一种活塞锻造模具的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模具加工技术领域，更具体地说，涉及一种活塞锻造模具的加工方法。
【背景技术】
[0002]活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部也是燃烧室的组成部分。
[0003]钢质活塞的关键点在于锻造技术，而锻造技术的核心在于锻造模具，锻造模具的精度以及使用寿命都影响到活塞的质量;活塞模具的精度越高，相应的锻造出来的活塞的精度越高;通过不同的加工工序可以减轻模具的磨损量，进而提高使用寿命，但目前的活塞模具多是H13钢，使用寿命大多在3000次锻打范围内，模具在工作中承受着很大的压力和冲击载荷作用，而且冲击频率很高，模腔和高温金属接触，还要经受反复的加热和冷却，在时冷时热状态下，容易使模具的工作表面产生热疲劳裂纹，另外炽热金属被强制变形时，与模具型腔表面摩擦，模具极易磨损并且硬度极低，导致使用寿命难以提高，因此，如何提高加工精度、如何延长活塞模具的使用寿命是行业内的一大难题。
[0004]众所周知，活塞模具的型腔较深，一般为90mm，宽度较小，即便是在数控机床上，也很难保证加工精度，当刀杆较长时势必会产生较大的震动，难以进行深腔加工。现有技术中存在使用电火花加工技术进行模具加工的，但如果使用电火花技术加工活塞模具，由于加工面积大，型腔深，仍然存在以下问题:I)型腔较深，电火花加工时难以保证精度;2)电极磨损较大，需要不断的更换电极，加工成本较大;3)在更换电极过程中难以保证电极的位置不发生变化，导致误差累积，造成模具精度较差。
[0005]经过检索发现，现有技术中存在关于活塞模具的相关技术方案，如中国专利号:ZL200620071292.9，授权公告日:2007年6月6日，发明创造名称为:一种钢质活塞精密锻造模具，该申请案公开了一种钢质活塞精密锻造模具，包括终锻上模和终锻下模以及预锻上模和预锻下模，是两套相对独立的模具，在终锻下模、预锻下模的模具腔的内部设有排气孔，在终锻下模和预锻下模的上端模具腔的边沿处设有阻力沟，终锻上模、终锻下模以及预锻上模、预锻下模的外形都设计成圆柱形状，采用H13材料，热处理程度范围HRC42-46。该专利方案只给出了活塞模具，并没有公开具体如何进行模具加工，对于本领域技术人员来说并没有解决上面提到的技术问题。
【发明内容】
[0006]1.发明要解决的技术问题
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中活塞模具使用寿命短、不易加工的不足，提供了一种活塞锻造模具的加工方法，本发明的技术方案，通过对模具材料和加工工艺的改进，提高了模具的加工精度，减轻了模具的疲劳、裂纹现象，延长了模具的使用寿命。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0010]本发明的一种活塞锻造模具的加工方法，其加工步骤为:
[0011 ]步骤1、原料准备，使用圆棒毛坯准备锻打；
[0012]步骤2、对材料进行三墩三拔的锻打处理，圆棒毛坯与锻打后毛坯的锻造比为3.8
?4;
[0013]步骤3、对锻造毛坯在580?600°C进行退火处理，炉冷24h;
[0014]步骤4、采用数控机床加工模具外表面尺寸，留Imm余量;加工活塞型腔深度至要求尺寸的0.65?0.72位置处，侧壁留Imm余量;对机加工后的模具毛还进行电火花加工，通过四次电火花加工到要求尺寸；
[0015]步骤5、对步骤4加工后的工件进行热处理，该热处理包括一次淬火和三次回火；
[0016]步骤6、对热处理后的工件进行精加工和磨削处理，然后进行第四次回火。
[0017]作为本发明更进一步的改进，步骤I中所述圆棒毛坯的组分按重量百分比计为:C:0.40?0.43%，S1:1.00?1.14%，Mn:0.38?0.45%，S: <0.010%,P: < 0.030% ,Cr:5.00—5.30%，N1:0.070?0.120%，Cu:0.010?0.035%，Mo:1.10?I.35%，其余量为Fe。
[0018]作为本发明更进一步的改进，步骤2中三墩三拔的加工过程为:将毛坯加热到1080?1140°C °C进行第一次墩粗、拔长锻打;然后将毛坯加热到810?910°C，进行第二次墩粗、拔长锻打;二次锻打后把工件加热到850?900°C，进行第三次墩粗、拔长锻打。
[0019]作为本发明更进一步的改进，步骤4中电火花加工过程为:制作活塞形状的电极，该电极与模具型腔相互配合；第一次加工后留4?5mm深度余量；第二次加工后留0.4?0.5mm深度余量，第三次加工后留0.2?0.3mm深度和侧壁余量;第四次加工到要求尺寸，在每次电火花加工前都进行三坐标定位。
[0020]作为本发明更进一步的改进，步骤5中淬火处理为:淬火温度为1020?1050°C，保温2h后进行油冷，检测HRC硬度达57?58。
[0021]作为本发明更进一步的改进，步骤6中精加工后模具上部的倒角为圆弧角，圆弧角的半径为3?4mm。
[0022]作为本发明更进一步的改进，所述的三次回火过程为:第一次回火时温度为580?6000C，保温3小时后空冷，检测HRC硬度达53?54;第二次回火时温度为580?600°C，保温3h后空冷，检测HRC硬度达47?48;第三次回火时温度为580?590°C，保温3h后空冷，检测HRC硬度达46?47。
[0023]作为本发明更进一步的改进，第四次回火温度为580?590°C，保温2h后空冷，去除切削应力，检测HRC硬度达46?47。
[0024]作为本发明更进一步的改进，所述Cr与Mo的含量之和为6.2?6.5 %，所述Cu与Ni的含量之和不大于0.14%。
[0025]作为本发明更进一步的改进，所述圆棒毛坯的组分按重量百分比计为:C:0.41%，S1:1.08%，Mn:0.42% ,S: <0.010%,P: < 0.015% ,Cr:5.2% ,Ni: 0.08% ,Cu:0.010% ,Mo:1.25%，余量为Fe。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0028](I)本发明的一种活塞锻造模具的加工方法，采用三墩三拔锻打工艺，能够更大程度上打碎钢中的碳化物和消除其方向性，从而满足锻件的抗冲击性能以及硬度、耐磨性的需要。棒材毛坯与锻打的成型毛坯的锻造比为3.8?4，易于使材料内部的组织均匀化；
[0029](2)本发明的一种活塞锻造模具的加工方法，经多次反复回火，残余奥氏体减少，不仅使工件性能稳定，同时在每次加热过程中将上一次转变成的马氏体又进行了回火，通过多次回火的配合作用，最终使工件的硬度逐步降低到HRC 46?47;第四次回火能够消除精加工过程中形成的切削应力，而且保温时间仅为两小时，在消除应力的同时，对模具的硬度不会有影响；
[0030](3)本发明的一种活塞锻造模具的加工方法，在加工模具时先采用数控机加工，使模具外表面成形，同时对型腔进行加工，加工活塞型腔深度至要求尺寸的0.65?0.72位置处，至该处的加工深度为62mm左右，在数控机床上能够保证加工精度;然后把机加工后的模具进行电火花加工，以此克服型腔较深难以加工的问题；而且采用机加工与电火花加工相结合的加工方式减少了电极的消耗，提高了加工效率；
[0031](4)本发明的一种活塞锻造模具的加工方法，采用石墨电极进行加工，损耗较小，而且采用4次电火花加工工序，每次的加工量逐渐递减，能够有效提高型腔内部表面的光洁度，克服了石墨电极加工时表面粗糙的问题。
【附图说明】
[0032]图1为石墨电极的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0034]实施例1
[0035]结合图1，本实施例的一种活塞锻造模具的加工方法，其加工步骤为:
[0036]步骤1、原料准备，使用圆棒毛坯准备锻打；圆棒毛坯的组分按重量百分比计为:C:0.43% ,Si:1.10% ,Mn:0.42% ,S: < 0.010% ,P: < 0.015% ,Cr:5.0% ,Ni:0.08% ,Cu:0.010%，Mo:1.25%，余量为Fe。
[0037]步骤2、对材料进行三墩三拔的锻打处理，圆棒毛坯与锻打成型后毛坯的锻造比为3.8；
[0038]其具体锻打过程为:将毛坯加热到1090°C进行第一次墩粗、拔长锻打，锻造比为1.7，该锻造比为经过一次墩粗、拔长加工后的高度比；然后将毛坯加热到860°C，进行第二次墩粗、拔长锻打，锻造比为1.6; 二次锻打后把工件加热到860°C，进行第三次锻墩粗、拔长锻打，锻造比为1.4;经过第三次锻打后工件基本锻造完成。
[0039 ] 步骤3、对锻造毛坯在580 0C进行退火处理，炉冷24h。
[0040]步骤4、