沖壓模具材料的分類及強化處理技術(shù)

高叢叢 申榮鵬

摘要：沖壓模具材料的廣泛運用于各個制作行業(yè)中，特別是隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)制造技術(shù)不斷地發(fā)展進步的條件下，汽車制造業(yè)、電子制造業(yè)以及航空制造業(yè)快速而定發(fā)展下，對沖壓模具材料的質(zhì)量要求也就越來越高，要求模具材料在高溫、高壓的環(huán)境中能夠極強的耐磨性和抗腐蝕性能等。眼下工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，模具在廣泛應(yīng)用的同時生產(chǎn)工藝也需要不斷優(yōu)化，制造業(yè)對此要予以高度重視綜合多方面因素詳細分析，嚴(yán)格控制材料的應(yīng)用，同時做好表面強化處理，確保模具的質(zhì)量和性能滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：沖壓模具;材料分類;性能要求;強化處理技術(shù)

1 模具材料種類

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中常見的沖壓模具材料大部分都包括了碳元素鋼材、低合金鋼材、高碳高鎘鋼材以及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等材料。在這些材料之中，成本價格比較低、加工延展性能較好以及在熱處理后強度較高的材料是碳元素鋼材。它在使用過程中耐磨性能最好，其材料通常在尺寸較小、形狀普通并且壓力荷載力較小的模具中使用廣泛。同時碳元素材料作為低合金鋼材的基礎(chǔ)，其成品是通過在材料中添加適量的合金元素而形成的。低合金鋼材的優(yōu)點在于它能夠快速地在降低淬火冷卻速度，將熱處理力和組織力降低到最低點。使得材料不會受到淬火的影響而產(chǎn)生變形，出現(xiàn)開裂的傾向。高碳高鎘鋼材在生產(chǎn)過程中不僅其硬度、強度以及耐磨度是所有材料里最高，而且還具有較好的物體穩(wěn)定性、淬硬性以及滲透性，熱處理中受到高溫而發(fā)生變形的效果很小。而鋼結(jié)硬質(zhì)合金是在硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上，添加了少量的鐵粉和合金元素粘合劑而形成的，其硬度和耐磨性比鋼結(jié)硬質(zhì)更好。同時，在改造過程中添加了大量的碳化鈦和碳化鎢等材料作為強度質(zhì)相，并且在制作過程中運用粉末治金的方法預(yù)燒而形成，使得這種沖壓模具材料更為堅固耐用，能夠適合在大量的工業(yè)技術(shù)生產(chǎn)中使用。

2 模具材料性能

模具在使用過程中，首先要充分了解模具材料的使用性能和技術(shù)工藝，并且要根據(jù)具體實踐工業(yè)生產(chǎn)的情況進行材料的選擇，按照不同的產(chǎn)品的性能選擇不同的模具。通常情況下，模具材料的主要性能主要有高強度、高硬度、延展性能強、耐磨性好以及抗腐蝕性能強等特點。模具的強度是工業(yè)生產(chǎn)材料抵抗外界環(huán)境壓力而產(chǎn)生變形和斷裂的技術(shù)支持。而模具的硬度高低將直接影響著模具的使用壽命，同時也關(guān)系到模具質(zhì)量;良好的延展性能則能直接反映出材料在高壓強的條件下所能受到的沖擊載荷力以及抵抗材料脆性斷裂，同時也是模具鋼在生產(chǎn)運用中，特別是沖壓用冷作模具鋼性能的重要技術(shù)支撐;抗腐蝕性是指材料在高溫高壓的環(huán)境中不被氧化或者腐蝕，同時其壓力載荷條件下能夠有效的抵抗破壞。模具工藝技術(shù)性能主要包括熱處理技術(shù)性能等。熱處理技術(shù)對模具質(zhì)量有著極大的影響，尤其是在實際生產(chǎn)過程中，沖壓模具材料必須要有良好的淬硬性和高強度的滲透性，以此確保模具材料的強度及耐磨性能。

3 模具滿足工作條件要求

3.1 耐磨性

坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導(dǎo)致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。

3.2 強韌性

模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。

3.3 疲勞斷裂性能

模具工作過程中，在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。

3.4 高溫性能

當(dāng)模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強度。

3.5 耐冷熱疲勞性能

有些模具在工作過程中處于反復(fù)加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，弓|起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。

3.6 耐蝕性

有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。

4 沖壓模具的強化處理技術(shù)

除了上述幾種性能以外，模具表面性能也在很大程度上影響著模具的使用壽命和使用效率，對此也要予以高度重視，確保模具表面性能符合實際需求。一由于表面性能較差在生產(chǎn)過程中由于某種原因留下磨損和破壞，就會影響模具質(zhì)量，一旦下模修理，必定會阻礙正常生產(chǎn)，同時耗費更多的成本。關(guān)于模具材料的強化處理技術(shù)，首先強化的目的在于讓模具的性能包括強度、硬度、抗疲勞性等方面都有較為顯著的提升，而就強化處理的操作，本文將從熱處理技術(shù)和材料的表面處理技術(shù)兩方面加以闡述。

4.1 熱處理技術(shù)

模具材料的熱處理技術(shù)對于材料性能的要求較高，通常需要材料在經(jīng)過熱處理技術(shù)后，變形較小且硬度、耐久性方面都能夠滿足熱處理后的要求。因為如果在沒有對模具材料的使用性能加以考究，便進行熱處理，模具會產(chǎn)生較大的變形，當(dāng)變形量達到模具的承載極限時，模具會喪失其使用能力，加之模具的加工越顯復(fù)雜化，如果不考慮熱處理技術(shù)給材料帶來的影響，模具生產(chǎn)的質(zhì)量自然會大打折扣。另外，在選擇模具材料的時候，經(jīng)濟角度也是一個重要的考慮方向，只有這樣模具生產(chǎn)質(zhì)量提升的同時，耗費的成本也不至于過大。

4.2 材料的表面處理技術(shù).

除了要求模具材料的力學(xué)性能外，物理性能也是重要的參考因素，尤其是表面性能會對模具的生產(chǎn)效率和使用壽命帶來嚴(yán)重的影響。例如在生產(chǎn)汽車沖壓模具的時候，很容易在模塊表面出現(xiàn)棱角及劃傷的缺陷，這種缺陷如果及時彌補處理，生產(chǎn)效率將大打折扣。在對模具材料表面處理的過程中，通常分為以下兩類：①物理表面處理技術(shù)。物理表面處理技術(shù)即運用物理的手段來加強材料硬度、耐磨性等，具體是通過激光淬火或者高頻淬火實現(xiàn)的;②化學(xué)表面處理技術(shù)。事實上，化學(xué)表面處理技術(shù)存在兩種不同方面的原理，分別是表面滲入和表面覆蓋。第一種是用某種介質(zhì)改變模具表面的化學(xué)組成成分，從而提升模具材料的特定性能，可以通過滲透氮、碳等;而第二種表面覆蓋是以鍍膜的形式隔離與外界的接觸，例如可以通過涂上-層新材料，從而實現(xiàn)模具表面性能的提升。

結(jié)語

模具在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其利用率和高精度等優(yōu)勢是其他產(chǎn)品不能比擬的額，尤其是最近幾年以來應(yīng)用范圍越來越廣泛，汽車產(chǎn)業(yè)、航空制造業(yè)、以及電子行業(yè)中都有所涉及，且發(fā)展趨勢較好。從目前的情況來看沖壓模具的種類變得多種多樣，外表形態(tài)不易不一，功能十分豐富，而工業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求也在隨之不斷增強，這對于模具制造業(yè)來說面臨著巨大挑戰(zhàn)。必須要做好模具材料和性能的分析，改善生產(chǎn)工藝，確保模具的性能和質(zhì)量，從而促進工業(yè)生產(chǎn)的不斷進步。

參考文獻

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（作者單位：精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司）