劉致祥，洪 敏，戴宇杰

（武漢工程職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430415）

隨著社會經濟的發(fā)展，對各種工業(yè)制品的質量提出了更高的要求，所以要優(yōu)化加工工藝。在使用壓力加工工具時，其材質和表面處理會影響金屬粘結，為了更加準確地了解相關情況，開展分析是很有必要的。結合研究成果，合理選擇工具材質，對表面進行有效處理并應用到生產中去，對于推動企業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 工具與變形金屬間的摩擦與粘結

金屬粘結是指金屬材質之間的融合，將兩者相互連接到一起，可以起到固定的作用。在壓力加工過程中，根據生產需求，需要采用壓力工具。金屬粘結先要劈裂表層潤滑膜。金屬表層有一層保護膜，主要是對金屬進行保護，因此，在金屬粘結時，會破壞保護膜，主要目的是讓空氣進入內部結構。當金屬內部結構暴露在空氣中會發(fā)生氧化反應，在金屬表層形成一層結膜，達到金屬粘結目的。在生產加工過程中，金屬粘結工藝必須要按照固定流程進行，保證達到預期效果[1]。

在現代企業(yè)生產中，簡單加工后還要進行加壓加工，產品才可以投入使用。為了確保產品質量滿足實際需求，對加工工具的性能提出了較高要求。企業(yè)將重點放在控制壓力加工制品的表面質量上，但是受到各方面因素的影響，研究僅停留在工具胚料表面，對于生產質量的提升作用并不是很明顯。為了改善目前面臨的狀況，要進行深入研究，提高生產質量。

1.1 工具材質彈性的影響

在生產加工中發(fā)現，材料的強度大小會影響金屬粘結效果。如果選用的壓力加工工具表層彈性較大，在外力作用下，金屬粘結很有可能會受到影響；如果選用的壓力加工工具表層彈性較小，金屬在高溫環(huán)境下發(fā)生變化的可能性也較小。壓力加工工具的彈性影響條件與加工工具的貼合性之間存在聯系。當貼合系數較高時，金屬粘結內部材料會受到較大吸引力，粘結后，局部保護層脫落情況減少。在完成外壓操作后，金屬粘結表層沖擊力會變小，金屬粘結后的脫落性比較高。通過分析，對壓力加工工具和金屬粘結之間的關系有一個初步了解，為后期的深入探究作好準備。在選擇壓力加工工具材質時，對表層彈性有一定要求，要處于中上等水平。在操作中，確保金屬粘結兩端資源都處于可變化性彈性變化狀態(tài)中，保證資源可綜合性調節(jié)。在使用壓力加工工具時，需要適當調節(jié)加壓大小，確保具有較強的靈活性，同時，要重視工具材質貼合系數的運用。例如在企業(yè)實際生產活動中，通過分析壓力加工工具與金屬之間的貼合度來選擇設備材質，建議采用貼合度較高的工具，使用效果會更好。

1.2 工具材質的耐壓強度產生的影響

對于金屬粘結而言，壓力加工工具的主要作用是加壓。如果耐壓性不能滿足實際需求，在金屬粘結加壓后，工具發(fā)生變形的可能性就會較大，甚至會完全破壞。當壓力加工工具的耐壓強度較大時，壓力工具材質承受的壓力會變大，內部金屬材質承受的壓力會變小，很難起到固定作用。將壓力加工工具應用到實際生產中，對壓力進行適當調整，對于提升制品質量具有促進作用。采用壓力加工工具進行表層金屬粘結時，技術人員要了解金屬粘結操作的實際情況，對壓力進行適當調整，保證生產活動順利開展，實現預期目標。

1.3 工具材質中含碳量的影響

壓力加工工具的含碳量和壓力強度有著很大關系。一般情況下，當含碳量比較多時，設備硬度就會較大。在壓力條件不變的情況下，當壓力強度較高時，在金屬粘結中的運用效果會較好。如果壓力加工工具的含碳量比較少，對加工活動會產生不利影響。金屬膜破損后，若得不到有效保護和鞏固，外層切面流體脫落強度會下降。為了滿足實際生產需求，要科學選擇壓力加工工具材質。當金屬粘度硬結為中等時，可以選擇含碳量較低的壓力加工工具，在實際生產中，要運用含碳量較高的壓力加工工具[2]。

1.4 對粘結產生的影響

在后期研究中引入更多的新技術、新理念，對工具與金屬之間粘結的具體機理形成了正確認識。對于需要相互融合的金屬，當本身庫容度比較大、合金性較強時，金屬之間的相互擴散性和親和力會變得更強。在這一認識前提下，研究人員開展了相關實驗，從實驗中結合生產情況來看，設置不同對比組。通過結果分析，發(fā)現彈性模量相對較高時，粘結系數偏低；原子半徑偏小，粘結系數較低；當材料熔點較高時，實際粘結系數偏低。

2 接觸面擴散過程對粘結的影響

在實際加工中，摩擦區(qū)溫度、壓力等因素的影響都會促使原子發(fā)生擴散、再結晶的變化。在這些變化中，工具及金屬表層元素會發(fā)生變化，具體表現為越過界面并相互擴散，相互融合后便發(fā)生了變化。對摩擦試片進行觀察：在相互固液的配對金屬中，出現了相互擴散的情況，擴散程度比較深，即使是微小的磨損粉粒都是兩種材料的混合物，但其他配對金屬卻看不到這種現象。開展不同牌號工具鋼與鋁合金擴散磨損實驗，得出結論：靜態(tài)接觸條件下的相互擴散過程與摩擦條件下是相同的，Al和Fe互擴發(fā)生在某一界面上，在不同牌號的工具鋼內，Al擴散深度差異明顯。當擴散深度比較小時，與之相關的因素都比較小，擴散中工具鋼表面形成了Al-Fe的金屬化合物，使得硬度變大[3]。

實驗所得數據信息如表1所示，主要探究出現較強黏度時，溫度A和配對材料中較軟材料的熔點B之間的關系。通常情況下，如果界面溫度達到再結晶溫度，擴散過程會變得更加快速，粘結和磨損也會變得更加嚴重?？梢缘贸鼋Y論：當熱加工溫度超過再結晶溫度時，工具與變形金屬間的粘結較冷加工時更加嚴重。

表1 實驗數據信息

3 工具材質的選擇

根據壓力加工工具材料種類及特性，對材料組織成分進行分析，將實驗和實際使用情況相比可以得出重要結論。為了滿足實際生產需求，要求工具材料具有抗金屬粘結和耐磨性，因此，要加強技術研究，增加工具材料的含碳量，可以發(fā)揮更大作用。組織中的碳化物量增加，分布也更加彌散。通過實驗發(fā)現，在制作合金時，要將一氧化碳的質量分數控制在5%～20%。當一氧化碳不斷增加時，其抗粘結性能和耐磨性能會出現減弱的情況。對于經常使用的工具，要考慮到作業(yè)環(huán)境和工作量，確保性能良好，這樣才能確保后期正常使用[4]。當作業(yè)條件發(fā)生改變時，對工具的要求也會發(fā)生變化，要根據實際情況而定。部分工具在加工過程中無法滿足硬度要求，不僅會影響到正常加工，而且會損壞工具[5]。

4 工具材質的表面處理

在實際生產中，處理工具材質表面的方式較多，但最終目的是相同的，就是讓其表面形成和基體存在差異的物質，讓工具材料性質發(fā)生變化，保證工具表面具有較好的耐磨性。常見的處理方法有熔鹽法、浸漬法等，要根據實際情況合理選擇，確保達到預期處理效果。

4.1 工具表層組織對組織粘結的影響

對相關資料進行整理、分析，發(fā)現與變形材料較難形成合金及固液體的工具表面，金屬粘結和磨損都比較少。為了保證制品表面的完整性，要確保其與加工材料的親和力小、強度大。工具表層的碳化物和金屬不易發(fā)生反應，所以，粘結和磨損程度會減輕。當含碳量較高時，磨損量就會變少。碳化物的種類、大小等都會對粘結和磨損產生影響，因此要全面分析[6]。

4.2 工具材質對制品質量的影響

工具材質對金屬粘結和本身磨損的影響較大，如果變形金屬在工具表面粘結，對制品表面會造成破壞，導致質量降低。當粘結物脫落并回粘到制品表面時，會出現“粘疤”情況。當粘結情況比較嚴重時，會出現更多問題，導致加工活動停止。分析發(fā)現，制品表面粗糙度會因為模具材質和表面處理不同而發(fā)生變化。

擠壓材的表面粗糙度與模子定徑區(qū)的表面光潔度及其磨削方法有著很大關系。當定徑帶垂直于軸向方向磨削時，則鋁在軸向流動時，將充滿削紋凹谷形成比較均勻的粘鋁層。當平行于軸向方向磨削時，模具表面會形成分布不均的條狀粘結物，擠壓材表面會變得更加粗糙。經氮化處理的鋼模及硬質合金模子表面，由于鋁具有不易粘結的特性，機加工方法不會產生太大影響[7]。

4.3 減少工具與變形金屬粘結的方法

為了減少工具和變形金屬之間的粘結，應用直接有效的方式，結合不同金屬及變形條件來合理選擇工具材料與表面處理方法。例如采用離子氮化方式來處理擠壓銅鋁用的模子，有助于提高抗粘結能力，延長使用時間?？紤]到工具材料性能要求具有多樣化特點，而且變形金屬種類較多，在實際生產中，為了確保防粘降磨，需要使用潤滑劑，在這一思路下展開研究。實驗發(fā)現，采用含有極性添加劑的潤滑油，可以起到減少金屬粘結的作用，粘附金屬脫落后會進入潤滑油中，讓制品表面看起來非常光潔。使用乳液可以對工具進行冷卻，對于減少粘結和磨損可以起到一定作用，這是實際生產中所得到的。另外，還要注重工具的熱疲勞性和其表面的機加工方法對粘結產生的影響，工具在長期使用過程中，受到不利因素影響，可能會產生小裂紋及印痕，會使得粘結加劇，損傷制品表面。合理調節(jié)工藝參數也是提高制品表面質量的有效方法，要靈活使用[8]。

5 結語

綜上所述，隨著加工制造業(yè)的發(fā)展，壓力加工工具的使用范圍在不斷擴大，同時，對性能也提出了更高的要求，因此要提升應用水平。由于加工制品為金屬，工具材質和表面對金屬粘結會產生影響，要進行深入分析，形成正確認識。了解影響金屬粘結的因素，通過合理選擇工具材質及表面處理方法，不斷提升制品質量，推動我國工業(yè)持續(xù)發(fā)展。