汽車覆蓋件沖壓模具熱處理研究

趙子海，曹長(zhǎng)才，譚植文，譚文娟，王 健

浙江吉利汽車實(shí)業(yè)有限公司（浙江寧波 315336）

1 引言

大型覆蓋件模具、中型結(jié)構(gòu)件模具，在沖壓自動(dòng)線高節(jié)拍生產(chǎn)時(shí)，對(duì)做功部分凸模、凹模、壓邊圈等零件進(jìn)行合理的熱處理，會(huì)提高模具做功部分零件的硬度、韌性、耐磨性，從而提高模具使用壽命，保證沖壓穩(wěn)定批量生產(chǎn)。

本文主要針對(duì)沖壓大型覆蓋件模具，中型結(jié)構(gòu)件模具的凸模、凹模、壓邊圈等零件在模具加工制造過(guò)程中熱處理方式和要求進(jìn)行研究。

2 模具做功部分零件的熱處理方式定義、分類

2.1 整體淬火

通過(guò)專用工具對(duì)鋼塊進(jìn)行加熱、保溫、冷卻來(lái)改變鋼塊晶相組織的一種熱處理工藝。

優(yōu)點(diǎn)：淬火硬度高，屬于整體淬火。

缺點(diǎn)：淬火變形大，容易出現(xiàn)淬火裂紋；淬火后不易補(bǔ)焊，維修困難。

2.2 火焰淬火（FH）

用乙炔一氧火焰（最高溫度3,100℃）將工件表面快速加熱，隨后噴液（水或有機(jī)冷卻液）冷卻的表面淬火方法；淬透層2～6mm。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，操作簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)：表面容易燒化、過(guò)熱、淬裂，很難達(dá)到均勻的淬火層與高的表面硬度；淬火變形大。

2.3 感應(yīng)淬火（IH）

利用高、中頻電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流，而將工件表面進(jìn)行加熱，然后快速冷卻的表面淬火方式；淬透層2～4mm。

優(yōu)點(diǎn)：感應(yīng)淬火硬度比火焰淬火高（2～3HRC），工件加熱時(shí)間短，表面氧化脫碳量少；淬火比較均勻。

缺點(diǎn)：需根據(jù)不同的零件尺寸形狀，設(shè)計(jì)不同的感應(yīng)線圈。

2.4 激光淬火（LH）

利用聚焦后的激光束快速加熱鋼鐵塊的材料表面，使其發(fā)生相變，形成馬氏體淬硬層的過(guò)程；激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、快速的表面淬火方式；淬透層0.3～1.2mm。

優(yōu)點(diǎn)：激光淬火淬硬層均勻，淬火硬度比感應(yīng)淬火高（1～3HRC），工件變形小，加熱層深度與加熱軌跡容易控制。

缺點(diǎn)：激光淬火設(shè)備比較昂貴，淬透層比較淺。

3 拉伸模熱處理要求

3.1 拉伸模工作部分常用材質(zhì)分類

（1）GGG70L/MoCr鑄鐵用于薄板料的普板拉伸。

（2）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高強(qiáng)度板拉伸及厚板料拉伸，凹模、壓邊圈壓料面處鑲鍛件。

3.2 拉伸模工作部分熱處理要求

3.2.1 拉伸模工作部分采用GGG70L/MoCr鑄鐵材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）凸、凹模、壓邊圈工作區(qū)域，熱處理方式選擇感應(yīng)淬火或者激光淬火方式，不選火焰淬火方式；外板模具的工作區(qū)域必須先淬火后再進(jìn)行精加工（精加工留量max0.3mm），以保證零件質(zhì)量要求；內(nèi)板結(jié)構(gòu)件模具，采用激光淬火時(shí)，可以先精加工再進(jìn)行激光淬火。

（2）凸、凹模、壓邊圈，對(duì)于R≤15mm的所有外凸R角區(qū)域，必須進(jìn)行熱處理。

（3）凸、凹模、壓邊圈，對(duì)于R＞15mm的所有外凸R角區(qū)域，如果現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，走料較多（CAE分析走料超過(guò)20mm），磨損嚴(yán)重處，需做熱處理。

（4）拉伸CAE分析易起皺區(qū)域，需做熱處理。

（5）壓邊圈拉伸筋內(nèi)側(cè)管理面區(qū)域，需做熱處理。

（6）淬透層，激光淬火≥1mm；感應(yīng)淬火≥2mm。

（7）淬火硬度：50～55HRC。

（8）圓角處淬火要求，如圖1所示，熱處理必須超出圓角切點(diǎn)最小5mm。

圖1 拉伸模圓角處表面淬火范圍

3.2.2 拉伸模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）熱處理采用整體淬火方式。

（2）淬火硬度：55～60HRC。

4 修邊沖孔模具熱處理要求

4.1 修邊沖孔模工作部分常用材質(zhì)分為三種

（1）鑄造ICD-5，用于薄板料的普板修邊沖孔鑲塊。

（2）HMD5，用于普板或者薄板料的普通高強(qiáng)度鋼板的修邊沖孔鑲塊。

（3）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高強(qiáng)度板拉伸及厚板料修邊沖孔鑲塊。

4.2 修邊沖孔模工作部分熱處理要求

4.2.1 修邊沖孔模工作部分采用鑄造ICD-5、HMD5材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）熱處理方式選感應(yīng)淬火，局部無(wú)法感應(yīng)淬火的區(qū)域，可以采用火焰淬火，采用感應(yīng)淬火或者火焰淬火時(shí)，需淬火后再進(jìn)行精加工。

（2）淬火硬度：55～58HRC。

（3）刃口部位的側(cè)壁與頂部，必須進(jìn)行熱處理。

（4）淬透層最小2mm。

（5）刃口部位淬火區(qū)域，如圖2、圖3所示。

圖2 上模修邊刀塊和廢料刀的表面淬火范圍

圖3 下模修邊刀塊的表面淬火范圍

4.2.2 修邊沖孔模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）熱處理采用整體淬火方式。

（2）淬火硬度：58～62HRC。

5 翻邊整形模具熱處理要求

5.1 翻邊整形模工作部分常用材質(zhì)

（1）GGG70L/MoCr鑄鐵，用于普板或者薄板料的普通高強(qiáng)度鋼板的翻邊整形凸、凹模。

（2）鑄造ICD-5/HMD5，用于普板或者薄板料的普通高強(qiáng)度鋼板的翻邊整形凸、凹模。

（3）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高強(qiáng)度板拉伸及厚板料翻邊整形凸、凹模鑲塊。

5.2 翻邊整形模工作部分熱處理要求

5.2.1 翻邊整形模工作部分采用GGG70L/MoCr鑄鐵，鑄造ICD-5、HMD5材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）熱處理方式選感應(yīng)淬火或者激光淬火，不選火焰淬火。工件采用激光淬火時(shí)，可以精加工后再淬火，但需保證拉伸零件精度及外觀質(zhì)量要求，工件型面采用感應(yīng)淬火時(shí)，需在感應(yīng)淬火后再進(jìn)行精加工。

（2）淬火硬度：鑄造 ICD-5/HMD5，55～58HRC；GGG70L/MoCr鑄鐵,50～55HRC。

（3）淬透層，激光淬火≥1mm，感應(yīng)淬火≥2mm。

（4）翻邊模工作部位淬火區(qū)域，如圖4所示。

圖4 翻邊刀塊的表面淬火范圍

（5）整形模工作部位零件及需淬火區(qū)域，見(jiàn)圖5所示，內(nèi)容如下：

a.整形整形凸、凹模，R≤15mm的外凸R角區(qū)域，必須進(jìn)行熱處理。

b.整形整形凸、凹模，R＞15mm的外凸R角區(qū)域，如果現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，走料較多，需做熱處理。

c.圓角處淬火要求，熱處理必須超出圓角切點(diǎn)最小5mm，參照拉伸模圓角部位淬火要求。

5.2.2 翻邊整形模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材質(zhì)時(shí)的熱處理要求

（1）熱處理采用整體淬火方式。

（2）淬火硬度：55～60HRC。

6 模具工作部分表面處理或鍍層要求

對(duì)高強(qiáng)度板零件、大型覆蓋件零件的拉伸成形模，除了要求做功區(qū)域硬度外，還需進(jìn)行表面處理或者鍍層來(lái)進(jìn)一步提高做功區(qū)域的光潔度耐磨性。

（1）表面復(fù)合PVD處理，用于拉伸模或翻整類模具成形部分的Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材質(zhì)鑲塊。需要做PVD處理的鑲塊增加高溫回火的要求，高溫回火的時(shí)間和工藝曲線符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，溫度500℃～650℃，次數(shù)3次。

（2）DLC處理，用于鋁板零件的修邊沖孔鑲塊和翻整類鑲塊。

（3）鍍鉻處理，用于拉伸模或翻整類模具成形部分的MoCr鑄鐵/GGG70L/鑄造ICD-5/HMD-5材質(zhì)部件。

7 結(jié)語(yǔ)

主要通過(guò)對(duì)沖壓模具熱處理方式和要求的解析，對(duì)沖壓模具做功部分零件熱處理區(qū)域做出規(guī)范，對(duì)進(jìn)行沖壓模具做功區(qū)域的熱處理具有實(shí)際指導(dǎo)作用。

圖5 整形模工作部位零件