徐芝化（郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程系,湖南 郴州 423000）

模具材料選用、熱處理與使用壽命

徐芝化
（郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程系,湖南 郴州 423000）

如今，模具應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，很多教工工藝都離不開(kāi)模具的使用。然而，模具的使用具有一定的周期，且有很多的影響因素，如模具用鋼狀況、工藝流程等。加強(qiáng)對(duì)模具各方面性能和使用等的研究十分必要。本研究通過(guò)對(duì)模具材料選用、熱處理與使用壽命的探究，分析其分類(lèi)和影響模具使用壽命的因素，掌握不同狀態(tài)下的模具選擇方法，以更好地將模具應(yīng)用到加工工藝中。

模具；材料選用；熱處理；使用壽命

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)加工工藝的要求越來(lái)越高，所以加強(qiáng)了對(duì)工藝的管理。模具是加工過(guò)程中必要的材料，受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。模具利用成型的工具生產(chǎn)各種類(lèi)型的零件，保證能夠滿足加工需要。模具的材料選擇、熱處理很大程度上影響使用壽命。只有提高模具加工水平，才能實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的提高，促進(jìn)工藝加工行業(yè)的發(fā)展。

1 模具概述

1.1 模具介紹

模具主要利用成型的工具生產(chǎn)各種類(lèi)型的零件，以保證能夠滿足加工需要。在工業(yè)生產(chǎn)中，主要利用擠壓、吹塑、壓鑄等方式制造出需要產(chǎn)品的模子與工具[1]。換言之模具是為產(chǎn)品成型服務(wù)的工具。模具廣泛應(yīng)用在沖裁、加壓、冶金、陶瓷、橡膠等材料的成形加工中，其具有獨(dú)特的輪廓或內(nèi)腔形狀，采用具備刃口的輪廓?jiǎng)t能夠?qū)⑴髁弦勒蛰喞€的外形沖裁。利用內(nèi)腔型能夠使得坯料獲得相應(yīng)的立體形狀。

1.2 模具分類(lèi)

如今我國(guó)模具的含量主要為高合金剛和合金鋼，多數(shù)質(zhì)量良好，可以生產(chǎn)質(zhì)量極高的鋼材料。因?yàn)槟＞咪摰暮坑胁町悾瑢?dǎo)致其呈現(xiàn)出的機(jī)械性能同樣存在差異。同一元素的模具鋼，其熱處理?xiàng)l件不同，由此導(dǎo)致具備不同的金屬結(jié)構(gòu)。通常，模具主要分為三種類(lèi)型：熱作、冷作和塑料模具鋼。我國(guó)模具利用鋼材料大體形成了一個(gè)體系，不同種類(lèi)的模具鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等材料接近80種，如：TiC基、TiN基、WC%26mdash、T10A、Cr8、9CrWMn、4Cr5MoSiVNi（H13）等等[2]。塑性成形工藝中，模具所占的地位非常重要。模具的使用壽命直接影響著工程造價(jià)。因此對(duì)模具材料、構(gòu)成、形態(tài)等應(yīng)加以重視。

2 影響模具使用壽命的主要因素

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)的不科學(xué)設(shè)計(jì)是導(dǎo)致其性能消失與熱處理形變發(fā)生的重要原因。因此模具的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最好應(yīng)控制鋒利的圓狀角與過(guò)大的截面積不要發(fā)生改變。鋒利的圓狀角帶來(lái)的應(yīng)力通常會(huì)高到預(yù)估應(yīng)力值的幾倍之多。而在材料的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)中，這種比較鋒利的角不被允許去除時(shí)，需要將大體組成變化為組合形式的加工或者將尖銳的圓角放在熱處理進(jìn)行后，這在很大程度上能夠保證避結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的誤差。同時(shí)，截面的大小均勻與否能夠保障模具形變和裂縫。同樣的狀況下，多數(shù)形狀復(fù)雜且常發(fā)生裂縫的模具需要利用組合式，防止過(guò)度對(duì)模具壽命產(chǎn)生的不必要的影響。

2.2 模具材料的選擇

模具材料對(duì)模具使用壽命的影響比較明顯，主要體現(xiàn)在模具材料的選擇、材料質(zhì)量、使用科學(xué)與否等方面。所以在對(duì)材料的選擇上，需要參考模具自身的功能與功效。冷模具的硬度、抗磨性能、彈性等是重要的考量因素，在模具的出現(xiàn)失效時(shí)，通常為脆性開(kāi)裂的問(wèn)題[3]。此時(shí)，應(yīng)選擇較硬且具有韌性的材料或者生產(chǎn)科學(xué)的熱處理工藝，以此完善鋼的韌性?；蚩梢砸勒宅F(xiàn)實(shí)狀況選擇硬度大和韌性高的高級(jí)合金鋼。通過(guò)對(duì)耐磨性和韌性的考量，能夠更好地選擇鋼材料。如其除耐磨性外其他性能都比較優(yōu)質(zhì)，則可以對(duì)表面進(jìn)行改良和處理，以提高耐磨性。在選擇所料模具鋼時(shí)，應(yīng)注意在面對(duì)溫度變化時(shí)的性能變化，并且加強(qiáng)對(duì)加工性能與鏡面度的考量。

2.3 熱處理的影響

致使模具失效的大部分原因是不科學(xué)的熱處理。熱處理技術(shù)不合理與質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定都能夠?qū)δ＞呤褂弥芷趲?lái)巨大影響。據(jù)調(diào)查顯示，超過(guò)65%以上的模具失效是由熱處理方法錯(cuò)誤造成的。由此可知，科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行熱處理對(duì)模具的使用壽命至關(guān)重要。而如熱處理不科學(xué)則會(huì)為模具使用帶來(lái)嚴(yán)重后果，造成極大的危害。一般來(lái)說(shuō)，熱處理共有以下幾種表現(xiàn)形式：

（1）淬火過(guò)熱。淬火過(guò)熱會(huì)造成晶粒體積變大，導(dǎo)致其韌度和承受能力減弱，并且造成模具開(kāi)裂；

（2）外表脫碳。通常模具需要經(jīng)過(guò)淬火和高溫進(jìn)行加工，此時(shí)如若沒(méi)有完善的預(yù)防措施，則會(huì)使得其外表出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。一旦脫碳現(xiàn)象長(zhǎng)時(shí)間未被發(fā)現(xiàn)或處理，則會(huì)減弱模具的耐磨性能，導(dǎo)致使用壽命減少；

（3）淬火開(kāi)裂。裂紋在模具被淬火過(guò)程中比較常見(jiàn)。而模具的使用壽命則受到裂紋的影響，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致早期開(kāi)裂，無(wú)法保證模具的順利應(yīng)用；

（4）不完全回火。基于各種因素，模具回火時(shí)會(huì)出現(xiàn)失誤，發(fā)生不完全回火現(xiàn)象。其會(huì)使得淬火余力仍舊留存在模具里面，降低韌度，出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋，導(dǎo)致無(wú)法正常工作。

3 結(jié)論

大多數(shù)工藝加工都需要利用模具，因此其使用壽命至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)模具的深入了解，研究影響使用壽命的因素，通過(guò)對(duì)模具的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理的研究和分析，掌握模具選擇的規(guī)律和方法，保證科學(xué)合理地進(jìn)行模具材料選擇，并按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料進(jìn)行熱加工，延長(zhǎng)模具的使用壽命，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]關(guān)琳.針對(duì)模具材料選用、熱處理與使用壽命的探究[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2014,11(12)：145-150.

[2]胥永林.淺談冷擠壓模具制造技術(shù)的工藝分析和材料選用[J].塑料制造,2013,02（11）：260-262.

[3]馬中全,王良,李明弟,等.粉末冶金熱作模具材料的熱處理工藝[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，07(03)：347-349.