冷冲压模具热处理缺陷分析及预防补救措施

2023-12-04张碧清

现代制造技术与装备 2023年10期

张碧清

（福建林业职业技术学院，南平 353000）

冷冲压产品的展开和确认是模具设计的第一步。产品的展开最终关系到模具制造的产品是否符合客户需求，而模具在进行热处理时，由于各种因素的影响，可能会存在一定的缺陷。针对模具热处理中存在的问题及时采取相应的补救措施，可以保证模具热处理的效果，满足生产所需。

1 冷冲压模具热处理缺陷原因分析

1.1 操作方法不当

冷冲压模具热处理时，造成操作方法不当的原因较多。当加热温度过高或时间过长时，模具会因为过度热处理而受到损害。相反，如果加热温度过低或时间过短，则模具可能没有完全热处理，导致其性能未达到最佳状态。冷却速度也是热处理过程中的一个重要因素。如果冷却速度过快，可能会导致模具产生裂纹或变形。如果冷却速度过慢，则模具可能没有完全冷却，影响其硬度和强度[1]。此外，淬火介质是影响模具热处理效果的一个重要因素，如果选择不当，可能会对模具产生不良影响，如淬火不均匀、表面硬度不均等，导致模具出现各种裂纹，如图1 所示。在回火操作时，回火可以降低模具硬度，提高其韧性和可靠性。但是，如果回火操作不当，则有可能导致模具硬度不均、韧性不足等问题。在加热方式上，不同的加热方式会对模具热处理效果产生不同的影响。加热方式选择不当，会对模具产生不良影响，如局部过热、热分布不均匀等。在模具材料选择上，不同材质的热传导和熔点不同。如果模具材料选择不当，可能会导致模具无法进行有效的热处理，甚至可能影响其性能和使用寿命。因此，在进行冷冲压模具热处理时，需要注意热处理的操作方法。只有采取合适的加热温度和时间、正确的淬火和回火操作、合理的加热方式和模具材料选择、正确的结构设计、专业的操作人员和设备维护等措施，才能保证热处理效果和模具质量。

1.2 人为冷却不均

在冷冲压模具热处理过程中，人为冷却不均的主要原因表现在以下几个方面。淬火时冷却剂选择不当或者使用时温度控制不当，可能会导致淬火不均匀或表面硬度不均，影响模具的质量和使用寿命。冷却时间不足或过长也会因影响模具的冷却效果而产生缺陷。特别是一些需要采用分级淬火或等温淬火的复杂模具，对冷却剂的使用和冷却时间的控制要求更高[2]。因此，在热处理过程中，需要根据模具的具体情况和工艺要求，选择合适的冷却剂和冷却温度，并严格按照工艺要求进行操作，以保证模具的冷却效果和质量。

1.3 油温升高

在冷冲压模具的热处理过程中，油温升高的主要原因是同时冷却的工件较多，热量无法有效散失。在模具热处理时，油温的升高会降低工件的热处理效果，甚至大大降低最后入油工件的磁性，影响模具的质量和使用寿命[3]。因此，在模具热处理过程中，需要注意对油温的控制，并采取相应的措施降低油温，否则会严重影响模具的热处理，导致模具加工质量无法满足生产需求。

2 冷冲压模具热处理缺陷预防补救措施

2.1 针对裂缝问题的预防补救措施

在冷冲压模具的热处理过程中，针对裂缝问题可以从3 个方面进行预防。首先，控制回火处理。模具零件从冷却液中取出后，应及时放入炉内进行回火处理，以免长时间停留在空气中产生低温回火脆性和高温回火脆性，导致模具零件产生裂缝。其次，做好淬火保护。淬火回火是影响冲压模具零件热处理变形或开裂的一个重要环节，应采取有效的保护措施，使淬火重要模具零件（冲头、凹模）的形状和截面不易发生变形或开裂，使零件的形状和截面对称，保持内部应力平衡[4]。最后，控制加热温度。在选择加热温度时，应选择加热温度规格上限，以防加热过程中模具零件产生裂缝。需注意，合金钢加热温度过高，会导致内孔膨胀、孔径变小，因此应选择加热温度下限。

在热处理时若模具零件已经出现裂缝，可以采取相应的补救措施。在进行模具表面处理时，采用表面涂层、表面强化、表面耐磨涂层等技术，提高模具零件表面的强度和耐磨性，有效防止裂缝的产生。在模具热处理时，重新对其进行热处理，调整模具零件内部的应力平衡，以消除裂缝。在修复模具裂缝时，可以采用填充、焊接、黏接、熔覆等方法，如图2 所示，对已经产生的裂缝进行修复。针对冷冲压模具热处理中的裂缝问题，关键在于预防，同时严格控制热处理的工艺参数和操作流程，及时采取措施补救已经产生的裂缝，以确保模具的质量和使用寿命。

图2 模具熔覆技术

2.2 针对磁性不强的预防补救措施

在冷冲压模具的热处理过程中，针对磁性不强的预防补救措施，可以从材料选择、消磁处理、定期校验等多个方面进行预防。选用抗磁性材料，如不锈钢等，制作模具，能够避免模具受到电磁干扰，从而保证生产质量和生产效率。在对模具进行消磁处理时，通过专业的消磁处理机对模具进行特殊处理，降低其磁化度，以免干扰自动化设备的正常工作[5]。在定时校验模具时，通过定期检测模具状态，可以发现模具是否存在磁化或其他问题，及时采取措施进行处理，避免影响生产。

2.3 针对变形问题的预防补救措施

在冷冲压模具的热处理过程中，针对变形问题的预防补救措施需要从多个方面进行。在模具选材时，应根据模具的具体使用要求，综合考虑模具精度、结构、尺寸大小，以及加工对象的性质、数量和加工方式等。一般模具若无变形和精度要求，则从降低成本方面考虑，可采用碳素工具钢。对于易变形、开裂件，可选用强度较高、临界淬火冷却速度较慢的合金工具钢。图3 为一电子元件冲模，原用T10A 钢，水淬油冷变形较大且易开裂，碱浴淬火型腔又不易淬硬，现改用9Mn2V 钢或CrWMn 钢，最终淬火硬度和变形都能符合要求。

图3 电子元件冲模（单位：mm）

通过优化热处理工艺，如采用适当的加热速度和保温时间，以及选择合适的冷却介质和冷却速度等，可以有效减少模具变形[6]。生产过程中，应该合理安排各个生产环节，特别是在粗加工和精加工之间，应该进行适当的中间处理，以减少模具变形。此外，可以改进热处理操作方法，使用合适的夹具和支撑架，避免不均匀的加热和冷却等，以减少模具变形。如果模具已经出现变形，应该采用适当的修复方法，如机械加工、研磨等，以恢复模具的精度和使用性能。一旦发现变形，应及时采取措施补救，以确保模具的质量和使用寿命。