第四節(jié) 冷作模具的鍛造與熱處理

1、第四節(jié)第四節(jié) 冷作模具的鍛造與熱處理冷作模具的鍛造與熱處理一、冷作模具材料的鍛造一、冷作模具材料的鍛造 鍛造目的：鍛造目的：提高材料的致密度和均勻性、細(xì)化組織、提高材料的致密度和均勻性、細(xì)化組織、獲得合理的流線分布等。獲得合理的流線分布等。 1、高碳高合金鋼的鍛造、高碳高合金鋼的鍛造工藝操作要點(diǎn)：工藝操作要點(diǎn)：加熱和冷卻應(yīng)均勻緩慢，大尺寸坯料應(yīng)先預(yù)熱再加熱。加熱和冷卻應(yīng)均勻緩慢，大尺寸坯料應(yīng)先預(yù)熱再加熱。嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍，力爭(zhēng)一火鍛成。嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍，力爭(zhēng)一火鍛成。鍛造工具圓角要大些，錘頭與錘砧要預(yù)熱鍛造工具圓角要大些，錘頭與錘砧要預(yù)熱200300。操作要領(lǐng)應(yīng)遵循操作要領(lǐng)應(yīng)遵循“二輕

2、一重二輕一重”和和“兩均勻兩均勻”的原則。的原則。盡量避免沖孔和擴(kuò)孔。盡量避免沖孔和擴(kuò)孔。 為了控制鍛造質(zhì)量，還應(yīng)重視鍛造方法、鍛造比和鍛為了控制鍛造質(zhì)量，還應(yīng)重視鍛造方法、鍛造比和鍛錘噸位的選擇。錘噸位的選擇。2、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的鍛造、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的鍛造工藝要點(diǎn)：工藝要點(diǎn)：l鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料在鍛前應(yīng)進(jìn)行球化退火，坯鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料在鍛前應(yīng)進(jìn)行球化退火，坯料上的尖角、棱角應(yīng)磨圓。料上的尖角、棱角應(yīng)磨圓。l鍛錘噸位選擇要合適，參照表鍛錘噸位選擇要合適，參照表2-44。l錘頭、錘砧、工具和胎模鍛前需預(yù)熱。錘頭、錘砧、工具和胎模鍛前需預(yù)熱。l鍛造比不宜過大，一般大于鍛造比不宜過大，一般大于2，注意采用

3、，注意采用“二輕一重二輕一重”的操作要領(lǐng)。的操作要領(lǐng)。l13火一般進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)宜在火一般進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)，拔長(zhǎng)宜在V形鐵砧或胎形鐵砧或胎模中進(jìn)行。模中進(jìn)行。二、冷作模具的熱處理技術(shù)二、冷作模具的熱處理技術(shù)1、冷作模具的制造工藝路線、冷作模具的制造工藝路線 一般冷作模具：一般冷作模具：鍛造鍛造 球化退火球化退火 機(jī)械粗加工機(jī)械粗加工 淬火與回火淬火與回火 鉗修裝配。鉗修裝配。 成形磨削及電加工冷作模具成形磨削及電加工冷作模具 ：鍛造鍛造 球化退火球化退火機(jī)械粗加工機(jī)械粗加工 淬火與回火淬火與回火 機(jī)械加工或電加工成機(jī)械加工或電加工成形形 鉗修裝配。鉗修裝配。 高精度冷作模具：高精度冷作模具

4、：鍛造鍛造 球化退火球化退火 機(jī)械粗機(jī)械粗加工加工 去應(yīng)力退火或調(diào)質(zhì)去應(yīng)力退火或調(diào)質(zhì) 加工成形加工成形 淬火與淬火與回火回火 鉗工修配。鉗工修配。熱處理工序安排應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：熱處理工序安排應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 對(duì)于高精度要求的模具為減少熱處理變形，常在機(jī)對(duì)于高精度要求的模具為減少熱處理變形，常在機(jī)械加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理。械加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理。 對(duì)于線切割加工模具，為防止線切割時(shí)變形開裂，對(duì)于線切割加工模具，為防止線切割時(shí)變形開裂，其淬回火常采用分級(jí)淬火或多次回火和高溫回火。其淬回火常采用分級(jí)淬火或多次回火和高溫回火。 為了保持模具尺寸的穩(wěn)定性，線切割之后應(yīng)及時(shí)為了保持模具尺

5、寸的穩(wěn)定性，線切割之后應(yīng)及時(shí)再回火再回火（1）合理選擇淬火加熱溫度）合理選擇淬火加熱溫度 對(duì)于具體模具，在加熱工藝規(guī)范的基礎(chǔ)上要作精細(xì)選對(duì)于具體模具，在加熱工藝規(guī)范的基礎(chǔ)上要作精細(xì)選擇，選擇的依據(jù)主要是模具的使用性能要求。擇，選擇的依據(jù)主要是模具的使用性能要求。 如保證淬透、淬硬或較高的熱硬性，應(yīng)選擇較高的淬火如保證淬透、淬硬或較高的熱硬性，應(yīng)選擇較高的淬火加熱溫度；如要求較高的韌性和耐磨性，應(yīng)選擇較低的淬加熱溫度；如要求較高的韌性和耐磨性，應(yīng)選擇較低的淬加熱溫度。加熱溫度。（2）合理選擇淬火保溫時(shí)間）合理選擇淬火保溫時(shí)間 生產(chǎn)中常采用到溫入爐的方法加熱，淬火保溫時(shí)間可生產(chǎn)中常采用到溫入爐的方

6、法加熱，淬火保溫時(shí)間可按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定 ：t=Dt 淬火保溫時(shí)間（淬火保溫時(shí)間（min或或s） 加熱系數(shù)（加熱系數(shù)（min/mm或或s/mm），見表），見表2-45。D 工件有效厚度（工件有效厚度（mm ）2、冷作模具的淬火、冷作模具的淬火 經(jīng)驗(yàn)公式僅作為參考，生產(chǎn)中必須具體情況具體分析，對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式僅作為參考，生產(chǎn)中必須具體情況具體分析，對(duì)于形狀復(fù)雜的模具有時(shí)要通過實(shí)驗(yàn)來確定淬火保溫時(shí)間。于形狀復(fù)雜的模具有時(shí)要通過實(shí)驗(yàn)來確定淬火保溫時(shí)間。（3）合理選擇淬火介質(zhì)）合理選擇淬火介質(zhì) 一般：高合金冷作模具鋼，采用較緩的淬火冷卻介一般：高合金冷作模具鋼，采用較緩的淬火冷卻介質(zhì)；碳素

7、工具鋼和低合金工具鋼模具采用雙介質(zhì)淬火。質(zhì)；碳素工具鋼和低合金工具鋼模具采用雙介質(zhì)淬火。 市場(chǎng)上有不少新型的淬火冷卻介質(zhì)，如三硝水溶液、市場(chǎng)上有不少新型的淬火冷卻介質(zhì)，如三硝水溶液、氯化鋅氯化鋅 堿溶液、氯化鈣水溶液等，選擇適當(dāng)可以提堿溶液、氯化鈣水溶液等，選擇適當(dāng)可以提高淬火質(zhì)量。高淬火質(zhì)量。（4）采用合適的淬火加熱保護(hù)措施）采用合適的淬火加熱保護(hù)措施主要是防止氧化、脫碳，常用的方法有：主要是防止氧化、脫碳，常用的方法有：鹽浴加熱法鹽浴加熱法 裝箱保護(hù)法裝箱保護(hù)法涂料保護(hù)法涂料保護(hù)法 包裝保護(hù)法包裝保護(hù)法3、冷作模具的強(qiáng)韌化處理工藝、冷作模具的強(qiáng)韌化處理工藝（1）低溫淬火工藝）低溫淬火工藝相

8、對(duì)于于傳統(tǒng)淬火工藝進(jìn)行的淬火操作。相對(duì)于于傳統(tǒng)淬火工藝進(jìn)行的淬火操作。工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)：相對(duì)傳統(tǒng)淬火加熱溫度低相對(duì)傳統(tǒng)淬火加熱溫度低2030。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：提高韌性和沖擊疲勞抗力，降低冷作模具提高韌性和沖擊疲勞抗力，降低冷作模具脆斷、脆裂傾向性。脆斷、脆裂傾向性。l典型冷作模具鋼低淬低回工藝見表典型冷作模具鋼低淬低回工藝見表2-46（2）高溫淬火工藝）高溫淬火工藝 對(duì)于某些冷模鋼，如對(duì)于某些冷模鋼，如T7ATI0A、GCr15等，采用等，采用高于傳統(tǒng)工藝淬火溫度淬火，可使模具獲得較高斷裂韌性高于傳統(tǒng)工藝淬火溫度淬火，可使模具獲得較高斷裂韌性和耐磨性，從而提高模具壽命。和耐磨性，從而提

9、高模具壽命。（3）微細(xì)化處理工藝）微細(xì)化處理工藝即細(xì)化基體組織和碳化物，提高模具壽命的方法即細(xì)化基體組織和碳化物，提高模具壽命的方法l四步熱處理法：四步熱處理法：高溫淬火高溫淬火+高溫回火高溫回火+低溫淬火低溫淬火+低溫回火低溫回火 如如9Mn2V:820油冷油冷+650回火回火+750 油冷油冷+200 回火?；鼗?。l循環(huán)超細(xì)化處理循環(huán)超細(xì)化處理 加熱加熱Ac1（Acm）+1020 加熱加熱Ac1（Acm）+1020 如如Cr12MoV鋼：鋼：1150加熱油淬加熱油淬+650回火回火+1000加熱油淬加熱油淬+650回火回火+1030加熱油淬加熱油淬+170等溫等溫30min空冷空冷+170

10、回火回火.（4）分級(jí)淬火和等溫淬火）分級(jí)淬火和等溫淬火 是模具最重要的強(qiáng)韌性化方法，可以減少模是模具最重要的強(qiáng)韌性化方法，可以減少模具的變形和開裂具的變形和開裂. 冷作模具鋼的分級(jí)淬火和等溫淬火工藝及應(yīng)用范圍冷作模具鋼的分級(jí)淬火和等溫淬火工藝及應(yīng)用范圍見表見表247.（5）其他強(qiáng)韌化處理方法）其他強(qiáng)韌化處理方法 主要是：形變熱處理、噴液淬火、快速加熱淬火、消主要是：形變熱處理、噴液淬火、快速加熱淬火、消除鏈狀碳化物組織的預(yù)處理工藝等。除鏈狀碳化物組織的預(yù)處理工藝等。4、主要冷作模具的熱處理特點(diǎn)、主要冷作模具的熱處理特點(diǎn)（1）沖裁模）沖裁模l對(duì)于薄板沖裁模對(duì)于薄板沖裁模 在工藝上應(yīng)保證熱處理變形

11、小、不開裂和高硬度。通在工藝上應(yīng)保證熱處理變形小、不開裂和高硬度。通常根據(jù)模材類型采用不同的減少變形的熱處理方法。如，常根據(jù)模材類型采用不同的減少變形的熱處理方法。如，雙液淬火工藝、堿浴淬火工藝、低溫淬火工藝、快雙液淬火工藝、堿浴淬火工藝、低溫淬火工藝、快速加熱分級(jí)淬火、恒溫預(yù)冷工藝、等溫淬火等。速加熱分級(jí)淬火、恒溫預(yù)冷工藝、等溫淬火等。以上工藝方法的具體應(yīng)用參考表以上工藝方法的具體應(yīng)用參考表2-48。l對(duì)于重載冷沖模對(duì)于重載冷沖模 由于失效形式是崩刃和折斷，熱處理工藝上應(yīng)保證由于失效形式是崩刃和折斷，熱處理工藝上應(yīng)保證模具獲得高強(qiáng)韌性。通常采用的熱處理方法有：模具獲得高強(qiáng)韌性。通常采用的熱處

12、理方法有：細(xì)化細(xì)化奧氏體晶粒處理、細(xì)化碳化物處理、貝氏體等溫淬火、奧氏體晶粒處理、細(xì)化碳化物處理、貝氏體等溫淬火、循環(huán)超細(xì)化處理、低溫淬火循環(huán)超細(xì)化處理、低溫淬火等方法。等方法。l對(duì)于冷剪刀對(duì)于冷剪刀 冷剪刀由于工作條件的差異，工作硬度范圍較寬，但冷剪刀由于工作條件的差異，工作硬度范圍較寬，但都要求刀刃抗沖擊能力好。都要求刀刃抗沖擊能力好。為了減小淬火內(nèi)應(yīng)力，通常采用的淬火方法是：為了減小淬火內(nèi)應(yīng)力，通常采用的淬火方法是： 熱浴淬火。熱浴淬火。即堿浴、鹽浴和熱油，溫度一般在即堿浴、鹽浴和熱油，溫度一般在100180范圍。范圍。 間斷淬火。間斷淬火。即加熱保溫后先油冷至上即加熱保溫后先油冷至上2

13、00250，再，再轉(zhuǎn)入空冷至轉(zhuǎn)入空冷至80140，立即進(jìn)行預(yù)回火，最后根據(jù)硬度，立即進(jìn)行預(yù)回火，最后根據(jù)硬度要求正式回火。要求正式回火。 對(duì)成形冷剪刀對(duì)成形冷剪刀，根據(jù)受載情況可用表，根據(jù)受載情況可用表249中的常規(guī)中的常規(guī)熱處理工藝。熱處理工藝。l為了提高沖裁模的耐磨性和使用壽命，生產(chǎn)中常采用為了提高沖裁模的耐磨性和使用壽命，生產(chǎn)中常采用表面強(qiáng)化處理，如碳氮共滲、滲硼、鹽浴滲釩、滲鈮等。表面強(qiáng)化處理，如碳氮共滲、滲硼、鹽浴滲釩、滲鈮等。（2）冷鐓模）冷鐓模熱處理特點(diǎn)如下：熱處理特點(diǎn)如下： 碳工鋼冷鐓凹模采用噴水淬火法可使硬化層沿凹模碳工鋼冷鐓凹模采用噴水淬火法可使硬化層沿凹模型腔輪廓均勻分布

14、，以避免過早開裂；采用片狀珠光體預(yù)型腔輪廓均勻分布，以避免過早開裂；采用片狀珠光體預(yù)處理（即完全退火）提高模具強(qiáng)度和斷裂韌度和壽命。處理（即完全退火）提高模具強(qiáng)度和斷裂韌度和壽命。冷鐓模必須充分回火，冷鐓模必須充分回火，2次或次或2次以上。次以上。采用中溫淬火、中溫回火工藝，獲得最佳強(qiáng)韌性配合。采用中溫淬火、中溫回火工藝，獲得最佳強(qiáng)韌性配合。采用快速加熱工藝，提高模具的韌性。采用快速加熱工藝，提高模具的韌性。采用表面處理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。采用表面處理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。典型冷鐓模的熱處理可參照表典型冷鐓模的熱處理可參照表250。（3）冷擠壓模）冷擠壓模熱處理特點(diǎn)是：熱處理

15、特點(diǎn)是： 易斷裂或易脹裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷擠易斷裂或易脹裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷擠壓模具，一般采用淬火溫度的下限淬火，以獲得高的強(qiáng)韌壓模具，一般采用淬火溫度的下限淬火，以獲得高的強(qiáng)韌性。性。 高碳高合金冷擠壓模具，一般采用較長(zhǎng)時(shí)間的回火高碳高合金冷擠壓模具，一般采用較長(zhǎng)時(shí)間的回火或多次回火，以控制奧氏體含量，穩(wěn)定尺寸，消除應(yīng)力，或多次回火，以控制奧氏體含量，穩(wěn)定尺寸，消除應(yīng)力，提高韌性。提高韌性。 以脆斷為主的模具，常采用等溫淬火后再二次回以脆斷為主的模具，常采用等溫淬火后再二次回火的工藝，以減少淬火內(nèi)應(yīng)力?；鸬墓に?，以減少淬火內(nèi)應(yīng)力。 采用表面處理。如滲氮、氮碳共滲、鍍硬

16、鉻和滲采用表面處理。如滲氮、氮碳共滲、鍍硬鉻和滲硼等工藝，以提高抗咬合能力、耐磨性和改變表面應(yīng)力硼等工藝，以提高抗咬合能力、耐磨性和改變表面應(yīng)力狀態(tài)。狀態(tài)。 使用一段時(shí)間后，進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火，消除工作使用一段時(shí)間后，進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火，消除工作過程中積累的應(yīng)力和疲勞。過程中積累的應(yīng)力和疲勞。 表達(dá)式表達(dá)式251為典型冷擠壓模材料的熱處理工藝，為典型冷擠壓模材料的熱處理工藝，以供參考。以供參考。l拉深模拉深模熱處理特點(diǎn)是：熱處理特點(diǎn)是： 做好加熱保護(hù)，避免氧化脫碳，以防止表面出現(xiàn)軟做好加熱保護(hù)，避免氧化脫碳，以防止表面出現(xiàn)軟點(diǎn)，表面硬度不得低于點(diǎn)，表面硬度不得低于500HV。 采用表面處理，提

17、高表面的抗磨損和抗粘附的能力。采用表面處理，提高表面的抗磨損和抗粘附的能力。如滲氮、滲硼、鍍硬鉻、滲釩是主要的方法。如滲氮、滲硼、鍍硬鉻、滲釩是主要的方法。拉深模的典型熱處理規(guī)范見表拉深模的典型熱處理規(guī)范見表252。三、冷作模具的熱處理實(shí)例三、冷作模具的熱處理實(shí)例1、 CrWMn鋼光欄片的熱處理鋼光欄片的熱處理右圖為光欄片上沖模簡(jiǎn)圖右圖為光欄片上沖模簡(jiǎn)圖技術(shù)要求端面Ra0.8=125=125108硬度硬度6164HRC材料選擇材料選擇 碳工鋼易變形超差，碳工鋼易變形超差，Cr12型鋼加工困難，故型鋼加工困難，故CrWMn較合適。較合適。制造工藝路線制造工藝路線 毛坯毛坯球化退火球化退火粗加工粗

18、加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)半精加工半精加工去去應(yīng)力退火應(yīng)力退火精加工精加工淬火回火淬火回火精磨。精磨。熱處理工藝熱處理工藝 球化退火：球化退火：80034h，爐冷至，爐冷至72023h，爐冷至爐冷至500以下出爐空冷。以下出爐空冷。 調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)：83015min，油淬，油淬，70072012h回火。回火。去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：6404h，爐冷至，爐冷至300以下出爐。以下出爐。淬回火：（見右下圖）淬回火：（見右下圖）2、T10A鋼沖裁凹模的熱處理鋼沖裁凹模的熱處理模具尺寸如下圖模具尺寸如下圖技術(shù)要求技術(shù)要求硬度硬度6064HRC15mm處為配合尺寸，要求變形小處為配合尺寸，要求變形小淬火工藝淬火工藝 因孔

19、型多，尺寸較大，采用的又是因孔型多，尺寸較大，采用的又是T10鋼，淬火變形鋼，淬火變形開裂的可能性大，為防止變形、開裂，常采用開裂的可能性大，為防止變形、開裂，常采用堿浴分級(jí)淬堿浴分級(jí)淬火火，并采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧?。，并采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧?。l采用延遲淬火法。采用延遲淬火法。l刃口采用局部淬火法。刃口采用局部淬火法。l模具直角處包扎鐵皮。模具直角處包扎鐵皮。lM10螺釘孔用石棉繩堵塞。螺釘孔用石棉繩堵塞。（T10鋼組合凹模的淬火工藝見右上圖）鋼組合凹模的淬火工藝見右上圖）選材分析選材分析 高碳高鉻鋼、高速鋼光沖壽命低，沖芯易折斷；高碳高鉻鋼、高速鋼光沖壽命低，沖芯易折斷；60Si2Mn鋼光沖，壽命有所提高，但沖尖仍折斷失效。鋼光沖，壽命有所提高，但沖尖仍折斷失效。 現(xiàn)采用現(xiàn)采用65Nb鋼制造，經(jīng)低溫淬火、高溫二次回火，壽鋼制造，經(jīng)低溫淬火、高溫二次回火，壽命相比傳統(tǒng)材料常規(guī)熱處理工藝提高命相比傳統(tǒng)材料常規(guī)熱處理工藝提高56倍。倍。熱處理工藝熱處理工藝（見右下圖見右下圖）熱處理后硬度為熱處理后硬度為5059HRC圖圖2383、65Nb十字槽光沖模的熱處理十字槽光沖模的熱處理性能要求：性能要求：l極高的強(qiáng)韌性，高耐磨性。極高的強(qiáng)韌性，高耐磨性。4、W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓鋼冷擠壓凹模的熱處理凹模的熱處理冷擠壓凹模和熱處理見下圖冷擠壓凹模和熱處理見下圖圖圖239圖圖240技