冲压模具材料的分类及强化处理技术

高丛丛 申荣鹏

摘要：沖压模具材料的广泛运用于各个制作行业中，特别是随着我国现代化工业制造技术不断地发展进步的条件下，汽车制造业、电子制造业以及航空制造业快速而定发展下，对冲压模具材料的质量要求也就越来越高，要求模具材料在高温、高压的环境中能够极强的耐磨性和抗腐蚀性能等。眼下工业生产规模越来越大，模具在广泛应用的同时生产工艺也需要不断优化，制造业对此要予以高度重视综合多方面因素详细分析，严格控制材料的应用，同时做好表面强化处理，确保模具的质量和性能满足工业生产需要。

关键词：冲压模具；材料分类；性能要求；强化处理技术

1 模具材料种类

目前，在工业生产中常见的冲压模具材料大部分都包括了碳元素钢材、低合金钢材、高碳高镉钢材以及钢结硬质合金等材料。在这些材料之中，成本价格比较低、加工延展性能较好以及在热处理后强度较高的材料是碳元素钢材。它在使用过程中耐磨性能最好，其材料通常在尺寸较小、形状普通并且压力荷载力较小的模具中使用广泛。同时碳元素材料作为低合金钢材的基础，其成品是通过在材料中添加适量的合金元素而形成的。低合金钢材的优点在于它能够快速地在降低淬火冷却速度，将热处理力和组织力降低到最低点。使得材料不会受到淬火的影响而产生变形，出现开裂的倾向。高碳高镉钢材在生产过程中不仅其硬度、强度以及耐磨度是所有材料里最高，而且还具有较好的物体稳定性、淬硬性以及渗透性，热处理中受到高温而发生变形的效果很小。而钢结硬质合金是在硬质合金的基础上，添加了少量的铁粉和合金元素粘合剂而形成的，其硬度和耐磨性比钢结硬质更好。同时，在改造过程中添加了大量的碳化钛和碳化钨等材料作为强度质相，并且在制作过程中运用粉末治金的方法预烧而形成，使得这种冲压模具材料更为坚固耐用，能够适合在大量的工业技术生产中使用。

2 模具材料性能

模具在使用过程中，首先要充分了解模具材料的使用性能和技术工艺，并且要根据具体实践工业生产的情况进行材料的选择，按照不同的产品的性能选择不同的模具。通常情况下，模具材料的主要性能主要有高强度、高硬度、延展性能强、耐磨性好以及抗腐蚀性能强等特点。模具的强度是工业生产材料抵抗外界环境压力而产生变形和断裂的技术支持。而模具的硬度高低将直接影响着模具的使用寿命，同时也关系到模具质量；良好的延展性能则能直接反映出材料在高压强的条件下所能受到的冲击载荷力以及抵抗材料脆性断裂，同时也是模具钢在生产运用中，特别是冲压用冷作模具钢性能的重要技术支撑；抗腐蚀性是指材料在高温高压的环境中不被氧化或者腐蚀，同时其压力载荷条件下能够有效的抵抗破坏。模具工艺技术性能主要包括热处理技术性能等。热处理技术对模具质量有着极大的影响，尤其是在实际生产过程中，冲压模具材料必须要有良好的淬硬性和高强度的渗透性，以此确保模具材料的强度及耐磨性能。

3 模具满足工作条件要求

3.1 耐磨性

坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

3.2 强韧性

模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

3.3 疲劳断裂性能

模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。

3.4 高温性能

当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。

3.5 耐冷热疲劳性能

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，弓|起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。

3.6 耐蚀性

有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。

4 冲压模具的强化处理技术

除了上述几种性能以外，模具表面性能也在很大程度上影响着模具的使用寿命和使用效率，对此也要予以高度重视，确保模具表面性能符合实际需求。一由于表面性能较差在生产过程中由于某种原因留下磨损和破坏，就会影响模具质量，一旦下模修理，必定会阻碍正常生产，同时耗费更多的成本。关于模具材料的强化处理技术，首先强化的目的在于让模具的性能包括强度、硬度、抗疲劳性等方面都有较为显著的提升，而就强化处理的操作，本文将从热处理技术和材料的表面处理技术两方面加以阐述。

4.1 热处理技术

模具材料的热处理技术对于材料性能的要求较高，通常需要材料在经过热处理技术后，变形较小且硬度、耐久性方面都能够满足热处理后的要求。因为如果在没有对模具材料的使用性能加以考究，便进行热处理，模具会产生较大的变形，当变形量达到模具的承载极限时，模具会丧失其使用能力，加之模具的加工越显复杂化，如果不考虑热处理技术给材料带来的影响，模具生产的质量自然会大打折扣。另外，在选择模具材料的时候，经济角度也是一个重要的考虑方向，只有这样模具生产质量提升的同时，耗费的成本也不至于过大。

4.2 材料的表面处理技术.

除了要求模具材料的力学性能外，物理性能也是重要的参考因素，尤其是表面性能会对模具的生产效率和使用寿命带来严重的影响。例如在生产汽车冲压模具的时候，很容易在模块表面出现棱角及划伤的缺陷，这种缺陷如果及时弥补处理，生产效率将大打折扣。在对模具材料表面处理的过程中，通常分为以下两类：①物理表面处理技术。物理表面处理技术即运用物理的手段来加强材料硬度、耐磨性等，具体是通过激光淬火或者高频淬火实现的；②化学表面处理技术。事实上，化学表面处理技术存在两种不同方面的原理，分别是表面渗入和表面覆盖。第一种是用某种介质改变模具表面的化学组成成分，从而提升模具材料的特定性能，可以通过渗透氮、碳等；而第二种表面覆盖是以镀膜的形式隔离与外界的接触，例如可以通过涂上-层新材料，从而实现模具表面性能的提升。

结语

模具在工业生产中发挥关键作用，其利用率和高精度等优势是其他产品不能比拟的额，尤其是最近几年以来应用范围越来越广泛，汽车产业、航空制造业、以及电子行业中都有所涉及，且发展趋势较好。从目前的情况来看冲压模具的种类变得多种多样，外表形态不易不一，功能十分丰富，而工业产业的需求也在随之不断增强，这对于模具制造业来说面临着巨大挑战。必须要做好模具材料和性能的分析，改善生产工艺，确保模具的性能和质量，从而促进工业生产的不断进步。

参考文献

[1]张民权，崔鹏.若干表面改质技术在汽车冲压模具中的应用及研究[J].科技经济导刊，2016，（32）：61+63.

[2]尹志坚，王树保，程鲁，谭兴海，邓琦林.汽车冲压模具表面热喷涂改质处理研究[J].模具制造，2016，（07）：70-73.

[3]吕兴宇.汽车冲压模具表面处理技术解析[J].科技展望，2016，（06）：59.

（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司）