钢冷冲模具

1.【作者】：金曼曼 李和平 【题名）：冷冲模导向装置结构设计及制造【期刊】：《煤矿机械》 2007年09期【年、卷、期、起止页码】：2007年09期【全文链接】：http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-MKJX200709048.htm

摘要 模具作为昂贵的机械加工装备，如何减少损耗，延长其使用寿命，成为技术人员普遍面临的课题。本文就热处理对模具的影响提出一些个人看法，仅供大家参考。关键词 模具 失效 热处理一、模具失效的形式、原因及对策http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/1646051apfujse1wlr11oo.jpg二、热处理对模具失效的影响因素 由于模具是在极其恶劣的条件下服役，故模具要有足够的强度、韧性、抗摩擦性及咬合性能等。而上述性能的获得除与原材料、工作状况有关外，更重要的是通过热处理工艺改变金属组织及含量、结构、最大限度地提高模具的综合性能。而热处理又是依加热----保温---冷却三大隐蔽过程完成的。故影响质量的因素复杂。1预处理 即模具毛胚的退火，调质及应力处理等。其目的在于消除金属残存的组织缺陷、应力等，形成有利于热处理及淬火的良好条件。该工艺温度、时间、及冷却工艺的正确与否，都对模具失效及质量做出反应。例： T8A钢制冲头 经碳化物微细化预处理后再加低温淬火+回火，可以减少冲头崩裂，使模具提高寿命10倍。 Cr12MoV钢冷冲模 经高温奥氏体化退火+等温退火的预处理后，不但细化晶粒，消除碳化物不均匀性，并使模具服役寿命提高1倍。 9SiCr钢滚丝模 按常规处理，其晶粒度为8—9级，后经超细化预热处理可以达13~14级，抗弯强度及断裂强度分别提高30%和40%。可有效地防止早期失效，寿命可提高1倍。2、淬火 由于加热温度较高，稍有不慎，即会发现晶粒粗大、氧化脱碳、强度、钢性不佳等。淬火中的快速冷却会形成应力隐患，导致模具在服役中早期失效。例： 4Cr5MoSiV钢制铝合金压铸模，在使用2000余次时发生疲劳开裂，经检测发现模具表面强度为HRC40~44。心部为HRC43~44，且裂纹处有0.1mm的贫碳区，呈粗针马氏体，故判为淬火温度过高，保护不良，表面脱碳所为。 反之，淬火温度过低，易出现网状铁素体，形成沿铁素体的脆性断裂，如铬钢冲头在服役中断裂，镜分析呈马氏+铁素体组织，即加热不足所为。3.回火 回火在于消除因力，获得合理的硬度，均匀而正确的金相组织，而应力消除程度又与温度、时间成正比关系。见图1：下图2所示拉深零件，由于工作条件恶劣。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/164804l2t9ie4iv6v9p4i8.jpg 原为Cr12MoV钢经淬火+回火常规热处理，温度要求HRC57，仅能拉深1000件即早期失效，后改为T10A钢采用淬火+中温回火后硬度为HRC55。平均寿命达4000件，而后又改为380~400℃回火，使其硬度在HRC48，则寿命可达6000~8000件。而Cr12MoV钢制冲头，冲厚2.5mm的钢板，常规淬火+210℃回火硬度降至HRC58~62，寿命仅有1000件，后采用中温410℃回火，硬度降至HRC57~59。不但克服了模具的早期失效，且冲件达到10000件，寿命提高10倍。 由此可见，回火温度和所获硬度对寿命有巨大影响，而且对应力的消除程度、变形等作出反映。4.软点 淬火加热中，因温度不均匀、保护不良、严重氧化或冷却介质中的污染等，均可造成硬度不均，而使模具强度受损，在模具使用中将出现塌角、变形、掉块等弊病，这对冷镦模、剪切模和中模尤为重要。5.硬化层 磨损失效除与模具硬度过低，或淬硬层过浅有关外，还与化学热处理硬化层有关，若热处理工艺不当，尤其是淬火温度、时间以及冷却介质能力和钢材选择等因素，均可影响淬硬度层导致刃口发钝、抗压强度下降、局部塌陷、变形等早期失效。模具在渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗化学热处理中由于工艺或配方不适，操作不当也会出现渗层、硬化层不均或过浅等弊端，出现刃口不锋利、咬合、啃刃口、粘模、塌陷、氧化腐蚀和硬化层脱落等失效，严重影响模具的寿命。三、防止模具失效的热处理对策1、 服役中的低温去应力回火 模具在长期服役中，尤其是热作模具在巨大的冲压力和和温度的双重应力作用下，将发生不均匀的塑性变形及金属组织的变化，从而产生可观的内应力，当这种潜在应力聚集到极限时，金属将会出现开裂、崩块、变形等失效。故小于500g的铝压铸模在使用1万次在模具服役一段时间后，应增加低温去应力回火处理，以防止早期失效。如100g的铝压铸模在使用2.5万次，大于500g的铝压铸模在使用500次后，进行低温去应力回火与未去应力回火者有明显不同，前者较后者早期失效的下降25%。2、 精化热处理工艺 如φ175mm×233mm的3Cr2W8V钢热压模冲头，其被冲压坯料要在900℃中加热后，置于4000KN水压机中热压成形。原冲头热处理工艺如图3所示，，平均寿命仅有1200件，即以开裂和磨损的形式失效，后改为图4所示热处理工艺，其平均寿命提高64%，以热疲劳失效。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/164938p74p7wfjchwcpzj4.jpg 还有W18Cr4V钢的电池冲压拉深模，原采用常规热处理工艺，仅能拉深锌筒2万件，表面因拉伤和脆断而失效。后改为图5复合热处理工艺后，单头可拉深6万件，双头达10万件以上，节约制模材料、工时，具有明显经济效益。http://www.microscopy.com.cn/data/attachment/portal/201111/15/165011fdsup9dylc80fufy.jpg3、 增加调质工序 调质在模具加工中不仅是获得良好力学性能，改善切削性能的手段，更重要的在于能改善金属内部组织，获得均匀细小颗粒的碳化物，减少网状和带状碳化物偏析及其它缺陷等，这为模具成形后减少变形、防止开裂、减少应力、防止模具在热处理中及服役中的失效有一定作用，一般调质工序在下料→锻造→退火→粗加工成形→调质→精加工成形→淬火回火→磨刃口→装配流程中，调质后的高温回火，由于不要求索氏体组织及性能，故回火温度可高于常温回火温度，以顺利地精加工成形。实践证明，经上述工艺流程的模具其变形量较小，即模具的最大变形发生在粗加工后、精加工成形前的调质中。4、 合理锻造 在锻造中依据材料选择加热温度，方式及加热时间和锻造次数、停锻温度等，并应采取反复横向锻拔、镦拔和多项镦拔、扁方锻造以及对角锻造等，使残余网状、带状碳化物消除，碳化物级别＜2级。经锻造后的钢材流线应合理分布，流线平行于型腔短轴或垂直于型腔端面，呈幅射状以最大限度减少应力和隐患，防止模具早期失效。5、 采用新钢种 模具用钢对其寿命影响甚大，因此选用一些具有良好的抗拉、抗弯强度和有较好淬透性的新型钢种对延长模具寿命有明显提高。6、 正确的电加工及磨削 该工序也是产生应力叠加造成失效的原因之一，故正确的电加工、磨削工艺是防止模具失效的又一途径。7、 改进模具设计结构 为减少模具在机加工、热处理及使用中的应力，模具在设计时应尽可能采取型腔对称法，截面均匀法、边孔最少法、尖角避免法及圆弧多用法的模具设计

冲裁：冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。冲裁是切断、落料、冲孔、冲缺、冲槽、剖切、凿切、切边、切舌、切开、整修等分离工序的总称。切开：切开是将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被切开而分离的材料位于或基本位于分离前所处的平面。切边：切边是利用冲模修边成形工序件的边缘，使之具有一定直径、一定高度或一定形状的一种冲压工序。切舌：切舌是将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被局部分离的材料，具有工件所要求的一定位置，不再位于分离前所处的平面上。切断 切断：切断是将材料沿敞开轮廓分离的一种冲压工序，被分离的材料成为工件或工序件。 扩口：扩口是将空心件或管状件敞开处向外扩张的一种冲压工序。 冲孔：冲孔是将废料沿封闭轮廓从材料或工序件上分离的一种冲压工序，在材料或工序件上获得需要的孔。 冲缺：冲缺是将废料沿敞开轮廓从材料或工序件上分离的一种冲压工序，敞开轮廓形成缺口，其深度不超过宽度。 冲槽：冲槽是将废料沿敞开轮廓从材料或工序件上分离的一种冲压工序，敞开轮廓呈槽形，其深度超过宽度。冲中心孔：冲中心孔是在工序件表面形成浅凹中心孔的一种冲压工序，背面材料并无相应凸起。精冲：精冲是光洁冲裁的一种，它利用有带齿压料板的精冲模使冲件整个断面全部或基本全部光洁。连续模：连续模是具有两个或更多工位的冲模，材料随压力机行程逐次送进一工位，从而使冲件逐步成形。单工序模：单工序模是在压力机一次行程中只完成一道工序的冲模。组合冲模：组合冲模是按几何要素（直线、角度、圆弧、孔）逐副逐步形成各种冲件的通用、可调式成套冲模。平面状冲件的外形轮廓一般需要几副组合冲模分次冲成。压凸：压凸是用凸模挤入工序件一面，迫使材料流入对面凹坑以形成凸起的一种冲压工序压花：压花是强行局部排挤材料，在工序件表面形成浅凹花纹，图案、文字或符号的一种冲压工序。被压花表面的背面并无对应于浅凹的凸起。成形：成形是依靠材料流动而不依靠材料分离使工序件改变形状和尺寸的冲压工序的统称。光洁冲裁：光洁冲裁是不经整修直接获得整个断面全部或基本全部光洁的冲裁工序。扭弯扭弯是将平直或局部平直工序件的一部分相对另一部分扭转一定角度的冲压工序。卷边：卷边是将工序件边缘卷成接近封闭圆形的一种冲压工序。卷边圆形的轴线呈直线形。卷缘：卷缘是将空心件上口边缘卷成接近封闭圆形的一种冲压工序。拉延：拉延是把平直毛料或工序件变为曲面形的一种冲压工序，曲面主要依靠位于凸模底部材料的延伸形成。 拉弯：拉弯是在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形，使整个弯曲横断面全部受拉伸应力的一种冲压工序。 胀形：胀形是将空心件或管状件沿径向往外扩张的一种冲压工序。剖切：剖切是将成形工序件一分为几的一种冲压工序。校平：校平是提高局部或整体平面型零件平直度的一种冲压工序。起伏成形：起伏成形是依靠材料的延伸使工序件形成局部凹陷或凸起的冲压工序。起伏成形中材料厚度的改变为非意图性的，即厚度的少量改变是变形过程中自然形成的，不是设计指定的要求。 弯曲：弯曲是利用压力使材料产生塑性变形，从而被弯成有一定曲率、一定角度的形状的一种冲压工序。 凿切：凿切是利用尖刃的凿切模进行的落料或冲孔工序。凿切并无下模，垫在材料下面的只是平板，被冲材料绝大多数是非金属。深孔冲裁：深孔冲裁是孔径等于或小于被冲材料厚度时的冲孔工序。 落料：落料是将材料沿封闭轮廓分离的一种冲压工序，被分离的材料成为工件或工序件，大多数是平面形的。缩口：缩口是将空心件或管状件敞口处加压使其缩小的一种冲压工序。整形：整形是依靠材料流动，少量改变工序件形状和尺寸，以保证工件精度的一种冲压工序。整修：整修是沿外形或内形轮廓切去少量材料，从而提高边缘光洁度和垂直度的一种冲压工序。整修工序一般也同时提高尺寸精度。 翻孔：翻孔是沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的一种冲压工序。翻边：翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的一种冲压工序。拉深：拉深是把平直毛料或工序件变为空心件，或者把空心件进一步改变形状和尺寸的一种冲压工序。拉深时空心件主要依靠位于凸模底部以外的材料流入凹模而形成。 连续拉深：连续拉深是在条料（卷料）上，用同一副模具（连续拉深模）通过多次拉深逐步形成所需形状和尺寸的一种冲压方法。变薄拉深：变薄拉深是把空心工序件进一步改变形状和尺寸，意图性地把侧壁减薄的一种拉深工序。反拉深：反拉深是把空心工序件内壁外翻的一种拉深工序。差温拉深：差温拉深是利用加热、冷却手段，使待变形部分材料的温度远高于已变形部分材料的温度，从而提高变形程度的一种拉深工序。液压拉深：液压拉深是利用盛在刚性或柔性容器内的液体，代替凸模或凹模以形成空心件的一种拉深工序。 压筋：压筋是起伏成形的一种。当局部起伏以筋形式出现时，相应的起伏成形工序称为压筋。（来源：脉搏制造网）