冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点

冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点

李杨炉 刘浩

日照魏牌汽车有限公司 山东省日照市 276800

摘要：冲压模具常用金属材料热处理工艺，需要严格控制各个环节质量，保证金属材料性能的基础上，经过热处理后经过冲压处理成为设备零部件，促进设备抗磨损与耐压性能提升，延长设备使用寿命。但金属材料热处理过程中容易出现变形问题，变形严重时直接造成材料开裂，影响到材料质量，本文就此展开论述。

关键词：冲压模具；热处理工艺；技术控制

1、冷冲压模具常用金属材料

1.1碳素工具钢材料

在我国碳素工具钢的产量非常大，使用也非常广泛。这主要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；第三、切削加工性好，因为碳素工具钢硬度小，非常容易进行切削处理；第四、价格便宜，这是决定碳素工具钢得以广泛使用的根本原因。但同时，碳素工具钢也还存在许多不足之处，比如淬透性低，需额外通过水作为加工过程中的冷却剂，如此就会造成碳素工具钢发生更多的变形及断裂等问题。因为碳素工具钢具备的这些优缺点，它适用的模具一般都具有这样的特点：尺寸较小，受力不大，形状较为简单，且对形状的变行要求不是很高，用碳素工具钢制作这样的模具，可以节省大量资源，但对于那些大受力、形状复杂、形状变形要求高的模具用碳素工具钢并不适合。

1.2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、淬透性、耐磨性，高碳高铬模具钢因为本身不容易发生变形等特性，被看作是高耐磨及微变形模具钢，高碳高铬模具钢要比高速钢在承载能力方面稍低。高碳高铬模具钢的缺点是碳化物有比较严重的偏析问题，在实际冲压过程中必须对其反复进行改锻、镦拔，以逐步改善材料内碳化物的均匀水平，如此才会提升高碳高铬模具钢的使用性能。

1.3高速钢材料

目前使用的高速钢，多是通过添加钼系元素等方式锻造出来的，高速钢因而具有非常优秀的使用性能，优势最明显的地方就是热塑性及强韧性都非常高，也因此获得非常大的发展空间，在冷作模具高精度及大批量工业化生产中，占有非常重要的地位。

1.4超硬高速钢材料

基于超硬高速钢是对高速钢的一种变体，生产超硬高速钢的目的就是为了满足难切削材料的需要，通过一些特殊工艺的处理，进一步增加了冲压材料的硬度。但问题是，增加硬度的同时，也造成了一些问题，比如抗弯曲能力差、韧性差、加工困难。其主要原因是超硬高速钢为了提高自身的硬度，就不得不提高其碳含量，而当碳含量超过一定程度时，就难免会出现脆硬等问题，导致材料的柔韧性降低等材料缺陷。

1.5基体钢材料

因为高速钢和超硬高速钢本身存在的一些问题，实际工业上的解决办法就是通过添加少量的化学成分，在高速钢的基本成分中适当增减碳的含量，用来改善高速钢的冲压性能，我们把通过这种工艺生产的钢统一定义为基体钢。基体钢属于冷作模具钢中偏强韧性的一种，这种钢材料具备了高速钢和超硬高速钢的几乎所有优点，并且对基体钢的生产其成本也远低于高速钢。基体钢的发明，对于模具材料的发展有着非常重大的意义。

1.6硬质合金及钢结硬质合金材料

如果只从硬度和耐磨性两个方面考虑，硬质合金要比前述几种模具钢都高出很多，但如果只从抗弯强度和韧性两个方面考虑，硬质合金的性能就要差很多。对硬质合金进行改良的办法就是采用铁粉和少量合金粉末来做粘合剂，并且用碳化钨和碳化钛做硬质相，然后通过粉末冶金的加工方法烧结而成，成品即钢结硬质合金。由于钢结硬质合金的基体材料仍然还是钢材料，所以可对其进行焊接、切削、热处理和锻造等加工措施。

2、控制冲压模具金属材料热处理变形的具体措施

2.1预处理环节质量控制

利用正火处理金属材料构件后，可以显著提升材料均匀性与结构的完整性，将热处理产生的内应力降低到最小，避免后期出现材料变形，直接影响到设备正常使用。实际材料加工时，通过退火处理的方法减少材料热处理过程中可能的变形，达成优化热处理工艺效果，促进金属材料热处理工艺效果的提升。

2.2淬火环节的质量控制

金属材料热处理环节的核心内容就是淬火工艺及选择，直接影响到整个材料热处理的效果。如果淬火环节选择的淬火介质不合理，会造成实际淬火时材料内部应力出现异常性改变，进而影响到材料的结构与形状。材料热处理过程中，控制各个环节的质量，避免操作失误的出现，要求技术人员及时创新与革新。此外，材料淬火过程中要对冷却速度进行调整，保证淬火时材料变形量不会大幅度增加。同时，常用的淬火介质种类较多，主要包括水和油。如过淬火介质选择水油，水油温度处于（450-550）℃时，冷却速度为500℃/s。当水油温度降低到（250-350）℃时，冷却速度会降至280℃/s；选择淬火介质为盐水时，可以显著提升冷却速度，它的冷却速度为水油的2倍，依据金属材料合理控制淬火介质的温度，避免冷却过快出现变形。

2.3金属冷却方法的选择

冲压模具常用金属材料进行热处理时，要求加工人员依据金属材料属性选择合适的淬火方法，实际中主要有两种淬火方法，即单液与双液方法。双液淬火方法冷却速度显著，也是一种冷却速度较高的淬火介质，当选择这种方法进行冷却处理时。在金属材料溶液达到350℃后直接换入到另一种冷却速度较慢的淬火介质中，将金属材料温度降到常温位置。利用双液淬火方法可以实现精准控制冷却速度，避免出现冷却速度过快引发材料变形的问题。

2.4热处理其他注意事项

金属材料热处理时，不同的加热或冷却方式会产生不同的影响，意味着金属材料出现不同程度的形变。这就需要加工人员依据零部件加工实际情况，选择合适的装夹方式与工具，将热应力变形控制在合理范围内。同时，实际应用时要根据零部件特点调整装夹方式，提升金属材料热处理质量。

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：

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