冲裁模具热处理工艺探究

冲裁模具热处理工艺探究

胡昆

淮南舜立机械有限责任公司

摘 要：大批量的型材下料采用冲裁方式更加快捷方便，冲压件的质量、生产效率生产成本等方面与模具设计和制造有直接关系。因此模具设计与制造水平在很大程度上决定着产品的质量、效益。本文以冲裁模具中易损件刀片为例阐述了常用材料的热处理性能，并详细分析了碳素工具钢热处理工艺，为提高冲裁模具刀片的使用性能、使用寿命，降低模具的制造成本提供参考。

关键词：冲裁模具；模具刀片；碳素工具钢T10；热处理；寿命

0引言

制造业的不断发展使冲压产品在机械设备中占的比重越来越大，随着冲压产品精度及表面质量的要求不断提高，冲压模具需要有更高的冲压精度、冲压效率、使用稳定性及使用寿命。目前我公司生产的小型刮板机中部槽批量较大，槽帮钢主要采用冲裁模具下料，在使用过程中模具刀片较易损坏，不仅造成产品质量问题，因更换刀片带来的生产停顿，大大影响生产工期。

1．冲裁模具刀片使用中存在的问题及材料分析

1.1刀片材料分析

工具钢对钢材的纯度要求较高，S、P 含量一般严格限制在 0.02%~0.03%以下，属于优质钢或高级优质钢，主要用于制造各种加工工具的钢种。

工具钢在使用性能和工艺性能上也有许多共同的要求。如高硬度、高耐磨性，刃具若没有足够的硬度便不能进行切削加工；刃具、模具在应力的作用下，其形状和尺寸都会发生变化而使成形零件的形状和尺寸不符合设计要求；工具钢若没有良好的耐磨性会使其使用寿命大为下降，并且使加工或成形的零件精度的稳定性降低。

当然不同用途的工具钢也有各自的特殊性能要求。例如，刃具钢除要求高硬度、高耐磨性外，还要求红硬性及一定的强度和韧性；冷作模具钢在要求高硬度、高耐磨性的同时，还要求有较高的强度和一定的韧性；热作模具钢则要求高的韧性和耐热疲劳性及一定的硬度和耐磨性；对于量具钢，在要求高硬度、高耐磨性的基础上，还要求高的尺寸稳定性。

1.2刀片使用中存在的问题

工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类，其中碳素工具钢用途广泛。我公司制作冲裁模具刀片材质选用常用的碳素工具钢。

T10韧性尚可，耐磨、较硬、应用较广，适用于各种中小生产批量的模具和抗冲击载荷的模具。

热处理采用常规的淬火工艺，淬后硬度60~62HRC，在使用过程中容易出现早期断裂，使模具使用寿命降低。

碳素量具刃具用钢的淬透性低、红硬性差、耐磨性不够高。当工具断面尺寸大于 15mm 时，水淬后只有工件表面层有高硬度，故不能做形状复杂、尺寸较大的刃具；当工作温度超过 250℃时，硬度和耐磨性迅速下降而使刃具失去正常工作的能力；碳素量具刃具用钢由于不含合金元素，淬火及回火后的碳化物属于渗碳体型，硬度虽然可达 62HRC，但耐磨性不足。所以碳素量具刃具用钢只能用来制造小型量具刃具，用作刃具时，常用来加工切削量小、切削速度较低或硬度低的软金属或非金属软材料。

2．冲载模具刀片热处理工艺分析

碳素量具刃具钢在热处理时，由于要考虑获得马氏体组织，通常都在强烈的淬火介质（如水、盐水、碱水等）中冷却，因而淬火时产生的应力大，容易引起较大的变形甚至开裂，故而淬火后应及时回火；同时，碳素量具刃具用钢在热处理加热过程中，特别是球化退火的加热，还容易发生石墨化和脱碳，这都将使碳素刃具钢的性能恶化。

2.1完全淬火工艺（附图）

常规热处理工艺是将亚共析钢加热到AC3点以上温度保温一段时间后，以大于临界冷却速度急速冷却，得到马氏体组织，再经380℃回火处理，这样提高材料强度、硬度及耐磨性，但抗冲击韧性较差，经测得冲击韧度值ak=45 J/cm2。造成刀片在使用过程中，刀口部出现裂纹而造成材料浪费，试采用各种冷却介质效果甚微。

2.2亚温区域淬火（附图）

大多数工具钢是亚共析钢或莱氏体钢，淬火加热时处于奥氏体与碳化物共存的状态，淬火后末溶碳化物保留在本体中。碳化物硬而脆，如果呈细小、圆粒，均匀状态，则有利于提向工具的耐磨性，其本身脆件的影响则降低到最小提度，而且有利于阻碍加热时奥氏体晶粒的长大，使淬火后基体件能得到改善。反之，若碳化物呈粗大、网状和不均匀分布，碳化物脆性的个例影响就很明显，碳化物的不均匀性也会导致淬火后基体中成分的不均匀性，这两种因素都会显著降低工具钢的强韧性。因此，碳化物形态各分布的控制，在工具钢热处理和热加上环节中均应予以重视。

现提出新热处理工艺将亚共析钢加热到AC3点以上，获得单相奥氏体后，降温进入临界区则铁素体沿奥氏体晶界析出，或在奥氏体内成堆析出，然后用水、油二种介质冷却。得到少量游离铁素体、马氏体、弥散分布的细小残余奥氏体。磷等有害杂质集中在铁素体晶粒内，残余奥氏体使裂纹的扩展变得困难，均会使钢的脆性降低。然后经360℃保温回火处理，使淬火后不稳定组织转变为较稳定组织，提高塑性及韧性，减少或消除工件中残余的内应力等，从而可提高钢的缺口韧性，并通过冲击实验测得冲击韧度值提高近

1倍ak=87 J/cm2。

3．结论

冲裁模具生产制造过程中的应用，冲模材料通过有效的热处理后，得到良好的内部组织，能使钢材的性能和利用达到提高工具质量延长使用寿命的目的，极大的促进了冲裁模具行业的发展。

参考文献：

[1]戚正风。金属热处理原理。北京机械工业出版社。1987

[2]李志章。钢的性能和热处理。浙江。浙江大学出版社。1988

[3] 戈晓岚。洪琢。机械工程材料。中国林业出版。2006

[4] 刘鸣放，刘胜新。金属材料力学性能手册。机械工业出版社。2011

作者简介：

胡昆  1979年  女  汉族  安徽淮南  工程师 

2001年至今淮南舜立机械有限责任公司从事技术管理工作。