沖壓模具材料的分類及強(qiáng)化處理技術(shù)

高叢叢 申榮鵬

摘要：沖壓模具材料的廣泛運(yùn)用于各個(gè)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(jìn)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(duì)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(qiáng)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(shí)生產(chǎn)工藝也需要不斷優(yōu)化，制造業(yè)對(duì)此要予以高度重視綜合多方面因素詳細(xì)分析，嚴(yán)格控制材料的應(yīng)用，同時(shí)做好表面強(qiáng)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(qiáng)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(jià)格比較低、加工延展性能較好以及在熱處理后強(qiáng)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)。使得材料不會(huì)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(qiáng)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(shí)，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(qiáng)度質(zhì)相，并且在制作過程中運(yùn)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(jiān)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(shí)踐工業(yè)生產(chǎn)的情況進(jìn)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(qiáng)度、高硬度、延展性能強(qiáng)、耐磨性好以及抗腐蝕性能強(qiáng)等特點(diǎn)。模具的強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(shí)也是模具鋼在生產(chǎn)運(yùn)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(shí)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(duì)模具質(zhì)量有著極大的影響，尤其是在實(shí)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(qiáng)度的滲透性，以此確保模具材料的強(qiáng)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(shí)，沿型腔表面既流動(dòng)又滑動(dòng)，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(qiáng)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(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時(shí)突然脆斷，模具要具有較高的強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)，會(huì)使硬度和強(qiáng)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(qiáng)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(shí)，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強(qiáng)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(qiáng)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(duì)此也要予以高度重視，確保模具表面性能符合實(shí)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(huì)影響模具質(zhì)量，一旦下模修理，必定會(huì)阻礙正常生產(chǎn)，同時(shí)耗費(fèi)更多的成本。關(guān)于模具材料的強(qiáng)化處理技術(shù)，首先強(qiáng)化的目的在于讓模具的性能包括強(qiáng)度、硬度、抗疲勞性等方面都有較為顯著的提升，而就強(qiáng)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(duì)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?yàn)槿绻跊]有對(duì)模具材料的使用性能加以考究，便進(jìn)行熱處理，模具會(huì)產(chǎn)生較大的變形，當(dāng)變形量達(dá)到模具的承載極限時(shí)，模具會(huì)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(huì)大打折扣。另外，在選擇模具材料的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)角度也是一個(gè)重要的考慮方向，只有這樣模具生產(chǎn)質(zhì)量提升的同時(shí)，耗費(fèi)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(huì)對(duì)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(shí)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(shí)彌補(bǔ)處理，生產(chǎn)效率將大打折扣。在對(duì)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(yùn)用物理的手段來加強(qiáng)材料硬度、耐磨性等，具體是通過激光淬火或者高頻淬火實(shí)現(xiàn)的；②化學(xué)表面處理技術(shù)。事實(shí)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(shí)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(qiáng)，這對(duì)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(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]張民權(quán)，崔鵬.若干表面改質(zhì)技術(shù)在汽車沖壓模具中的應(yīng)用及研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016，（32）：61+63.

[2]尹志堅(jiān)，王樹保，程魯，譚興海，鄧琦林.汽車沖壓模具表面熱噴涂改質(zhì)處理研究[J].模具制造，2016，（07）：70-73.

[3]呂興宇.汽車沖壓模具表面處理技術(shù)解析[J].科技展望，2016，（06）：59.

（作者單位：精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司）