关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究

关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究

许立王磊曹永生

（陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司陕西西安710201）

摘要：国家制造业的水平会由模具技术水平高低展现。冷冲压模具具备良好的耐磨性、强韧性等特点，其中热处理工艺是模具制造的关键工序，热处理工艺可以增强模具材料的表面或内部的显微组织结构来控制其性能。对冷冲压模具常用金属材料及其热处理工艺进行分析，以其增强冲压模具的使用效果。

关键词：冲压模具；热处理工艺；金属材料

模具作为高新技术产业中的重要组成部分，也是工业、制造业生产过程中使用的基础装备。利用模具进行产品的生产，可以提升产品的生产效率。模具技术具备较强的综合性，包含工艺装备技术、材料技术等，也作为冶金、计算机、热处理等共同打造的系统性工程。使用冲压模具结合热处理工艺，可以提升金属材料的加工效率和模具的使用寿命。

1冲压模具材料选择办法及类型

1.1冲压模具材料选择办法

在对冲压模具材料进行选择的过程中，需要将加工工件的数量首先进行考虑，若数量较少，就可以不选用寿命更长的模具材料，用于节省生产成本。其次，要了解冷冲压工件的加工材料实际材质，不同的材质将会具备不同的冲压性能，因此需要选择合理的模具材料。

1.2冲压模具材料类型

1.2.1碳素工具钢材料

我国碳素工具钢产量大，使用广泛。这是因为碳素工具钢具备一些显而易见的优点：第一，可锻性好，方便锻造成所需的形状；第二、退火易软化，退火之后迅速软化，便于下一步的加工流程。

1.2.2高碳高铬模具钢材料

与碳素工具钢相比，高碳高铬模具钢表现出了更好的淬硬性、耐磨性。高碳高铬模具钢因为本身的特性而不容易发生变形等情况，被看作是高耐磨及微变形模具钢。

2冲压模具常用的金属材料及热处理

在对模具所用材料进行分类时，需要将模具的使用条件作为基础，其中包含塑料模具钢、热作模具钢与冷作模具钢。在本文中主要分析冲压模具钢材料及热处理，冲压模具的材料需要具备良好的抗咬合性、抗变形性等特点，因此也对模具材料提出了较高的要求。在工业进行生产的过程中，模具制造会花费较高的生产成本，尤其是塑料模、冷冲模等，会对加工提出更高的要求。在对模具材料进行深度、高效的加工时，通常都会使用热处理工艺。使用热处理工艺，可以对模具自身的使用性能进行有效改善，还可以延长模具的使用寿命，减少制造成本。例如经常会使用高温、降温淬火工艺，在对各种金属材料进行热加工的过程中，还会使用超过一半淬火温度的方式对部分模具材料进行处理。另一种方式为降温的淬火方式，采用这两种处理办法可以将模具金属材料内部的碳化物含量减少，还可以将材料的形态与性能进行有效改善。

2.1我国常用的冲压模具金属材料与热处理工艺

一直以来，我国常用的冲压模具金属材料包含长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A（碳素工具钢）、CrWMn、与9Mn2V（高碳低合金）、Cr12和Cr12MoV（高碳高铬金属）等。接下来将对这几种金属材料与热处理工艺进行分析。

2.1.1金属材料及热处理工艺

金属材料的强度与韧性良好，但耐磨性较低，经过淬火加工后容易出现变形与开裂现象，具备较低的淬透性，可以将金属用于加工形状较为简单、尺寸小、数量少的冲压模具[1]。使用750℃~800℃水或抽淬工艺进行加工，回火温度使用150℃~170℃，硬度保持在60HRC~63HRC范围内。

2.1.2高碳低合金钢材料及热处理工艺

对高碳低合金钢进行热处理时，淬火的温度要控制在820℃~840℃之间，回火的温度200℃，硬度在60HRC~62HRC范围内。进行热处理时，可以采用780℃~820℃的淬火温度，回火温度控制在150℃~200℃之间，空冷之后硬度可以保持在60HRC~62HRC之间。

2.1.3高碳高铬钢材料与热处理工艺

高碳高铬钢材料具备良好的耐磨性，在淬火加工时不会轻易出现变形，淬透性较高，可以将其应用在大批量的模具生产中，例如硅钢片冲裁模。但这种材料内部的碳化物含量不均匀，在加工时容易出现偏析现象，在冲压时也会发生崩刃或断裂情况[2]。

2.2冷冲压模具中使用的新金属材料与热处理工艺

尽管传统的冲压模具金属材料具备较多优点，但其中还存在较多不足，因此新型金属材料应运而生，接下来将对几种新型材料与热处理工艺进行分析。

2.2.1Cr12Mo1V1材料及热处理工艺

Cr12Mo1V1材料下文简称为D2，这种材料仿制了美国的ASTM标准，可以将其划分为高碳高铬钢类型的材料。对这种材料使用深冷处理办法，可以将材料的硬度与尺寸稳定性进行有效改善[3]。使用D2材料制作的模具使用寿命更长。但Cr12Mo1V1比高碳高铬钢材料的锻造性能与热塑性能稍低，可以使类似高碳高铬钢材料的机械加工性能与热处理工艺对Cr12Mo1V1进行处理。

2.2.2Cr6WV材料及热处理工艺

Cr6WV属于高碳高铬钢，其耐磨性更高，不容易出现变形，相比于高碳高铬钢Cr6WV内部的碳与铬含量都更低，碳化物的分布状态较为均匀，具备较强的淬透性。对比高碳高铬钢，Cr6WV的抗弯强度与冲击韧性更高，但比高碳高铬钢的耐磨性稍低[4]。可以将这种材料使用在具备较高冲击力、高硬度的冲压模具中。Cr6WV进行热处理时，淬火温度要控制在950℃~1000℃，之间，可以使用热油或硝盐以分级的方式进行淬火冷却处理，若部件的尺寸较小可以使用空冷。在淬火处理完成之后要立刻进行回火，温度为160℃~210℃之间，硬度为59HRC~63HRC。

2.2.3Cr4W2MoV材料及热处理工艺

Cr4W2MoV材料为耐磨性更高、变形程度更小的高碳中铬钢种类，其研制的目的就是替代高碳高铬钢材料。Cr4W2MoV内部的碳化物均匀性高，耐磨性超过高碳高铬钢，可以将其用作为形状较复杂、尺寸精确度要求较高的冲压模具制作中，例如硅钢片冲裁模[5]。Cr4W2MoV进行热处理时，若强度与韧性的要求较高，需要使用低温淬火与回火的办法，淬火温度为960℃~980℃，回火温度为280℃~320℃，硬度60HRC~62HRC。若对硬性与耐磨性提出较高的要求，需要使用高温淬火与回火加工工艺，淬火温度控制在1020℃~1040℃，回火温度控制为500℃~540℃，硬度60HRC~62HRC。

结语：我国的工业化生产水平不断提升，生产的规模不断增加，从而使生产成本获得降低。无论是大规模、大批量的生产，还是个性化的定制生产，模具发挥的作用举足轻重。人们物质生活水平的不断提升，各类用途的模具不断出现在人们的视野中，受到了人们的广泛关注。目前工业面临的主要问题就是模具制造与模具的改良，也是促进多种技术发展的重要基础。因此在冷冲压模具、常用金属材料与热处理工艺，还需要不断地研究与实践，才能促进我国模具技术不断提升，使制造业获得持续、稳定发展。

参考文献：

[1]张云,黎军顽,李爽,冯全忠,周路海,吴晓春.模具热导率对热冲压成形工艺影响的数值研究[J].材料热处理学报,2015,36(S2):234-241.

[2]刘道春.智能化激活高端冲压模具市场迎来黄金期[J].特钢技术,2014,20(04):8-14.

[3]任扬.覆盖件冲压模具热处理技术浅析[J].锻压装备与制造技术,2018,53(04):61-64.

[4]朱延勇,陈晓晖.40Cr汽车冲压模具热处理工艺研究[J].焦作大学学报,2018,32(03):58-61.

[5]陈雪岩,余小鲁.影响冲压模具寿命的因素及提高模具寿命的措施研究[J].赤峰学院学报(自然科学版),2017,33(15):35-37.