模具制造熱處理工藝研究

郭兵

（東莞市電子商貿(mào)學(xué)校，廣東 東莞 523579）

模具制造熱處理工藝研究

郭兵

（東莞市電子商貿(mào)學(xué)校，廣東 東莞 523579）

在工業(yè)發(fā)展中，模具制造作為其中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，通過熱加工技術(shù)系統(tǒng)的歸納和分析模具的基本制作環(huán)節(jié)，能夠得出有效恰當?shù)臒峒庸み^程，與模具制品的制作質(zhì)量有著非常密切的聯(lián)系。其中，應(yīng)用周期、制作費用和力學(xué)品質(zhì)等是模具的基本要素。為了更好的弄清楚這些要素，需要對熱處理工藝進行分析。

模具制造；熱處理工藝；研究分析

熱處理工藝及多種形式的切削處理是模具制作的主要內(nèi)容。在這個多環(huán)節(jié)、復(fù)雜的程序內(nèi)，會遇到很多繁瑣及復(fù)雜的加工工序，而且在整個模具制作過程中都有所滲透。因此，下文對模具制作過程中熱處理工藝的相關(guān)內(nèi)容進行了探究。

1 探究模具熱處理特性

就高耐磨性、高韌性、高硬度的模具品而言，可以通過滲碳鋼進行制造，并且將低溫回火、滲碳和淬火作為最后的熱處理工藝。在退火之后，滲碳鋼性能較好，且硬度低。在冷劑壓構(gòu)成后，對磨具進行淬火、低溫和滲碳處理。因此，其具有模具精度高、生產(chǎn)效率高、制作周期短的優(yōu)點。另外，一些模具會在某種程度上要求滲碳層。通常在0.8～1.5mm之間控制滲碳層的厚度。在對含硬質(zhì)填料的模具進行壓制時，通常在1.3～1.5mm之間控制滲碳層的厚度，在對軟性模具材料進行壓制時，通常在0.8～1.2mm之間控制滲碳層的厚度。在0.7%～1.0%之間控制滲碳層的含碳量是最為合理的。如果應(yīng)用氮、碳共滲，這樣就會有著更好的防粘性、耐磨性、耐腐蝕性和抗氧性。通常在900～920℃左右控制滲碳溫度。在840～860℃中溫碳氮共滲范圍內(nèi)控制復(fù)雜型腔的小型模具溫度。在5～10小時左右控制滲碳的保溫時間，具體需要按照對滲碳厚度的基本規(guī)定進行選擇。通過分級滲碳工藝進行加工處理，也就是在高溫時段，向零件的表層中快速將碳滲入進去。

2 制作模具的相關(guān)工藝

在制作模具時，會涉及到較多的機械加工工序與熱加工工序。在這個復(fù)雜且多變的系統(tǒng)中，又會應(yīng)用到很多復(fù)雜的熱處理工藝和熱處理環(huán)節(jié)，并在整個系統(tǒng)中都有所涉及。

文章以低碳合金鋼及低碳鋼模具制作為例進行了闡述。如20Cr、20Cr Mn Ti、 20等模具的制作流程：準備材料——模胚鍛造——退火處理——粗加工處理機械零件——冷擠壓處理——結(jié)晶退火處理——機械化精細處理——滲碳——回火、退火處理——拋光、研磨——裝配處理；制作高合金滲碳模具：如12Cr Ni4A、12Cr Ni3A鋼磨具的基本制作流程：準備材料——模胚鍛造——高溫并正火處理——機械化精加工——高溫回火處理——滲碳——淬火處理——裝配與研磨拋高處理。再次，調(diào)制鋼模具。比如40Cr、45等鋼磨具的制作流程：準備相應(yīng)的制作材料——模胚鍛造——退火處理——機械粗加工處理——調(diào)整材料質(zhì)量——機械化處理——拋光、修正——裝配材料。

3 幾種常見的熱處理技術(shù)分析

在保證模具性能方面，模具熱處理是其中的重要工藝流程。在模具材料、應(yīng)用條件和處理質(zhì)量不發(fā)生變化的情況下，確保熱處理質(zhì)量不受影響，通過最為合適的熱處理，是延長模具應(yīng)用壽命，發(fā)揮模具潛力的關(guān)鍵所在。如果模具處理原則不當，不但難以改善以前的缺陷和不足，而且，還會放大其缺陷的積累量，這樣就會很難將合適、符合標準的模具制作出來。所以，在模具的制造過程中，熱處理工藝發(fā)揮著非常重要的地位和作用。本文列舉了以下幾種常用的模具熱處理技術(shù)。

3.1 球化退火技術(shù)

在過共析鋼和共析鋼中比較適合應(yīng)用球化退火技術(shù)，如合金工具鋼、軸承鋼和碳素工具鋼等。經(jīng)鍛造、軋制后，空冷處理這些鋼，會得到網(wǎng)狀滲碳體和片狀珠光體的組織，這是一種脆而硬的組織，不僅切削加工會受阻礙，在之后的淬火階段，也經(jīng)常發(fā)生變形與開裂問題。在應(yīng)用球退化處理技術(shù)后，能夠離析出球狀珠光體組織，在這當中，會以球狀顆粒的形式表現(xiàn)出這種滲碳體。然后，彌散分布于鐵素體上，比較片狀珠光體，硬度較低，有利于切削加工，此外，在進行淬火處理時，導(dǎo)致奧氏體晶粒不易長大，在冷卻的過程中，工件開裂與變小較小，而且通過球化退火技術(shù)也可以處理那些需要改善的冷塑性變形的亞共析鋼。

3.2 應(yīng)力退火處理技術(shù)

將焊接、塑性形變加工等造成的鑄件內(nèi)在殘余應(yīng)力進行退火的技術(shù)即為去應(yīng)力退火處理技術(shù)。其中，在消除焊割件、冷沖壓件、焊接件、鑄件的各種殘余應(yīng)力時，這是一種避免淬火開裂變形、提升其穩(wěn)定性的熱處理技術(shù)。在完成切量較大的加工之后，完成去應(yīng)力退火，從而將機械加工應(yīng)力消除掉，最終降低熱處理的淬火變形量；通常在放電加工前后完成應(yīng)力退火，不但可以把線切割、電脈沖造成的組織轉(zhuǎn)變力和熱應(yīng)力消除掉，還能夠?qū)⒎烹姲讓拥挠捕冉档?。從而將有利的條件為鉗修創(chuàng)造出來，將開裂變形趨勢降低，同時，將模具的應(yīng)用壽命還能夠有效延長；在應(yīng)用一段時間后，需要對模具進行去應(yīng)力退火處理，進而消除模具的疲勞應(yīng)力，然后延長模具的應(yīng)用壽命。實際上，如果有越高溫度的去應(yīng)力退火溫度，在利用調(diào)制進行處理之后，需要氮化處理模具，此外，同調(diào)制時的回火溫度相比，其溫度要更低，防止軟化基體而降低模具的應(yīng)用性能。

3.3 正火處理技術(shù)

正火指的是把工件加熱到Acm30～50℃以上，進行一段時間保溫后，將工件從爐內(nèi)取出，然后在空氣內(nèi)進行吹風冷卻、噴水、噴霧處理的一種熱處理工藝。在模具的制造中，作為預(yù)備熱處理的正火工藝的作用主要體現(xiàn)在這樣幾個方面：首先，將低碳面模具鋼的切削加工性能改善，就低合金結(jié)構(gòu)鋼和含碳量低于0.25%的碳素鋼而言，若在預(yù)處理時選用了退火技術(shù)，處理后會有過低的硬度，在加工切削時，經(jīng)常出現(xiàn)粘刀問題，且表面非常粗糙，在利用正火后，其切削加工性能很容易被改變；其次，將中碳模具鋼熱加工中的不足消除，中碳結(jié)構(gòu)的鑄件、軋制件、焊接件、鍛件在熱加工處理后，極易發(fā)生晶粒粗大、魏氏組織等帶狀組織和熱缺陷等問題，使用正火可以將這些缺陷消除掉，進而實現(xiàn)消除內(nèi)應(yīng)力、細化晶粒、均勻組織的目的；再次，將過共析鋼內(nèi)的網(wǎng)狀碳化物消除，從而將球化退火質(zhì)量提升。此外，正火的爐外冷卻不會占用過多的設(shè)備，有著較高的生產(chǎn)效率，所以，盡可能的用正火取代退火進行生產(chǎn)。

3.4 時效硬化與時效處理

時效處理指的是在固溶處理了金屬或者合金工件，冷加工變形或者高溫淬火處理等。后續(xù)在較高溫度或者室溫下穩(wěn)定它的性能，然而會對其尺寸、形狀等進行處理的一種工藝。時效硬化是指，在高溫加熱處理零件以后，會有少量的碳元素和氮元素存在，在以后的應(yīng)用中，他們漸漸從純鐵內(nèi)被析出來，構(gòu)成自由氮化物與碳化物，這樣對零件的塑性變形就會起到阻止作用，從而將鋼材的延展性與強度降低。此種現(xiàn)象被稱為時效硬化，也就是經(jīng)常所講的老化。

4 結(jié)語

各種模具因為有著不同的工作環(huán)境，所以，也會從不同的角度出發(fā)去規(guī)定和要求它們的性能。采用合適的熱處理工藝是提升模具應(yīng)用壽命，充分發(fā)揮出模具材料潛力的關(guān)鍵所在。堅持綠色和可持續(xù)發(fā)展的制造理念，努力打造出高質(zhì)量、環(huán)保的模具，更好的服務(wù)于生產(chǎn)。

[1]胡可文，陳文革，車福宏．常用模具材料熱處理的顯微組織及性能分析[J].熱加工工藝，200938(14):137～139．

[2]郭淑娟，才麗娟．預(yù)冷等溫球化退火工藝對 Cr12 型模具鋼組織性能的影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011,11(8):1705～1708．

[3]鄧莉萍,羅軍明,蘇倩.預(yù)備熱處理對 Cr12Mo V 鋼組織性能的影響[J].熱加工工藝，2012(6).

[4]郭曉紅. W18Cr4V 沖孔冷沖模淬火工藝的改進[J].熱加工工藝，2011(12).

[5]郭淑娟,才麗娟.預(yù)冷等溫球化退火工藝對 Cr12型模具鋼組織性能的影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011(8).

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