9-10 h进行球化退火，然后进行所述的冷却。

4.根据权利要求1所述一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于：步骤（1）中，留有0.2-0.3mm精加工余量的铜球部位和装配部位的磷铜球挤压模具。

5.根据权利要求1所述一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，其特征在于： 挤压铜球的直径20-60mm。

设计说明书

技术领域

本发明属于材料技术邻域，具体涉及一种铜电镀阳极用磷铜球挤压模具的自润滑处理方法。

背景技术

一般生产印制线路板使用磷铜球或磷铜角作为的阳极，为了提高镀层的质量和减少电镀阳极泥，要求磷铜球的晶粒越小越好，因此，为了消除上引连铸铜杆的柱状晶组织，早期采用斜轧工艺，轧制后组织晶粒较大，近来采用预挤压轧制连铸铜杆和铜球半模挤压工艺，使磷铜球的组织达到微米级。目前挤压模具材料使用4Cr5MoSiV1(H13)模具钢或其它模具钢，采用常规的淬火加回火的热处理工艺。为了减少模具挤压阻力、提高磷铜球的园整度、延长模具寿命采用喷机油、石墨、二硫化钼、减摩涂层、粉末冶金复合层等进行润滑，一定程度上减小了挤压阻力，提高了球的园整度，不同的方法有其各自的特点，但润滑的效果不尽人意；近年来，随着自动化生产的进行，对模具寿命、挤压力的要求变得越来越高，并且在模具润滑关方面作了大量工作,如：申请号CN 201510644748.X，铜管拉拔模具润滑的结构和润滑方法；申请号CN 201410588603.8，微量润滑冷却系统及铜管拉拔时润滑冷却方法、申请号CN201520125686.7，自润滑模具、申请号CN201410355551.X，自润滑拉深模具、申请号CN201420411914.2，一种自润滑拉深模具、申请号CN 200810174650.2，一种新型自润滑凹模等，均采用在模具工作时供给润滑剂起到润滑作用，申请号CN 201710735974.8，高温仿生自润滑热作模具材料及其制备方法，通过合金粉冶金的方法在模具表面形成粉末冶金合金层，利用粉末冶金合金层结构中空隙储存润滑剂，在工作时析出起到润滑减摩作用，专利号CN201721189752.2 ，金属丝的冷拉丝工艺中的润滑粉涂覆装置是在金属丝的冷拉丝工艺中涂覆润滑粉润滑，申请号CN 201110161616.3，一种具有自润滑涂层的铁素体不锈钢冲压模具的制备方法、申请号CN 201110161619.7，一种具有自润滑涂层的镍基超耐热模具的制备方法、申请号CN 201110161617.8，一种具有自润滑涂层的镍基超耐热合金冲压模具，对模具进行前序处理，在硬度、强度满足要求的模具上分别涂覆过渡层FeCrAlY、层阻挡层TiN或者TaN和具有自润滑功能的BN作为工作层，申请号CN 201110148422.X，一种金属塑性成形模具织构化自润滑处理方法)是先对模具表面织构化微加工处理，再将自润滑材料与其进行复合处理，得到具有自润滑作用的涂层。专利号CN 201110150367.8，电弧喷涂制备具有自润滑功能的铁基模具)是通过电弧喷涂的方法制备具有自润滑功能的冲压模具壳体(表面)。

上述专利从生产工艺及方法上也做了大量的研究工作，取得了一定的效果，但这些工艺方法不同程度存在以下问题：

1.采用外润滑的方法，润滑剂是在润滑膜保持良好的情况下有较好的效果，润滑效果不稳定；

2.在模具上涂覆具有减磨作用的涂层，但涂层与模具基体之间的结合力较低，在使用过程中易脱落，模具的损伤增加，寿命较短，成本较高；

3.润滑效果差，是挤压力大；

4.润滑液(膏)中的添加物在挤压热的作用下挥发或分解，产生环境污染，对人的健康不利；

5.润滑机构复杂，操作程序增加。

因此，研发一种通过处理工艺改进，使模具本身具有自润滑的功能，延长模具寿命，减小挤压力成为该领域迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供了一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法。

本发明采用的技术方案如下：一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

步骤（1）.把钢毛坯（4Cr5MoSiV1(H13)）经过锻造、正火、球化处理、把毛坯加工成模具，得到不同图纸尺寸留有0.2-0.3mm精加工余量的磷铜球挤压模具；

步骤（2）.把模具加热到温度1020-1050℃，保温9-10h，在油或空气中冷淬火，或采用真空淬火，硬度HRC52-55；

步骤（3）.把经淬火的模具加热到560-580℃回火处理，保温9-10h，硬度HRC47-49；

步骤（4）.把经回火的模具进行深冷处理，处理温度-196到-100℃，处理时间1-10ｈ小时；

步骤（5）.把经深冷处理的模具进行精加工，使其达到图纸要求的挤压磷铜球直径；

步骤（6）.把精加工的模具预热到560-580℃，保温2-3h；

步骤（7）.把预热的模具出炉直配放入事先加热到560-580℃的液体硫碳氮共渗炉中进行硫碳氮共渗，共渗时间5-6h；

步骤（8）.硫碳氮共渗完成出炉，放置到室温，在80℃以上热水中用超声波清洗，去除粘附在工件表面的硫碳氮共渗盐；

步骤（9）.对清洗后的模具在140-150℃的机油中浸煮10-11h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明利用4Cr5MoSiV1(H13)通过锻造、正火、球化处理、把毛坯加工成留有精加工余量的模具、及淬火、回火得到高硬度高强度的模具；通过步骤（5）的深冷处理，进一步消除组织中的残余奥氏体，使组织变得更加稳定，使用过程中变形小，处理温度-196到-100℃，深冷时间1-10ｈ，再通过步骤（6）-（9）对模具精加工和硫碳氮共渗（应用到挤压模具制造）在模具表面形成高硬度层和自润滑层；本发明通过上述的正火、回火、淬火、深冷、硫碳氮共渗等一系列处理工艺对铜球挤压用模具进行自润滑处理，使模具内部硬度和强度高，在表面形成铁、钼、铬的碳化物及氮化物，同时形成钼、铁的硫化物，模具高硬度和高强度使模具变形小，形状稳定，表面的碳化物和氮化物具有高的硬度，在高强度高硬度基体的支撑下耐磨性能良好，而钼、铁的硫化物因具有层片状结构，具有良好的储油和润滑作用，挤压阻力减小，模具寿命提高。

2.本发明模具经处理得到的自润滑层与模具是一个整体，硬度、强度高，不易疲劳剥落和撕裂。

3.本发明磷铜球挤压模具通过硫碳氮共渗处理，形成自润滑层工艺简单，经浸油处理，机油渗入到模具表面的化合物中，进一步提高模具表面的自润滑性能。

4.本发明模具经深冷处理组织稳定，使用过程中不会因力的作用使组织变化，减少了组织变化引起的模具变形及损坏。

5.本发明在不改变原模具结构的情况下，可以同时利用原润滑系统，润滑工艺简单，大幅度降低摩擦阻力，使铜球的圆整度提高。

6.本发明总体成本低，挤压过程噪音降低。

具体实施方式

实施例1

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1020℃保温 9h高温正火，800℃保温9 h进行球化退火，冷却到500℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.20mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1020℃，保温 9h，采用真空淬火，模具硬度达到HRC52。

4）把经淬火的模具加热到560℃回火处理，保温9h，硬度HRC48。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-196℃，深冷1ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到560℃，保温2h，放入560℃的液体硫碳氮共渗炉中进行处理，保温5h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在140℃的机油中浸油10h。

直径60mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用20天提高到59天。

挤压磷铜球直径差由2mm减小到1mm，挤压缝由1.3mm减小到0.6mm。

实施例2

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1050℃保温10h高温正火，820℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3 mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1050℃，保温 10h，在空气中冷却，或采用真空淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温10h，硬度HRC49。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-180℃，深冷2.5ｈ处理，硬度HRC52。

7）模具加热到580℃，保温2h后放入580℃的液体硫碳氮共渗炉中进行处理，保温6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在150℃的机油中浸油12h。

使用直径50mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用24天提高到60天；挤压磷铜球直径差由3mm减小到1.5mm，挤压缝由1.3mm减小到0.6mm。

实施例3

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1050℃<\/u>℃保温 10h高温正火， 810℃保温10 h进行球化退火，冷却到500℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3 mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1030℃，保温 9h，在油中冷却，模具硬度达到HRC58。

4）把经淬火的模具加热到570℃回火处理，保温9h，硬度HRC48。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-170℃，深冷4ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到580℃，保温2h后放入580℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温5-6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在140℃的机油中浸油11h。

使用直径55mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用25天提高到60天；挤压磷铜球直径差由3.5mm减小到1.5，挤压缝由1.3mm减小到0.6mm。

实施例4

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1040℃保温10h高温正火，810℃保温9 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1040℃，保温10h，采用真空淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到570℃回火处理，保温10h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-160℃，深冷10ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到570℃，保温2h后放入560℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温5-6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在140℃的机油中浸油10h。

使用直径45mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用24天提高到58天；挤压磷铜球直径差由3.5mm减小到1.5mm，挤压缝由1.2mm减小到0.6mm。

实施例5

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1050<\/u>℃保温10h高温正火，810℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1050℃，保温 9h，采用真空淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温10h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-150℃，深冷5ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到580℃，保温2h后放入570℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温6h，出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在150℃的机油中浸油10h。

使用直径40mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用28天提高到60天；挤压磷铜球直径差由2mm减小到1.0mm，挤压缝由1.3mm减小到0.6mm。

实施例6

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1040℃保温 10h高温正火， 810℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.2mm的加工余量，

3）把模具加热到温度1020℃，保温 10h，采用真空淬火，模具硬度达到HRC57。

4)把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温9-10h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-150℃，深冷5.5ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到560℃，保温2h后放入560℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在150℃的机油中浸油11h。

使用直径35mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用30天提高到70天；挤压磷铜球直径差由2m减小到2.0mm，挤压缝由1.2mm减小到0.5mm。

实施例7

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1050℃<\/u>保温10h高温正火，820℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.2mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1050℃，保温 10h，采用油冷淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温10h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-140℃，深冷7ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到580℃，保温2h后放入570℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在140℃的机油中浸油10h。

使用直径30mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用30天提高到65天；挤压磷铜球直径差由1.5mm减小到0.7mm，挤压缝由1.1mm减小到0.6mm。

实施例8

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1040℃保温10h高温正火，820℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1040℃，保温 10h，或采用真空淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温9h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-130℃，深冷6ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到580℃，保温2h后放入560℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在140℃的机油中浸油10h。

使用直径20mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用30天提高到72天；挤压磷铜球直径差由1.5mm减小到0.8mm缝由1.2mm减小到0.6mm。

实施例9

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、1030℃保温 10h高温正火，810℃保温10 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.3mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1040℃，保温 10h，采用风冷淬火，模具硬度达到HRC57。

4）把经淬火的模具加热到570℃回火处理，保温10h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-120℃，深冷9ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到570℃，保温2h后放入580℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温5h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在150℃的机油中浸油10h。

使用直径25mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用28天提高到68天；挤压磷铜球直径差由1.5mm减小到1.0，挤压缝由1.3mm减小到0.4mm。

实施例10

一种自润滑磷铜球挤压模具的处理方法，具体包括以下步骤，

1）将4Cr5MoSiV1(H13)模具钢进行锻造、050℃保温9-10h高温正火，820℃保温9 h进行球化退火，冷却到510℃出炉空冷。

2）把毛坯加工成模具，同时在配合面和挤压球面留下0.2 mm的加工余量。

3）把模具加热到温度1050℃，保温<\/u>10h，采用油冷淬火，模具硬度达到HRC57。<\/u>

4）把经淬火的模具加热到580℃回火处理，保温9h，硬度HRC47。

5）模具精加工，达到图纸要求。

6）模具经-110℃，深冷8ｈ处理，硬度HRC50。

7）模具加热到570℃，保温2h后放入570℃的液体硫碳氮共渗炉中处理，保温5-6h出炉后放置到室温。

8）把放置到室温的模具在80℃以上热水中用超声波清洗。

9）模具在150℃的机油中浸油10h。

使用直径30mm的磷铜球模具平均使用寿命由原来24h生产使用20天提高到70天；挤压磷铜球直径差由2.mm减小到1.0m，挤压缝由1.1mm减小到0.5mm。

设计图