冷沖壓模具熱處理缺陷分析及預(yù)防補(bǔ)救措施

張碧清

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南平 353000）

冷沖壓產(chǎn)品的展開和確認(rèn)是模具設(shè)計(jì)的第一步。產(chǎn)品的展開最終關(guān)系到模具制造的產(chǎn)品是否符合客戶需求，而模具在進(jìn)行熱處理時(shí)，由于各種因素的影響，可能會(huì)存在一定的缺陷。針對(duì)模具熱處理中存在的問題及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，可以保證模具熱處理的效果，滿足生產(chǎn)所需。

1 冷沖壓模具熱處理缺陷原因分析

1.1 操作方法不當(dāng)

冷沖壓模具熱處理時(shí)，造成操作方法不當(dāng)?shù)脑蜉^多。當(dāng)加熱溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，模具會(huì)因?yàn)檫^度熱處理而受到損害。相反，如果加熱溫度過低或時(shí)間過短，則模具可能沒有完全熱處理，導(dǎo)致其性能未達(dá)到最佳狀態(tài)。冷卻速度也是熱處理過程中的一個(gè)重要因素。如果冷卻速度過快，可能會(huì)導(dǎo)致模具產(chǎn)生裂紋或變形。如果冷卻速度過慢，則模具可能沒有完全冷卻，影響其硬度和強(qiáng)度[1]。此外，淬火介質(zhì)是影響模具熱處理效果的一個(gè)重要因素，如果選擇不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生不良影響，如淬火不均勻、表面硬度不均等，導(dǎo)致模具出現(xiàn)各種裂紋，如圖1 所示。在回火操作時(shí)，回火可以降低模具硬度，提高其韌性和可靠性。但是，如果回火操作不當(dāng)，則有可能導(dǎo)致模具硬度不均、韌性不足等問題。在加熱方式上，不同的加熱方式會(huì)對(duì)模具熱處理效果產(chǎn)生不同的影響。加熱方式選擇不當(dāng)，會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生不良影響，如局部過熱、熱分布不均勻等。在模具材料選擇上，不同材質(zhì)的熱傳導(dǎo)和熔點(diǎn)不同。如果模具材料選擇不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致模具無法進(jìn)行有效的熱處理，甚至可能影響其性能和使用壽命。因此，在進(jìn)行冷沖壓模具熱處理時(shí)，需要注意熱處理的操作方法。只有采取合適的加熱溫度和時(shí)間、正確的淬火和回火操作、合理的加熱方式和模具材料選擇、正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、專業(yè)的操作人員和設(shè)備維護(hù)等措施，才能保證熱處理效果和模具質(zhì)量。

1.2 人為冷卻不均

在冷沖壓模具熱處理過程中，人為冷卻不均的主要原因表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。淬火時(shí)冷卻劑選擇不當(dāng)或者使用時(shí)溫度控制不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致淬火不均勻或表面硬度不均，影響模具的質(zhì)量和使用壽命。冷卻時(shí)間不足或過長(zhǎng)也會(huì)因影響模具的冷卻效果而產(chǎn)生缺陷。特別是一些需要采用分級(jí)淬火或等溫淬火的復(fù)雜模具，對(duì)冷卻劑的使用和冷卻時(shí)間的控制要求更高[2]。因此，在熱處理過程中，需要根據(jù)模具的具體情況和工藝要求，選擇合適的冷卻劑和冷卻溫度，并嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，以保證模具的冷卻效果和質(zhì)量。

1.3 油溫升高

在冷沖壓模具的熱處理過程中，油溫升高的主要原因是同時(shí)冷卻的工件較多，熱量無法有效散失。在模具熱處理時(shí)，油溫的升高會(huì)降低工件的熱處理效果，甚至大大降低最后入油工件的磁性，影響模具的質(zhì)量和使用壽命[3]。因此，在模具熱處理過程中，需要注意對(duì)油溫的控制，并采取相應(yīng)的措施降低油溫，否則會(huì)嚴(yán)重影響模具的熱處理，導(dǎo)致模具加工質(zhì)量無法滿足生產(chǎn)需求。

2 冷沖壓模具熱處理缺陷預(yù)防補(bǔ)救措施

2.1 針對(duì)裂縫問題的預(yù)防補(bǔ)救措施

在冷沖壓模具的熱處理過程中，針對(duì)裂縫問題可以從3 個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。首先，控制回火處理。模具零件從冷卻液中取出后，應(yīng)及時(shí)放入爐內(nèi)進(jìn)行回火處理，以免長(zhǎng)時(shí)間停留在空氣中產(chǎn)生低溫回火脆性和高溫回火脆性，導(dǎo)致模具零件產(chǎn)生裂縫。其次，做好淬火保護(hù)。淬火回火是影響沖壓模具零件熱處理變形或開裂的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)采取有效的保護(hù)措施，使淬火重要模具零件（沖頭、凹模）的形狀和截面不易發(fā)生變形或開裂，使零件的形狀和截面對(duì)稱，保持內(nèi)部應(yīng)力平衡[4]。最后，控制加熱溫度。在選擇加熱溫度時(shí)，應(yīng)選擇加熱溫度規(guī)格上限，以防加熱過程中模具零件產(chǎn)生裂縫。需注意，合金鋼加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)孔膨脹、孔徑變小，因此應(yīng)選擇加熱溫度下限。

在熱處理時(shí)若模具零件已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，可以采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。在進(jìn)行模具表面處理時(shí)，采用表面涂層、表面強(qiáng)化、表面耐磨涂層等技術(shù)，提高模具零件表面的強(qiáng)度和耐磨性，有效防止裂縫的產(chǎn)生。在模具熱處理時(shí)，重新對(duì)其進(jìn)行熱處理，調(diào)整模具零件內(nèi)部的應(yīng)力平衡，以消除裂縫。在修復(fù)模具裂縫時(shí)，可以采用填充、焊接、黏接、熔覆等方法，如圖2 所示，對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行修復(fù)。針對(duì)冷沖壓模具熱處理中的裂縫問題，關(guān)鍵在于預(yù)防，同時(shí)嚴(yán)格控制熱處理的工藝參數(shù)和操作流程，及時(shí)采取措施補(bǔ)救已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫，以確保模具的質(zhì)量和使用壽命。

圖2 模具熔覆技術(shù)

2.2 針對(duì)磁性不強(qiáng)的預(yù)防補(bǔ)救措施

在冷沖壓模具的熱處理過程中，針對(duì)磁性不強(qiáng)的預(yù)防補(bǔ)救措施，可以從材料選擇、消磁處理、定期校驗(yàn)等多個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。選用抗磁性材料，如不銹鋼等，制作模具，能夠避免模具受到電磁干擾，從而保證生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在對(duì)模具進(jìn)行消磁處理時(shí)，通過專業(yè)的消磁處理機(jī)對(duì)模具進(jìn)行特殊處理，降低其磁化度，以免干擾自動(dòng)化設(shè)備的正常工作[5]。在定時(shí)校驗(yàn)?zāi)＞邥r(shí)，通過定期檢測(cè)模具狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)模具是否存在磁化或其他問題，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，避免影響生產(chǎn)。

2.3 針對(duì)變形問題的預(yù)防補(bǔ)救措施

在冷沖壓模具的熱處理過程中，針對(duì)變形問題的預(yù)防補(bǔ)救措施需要從多個(gè)方面進(jìn)行。在模具選材時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具的具體使用要求，綜合考慮模具精度、結(jié)構(gòu)、尺寸大小，以及加工對(duì)象的性質(zhì)、數(shù)量和加工方式等。一般模具若無變形和精度要求，則從降低成本方面考慮，可采用碳素工具鋼。對(duì)于易變形、開裂件，可選用強(qiáng)度較高、臨界淬火冷卻速度較慢的合金工具鋼。圖3 為一電子元件沖模，原用T10A 鋼，水淬油冷變形較大且易開裂，堿浴淬火型腔又不易淬硬，現(xiàn)改用9Mn2V 鋼或CrWMn 鋼，最終淬火硬度和變形都能符合要求。

圖3 電子元件沖模（單位：mm）

通過優(yōu)化熱處理工藝，如采用適當(dāng)?shù)募訜崴俣群捅貢r(shí)間，以及選擇合適的冷卻介質(zhì)和冷卻速度等，可以有效減少模具變形[6]。生產(chǎn)過程中，應(yīng)該合理安排各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，特別是在粗加工和精加工之間，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹虚g處理，以減少模具變形。此外，可以改進(jìn)熱處理操作方法，使用合適的夾具和支撐架，避免不均勻的加熱和冷卻等，以減少模具變形。如果模具已經(jīng)出現(xiàn)變形，應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)男迯?fù)方法，如機(jī)械加工、研磨等，以恢復(fù)模具的精度和使用性能。一旦發(fā)現(xiàn)變形，應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)救，以確保模具的質(zhì)量和使用壽命。

3 結(jié)語

在冷沖壓模具熱處理時(shí)，為了更好地確保模具的熱處理效果，防止外界因素對(duì)模具造成影響，需要在熱處理時(shí)完善熱處理施工工藝流程，確保施工工藝流程滿足要求，同時(shí)做好對(duì)模具可能產(chǎn)生裂紋缺陷的處理和油溫的控制，防止熱處理過程中同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)工件而影響熱處理效果，最大限度地確保模具熱處理達(dá)到預(yù)期效果。