第四节 冷作模具的锻造与热处理

1、第四节第四节 冷作模具的锻造与热处理冷作模具的锻造与热处理 一、冷作模具材料的锻造一、冷作模具材料的锻造 锻造目的：锻造目的：提高材料的致密度和均匀性、细化组织、提高材料的致密度和均匀性、细化组织、 获得合理的流线分布等。获得合理的流线分布等。 1、高碳高合金钢的锻造、高碳高合金钢的锻造 工艺操作要点：工艺操作要点： 加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。 严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。 锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热200300。 操作要领应遵循操作要

2、领应遵循“二轻一重二轻一重”和和“两均匀两均匀”的原则。的原则。 尽量避免冲孔和扩孔。尽量避免冲孔和扩孔。 为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻 锤吨位的选择。锤吨位的选择。 2、钢结硬质合金的锻造、钢结硬质合金的锻造 工艺要点：工艺要点： l钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯 料上的尖角、棱角应磨圆。料上的尖角、棱角应磨圆。 l锻锤吨位选择要合适，参照表锻锤吨位选择要合适，参照表2-44。 l锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。 l锻造比不宜过大，一般大于锻造

3、比不宜过大，一般大于2，注意采用，注意采用 “二轻一重二轻一重”的操作要领。的操作要领。 l13火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎形铁砧或胎 模中进行。模中进行。 二、冷作模具的热处理技术二、冷作模具的热处理技术 1、冷作模具的制造工艺路线、冷作模具的制造工艺路线 一般冷作模具：一般冷作模具：锻造锻造 球化退火球化退火 机械粗加工机械粗加工 淬火与回火淬火与回火 钳修装配。钳修装配。 成形磨削及电加工冷作模具成形磨削及电加工冷作模具 ：锻造锻造 球化退火球化退火 机械粗加工机械粗加工 淬火与回火淬火与回火 机械加工或电加工成机械加工或电加工成 形形 钳修装

4、配。钳修装配。 高精度冷作模具：高精度冷作模具：锻造锻造 球化退火球化退火 机械粗机械粗 加工加工 去应力退火或调质去应力退火或调质 加工成形加工成形 淬火与淬火与 回火回火 钳工修配。钳工修配。 热处理工序安排应注意以下几点：热处理工序安排应注意以下几点： 对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机 械加工之后安排高温回火或调质处理。械加工之后安排高温回火或调质处理。 对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂，对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂， 其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。

5、为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时 再回火再回火 （1）合理选择淬火加热温度）合理选择淬火加热温度 对于具体模具，在加热工艺规范的基础上要作精细选对于具体模具，在加热工艺规范的基础上要作精细选 择，选择的依据主要是模具的使用性能要求。择，选择的依据主要是模具的使用性能要求。 如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选择较高的淬火如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选择较高的淬火 加热温度；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬加热温度；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬 加热温度。加热温度。 （2）合理选择淬火保温时间）合理选择淬火保温时间 生

6、产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可生产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可 按以下经验公式确定按以下经验公式确定 ： t=D t 淬火保温时间（淬火保温时间（min或或s） 加热系数（加热系数（min/mm或或s/mm），见表），见表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 经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对 于形状复杂的模具有时要通过实验来确定淬火保温时间。于形状复杂的模具有时要通过实验来确定淬火保温时间。 （3）合理选择淬火介质）合理选择淬火介质 一般：高合金冷

7、作模具钢，采用较缓的淬火冷却介一般：高合金冷作模具钢，采用较缓的淬火冷却介 质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。 市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、 氯化锌氯化锌 碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提 高淬火质量。高淬火质量。 （4）采用合适的淬火加热保护措施）采用合适的淬火加热保护措施 主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有：主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有： 盐浴加热法盐浴加热法 装箱保护法装箱保护法 涂料保护法涂料保护法 包装保护法包

8、装保护法 3、冷作模具的强韧化处理工艺、冷作模具的强韧化处理工艺 （1）低温淬火工艺）低温淬火工艺 相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。 工艺特点：工艺特点：相对传统淬火加热温度低相对传统淬火加热温度低2030。 性能特点：性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具 脆断、脆裂倾向性。脆断、脆裂倾向性。 l典型冷作模具钢低淬低回工艺见表典型冷作模具钢低淬低回工艺见表2-46 （2）高温淬火工艺）高温淬火工艺 对于某些冷模钢，如对于某些冷模钢，如T7ATI0A、GCr15等，采用等，采用 高于传统工艺淬火温度淬火，可使模

9、具获得较高断裂韧性高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧性 和耐磨性，从而提高模具寿命。和耐磨性，从而提高模具寿命。 （3）微细化处理工艺）微细化处理工艺 即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法 l四步热处理法：四步热处理法： 高温淬火高温淬火+高温回火高温回火+低温淬火低温淬火+低温回火低温回火 如如9Mn2V:820油冷油冷+650回火回火+750 油冷油冷 +200 回火。回火。 l循环超细化处理循环超细化处理 加热加热Ac1（Acm）+1020 加热加热Ac1（Acm） +1020 如如Cr12MoV钢：钢：1150加热油淬加热油

10、淬+650回火回火+ 1000加热油淬加热油淬+650回火回火+1030加热油淬加热油淬+ 170等温等温30min空冷空冷+170回火回火. （4）分级淬火和等温淬火）分级淬火和等温淬火 是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模 具的变形和开裂具的变形和开裂. 冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围 见表见表247. （5）其他强韧化处理方法）其他强韧化处理方法 主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消 除链状碳化物组织的预处理工艺等。除链状碳化物组织的预

11、处理工艺等。 4、主要冷作模具的热处理特点、主要冷作模具的热处理特点 （1）冲裁模）冲裁模 l对于薄板冲裁模对于薄板冲裁模 在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。通在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。通 常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如，常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如， 双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快 速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。 以上工艺方法的具体应用参考表以上工艺方法的具体应用参考表2-48。 l对于重载冷冲模对于重载冷冲模 由于

12、失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证 模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：细化细化 奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、 循环超细化处理、低温淬火循环超细化处理、低温淬火等方法。等方法。 l对于冷剪刀对于冷剪刀 冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但 都要求刀刃抗冲击能力好。都要求刀刃抗冲击能力好。 为了减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是：为了减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是： 热

13、浴淬火。热浴淬火。即碱浴、盐浴和热油，温度一般在即碱浴、盐浴和热油，温度一般在 100180范围。范围。 间断淬火。间断淬火。即加热保温后先油冷至上即加热保温后先油冷至上200250，再，再 转入空冷至转入空冷至80140，立即进行预回火，最后根据硬度，立即进行预回火，最后根据硬度 要求正式回火。要求正式回火。 对成形冷剪刀对成形冷剪刀，根据受载情况可用表，根据受载情况可用表249中的常规中的常规 热处理工艺。热处理工艺。 l为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用 表面强化处理，如碳氮共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌等。表面强化处理，如碳氮共渗、

14、渗硼、盐浴渗钒、渗铌等。 （2）冷镦模）冷镦模 热处理特点如下：热处理特点如下： 碳工钢冷镦凹模采用喷水淬火法可使硬化层沿凹模碳工钢冷镦凹模采用喷水淬火法可使硬化层沿凹模 型腔轮廓均匀分布，以避免过早开裂；采用片状珠光体预型腔轮廓均匀分布，以避免过早开裂；采用片状珠光体预 处理（即完全退火）提高模具强度和断裂韧度和寿命。处理（即完全退火）提高模具强度和断裂韧度和寿命。 冷镦模必须充分回火，冷镦模必须充分回火，2次或次或2次以上。次以上。 采用中温淬火、中温回火工艺，获得最佳强韧性配合。采用中温淬火、中温回火工艺，获得最佳强韧性配合。 采用快速加热工艺，提高模具的韧性。采用快速加热工艺，提高模具

15、的韧性。 采用表面处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。采用表面处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。 典型冷镦模的热处理可参照表典型冷镦模的热处理可参照表250。 （3）冷挤压模）冷挤压模 热处理特点是：热处理特点是： 易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤 压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧 性。性。 高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火 或多次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸，消除应力，或多次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸，

16、消除应力， 提高韧性。提高韧性。 以脆断为主的模具，常采用等温淬火后再二次回以脆断为主的模具，常采用等温淬火后再二次回 火的工艺，以减少淬火内应力。火的工艺，以减少淬火内应力。 采用表面处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗采用表面处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗 硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变表面应力硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变表面应力 状态。状态。 使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作 过程中积累的应力和疲劳。过程中积累的应力和疲劳。 表达式表达式251为典型冷挤压模材料的热处理工艺，为典型冷挤压模材料的热处理工艺，

17、以供参考。以供参考。 l拉深模拉深模 热处理特点是：热处理特点是： 做好加热保护，避免氧化脱碳，以防止表面出现软做好加热保护，避免氧化脱碳，以防止表面出现软 点，表面硬度不得低于点，表面硬度不得低于500HV。 采用表面处理，提高表面的抗磨损和抗粘附的能力。采用表面处理，提高表面的抗磨损和抗粘附的能力。 如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。 拉深模的典型热处理规范见表拉深模的典型热处理规范见表252。 三、冷作模具的热处理实例三、冷作模具的热处理实例 1、 CrWMn钢光栏片的热处理钢光栏片的热处理 右图为光栏片上冲模简图右图为光栏片上冲模简图 技术

18、要求 端面Ra0.8 =125=125108 硬度硬度6164HRC 材料选择材料选择 碳工钢易变形超差，碳工钢易变形超差，Cr12型钢加工困难，故型钢加工困难，故 CrWMn较合适。较合适。 制造工艺路线制造工艺路线 毛坯毛坯球化退火球化退火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工去去 应力退火应力退火精加工精加工淬火回火淬火回火精磨。精磨。 热处理工艺热处理工艺 球化退火：球化退火：80034h，炉冷至，炉冷至72023h， 炉冷至炉冷至500以下出炉空冷。以下出炉空冷。 调质：调质：83015min，油淬，油淬，7007201 2h回火。回火。 去应力退火：去应力退火：6404h，炉冷至，炉

19、冷至300以下出炉。以下出炉。 淬回火：（见右下图）淬回火：（见右下图） 2、T10A钢冲裁凹模的热处理钢冲裁凹模的热处理 模具尺寸如下图模具尺寸如下图 技术要求技术要求 硬度硬度6064HRC 15mm处为配合尺寸，要求变形小处为配合尺寸，要求变形小 淬火工艺淬火工艺 因孔型多，尺寸较大，采用的又是因孔型多，尺寸较大，采用的又是T10钢，淬火变形钢，淬火变形 开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用碱浴分级淬碱浴分级淬 火火，并采取适当的防变形措施。，并采取适当的防变形措施。 l采用延迟淬火法。采用延迟淬火法。 l刃口采用局部淬火法。刃口采用局部淬火法

20、。 l模具直角处包扎铁皮。模具直角处包扎铁皮。 lM10螺钉孔用石棉绳堵塞。螺钉孔用石棉绳堵塞。 （T10钢组合凹模的淬火工艺见右上图）钢组合凹模的淬火工艺见右上图） 选材分析选材分析 高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断；高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断； 60Si2Mn钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。 现采用现采用65Nb钢制造，经低温淬火、高温二次回火，寿钢制造，经低温淬火、高温二次回火，寿 命相比传统材料常规热处理工艺提高命相比传统材料常规热处理工艺提高56倍。倍。 热处理工艺热处理工艺（见右下图见右下图） 热处理后硬度为热处理后硬度为5059HRC 图图238 3、65Nb十字槽光冲模的热处理十字槽光冲模的热处理 性能要求：性能要求： l极高的强韧性，高耐磨性。极高的强韧性，高耐磨性。 4、W6Mo5Cr4V2钢冷挤压钢冷挤压 凹模的热处理凹模的热处理 冷挤压凹模和热处理见下图冷挤压凹模和热处理见下图 图图239图图240 技术要