浅析热处理工艺对模具寿命的影响

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【摘 要】模具的技术水平的好坏主要是体现在模具的寿命的长短上的，而且模具的寿命也会直接的关系到产品生产加工的效率和成本，而对模具的寿命有影响的因素又很多，模具材料的选择不恰当和热处理工艺的技术水平低下都会造成模具早期的失效。本文主要是对影响模具寿命的热处理工艺进行分析以及提出一些改进的措施。

【关键词】模具寿命 热处理工艺

模具[2]的寿命的长短是对模具的质量进行评价的重要的标准之一，它对产品的生产的效率和生产的成本都是有很大的影响的，随着我国工业的不断的发展开始出现高效与高精密的加工工艺，因此对模具的寿命要求也就更高了，世界各地都开始出现许多提高模具寿命的新的技术，一般一个模具的费用大概占到了整个生产成品的15%以上，所以对提高模具寿命的研究就越加受到关注，对模具的寿命有影响的因素有很多种，但是最为主要的就是材料[1]的选择和热处理技术的水平这俩大因素。

一、热处理工艺和模具寿命长短之间的关系

运用正确的热处理工艺是提高模具寿命最有效的办法，相反如果热处理技术运用不当的话就会对模具的承载能力造成很大的危害，容易引起模具的早期失效，从而缩短了模具的寿命。

下面就是热处理工艺与模具的寿命的长短之间的关系和产生的原因：

（一）模具表面的含碳量，模具在进行淬火加热和回火加热的过程中，如果炉内的环境不合适就容易造成模具表面的氧化和脱碳，模具表面含有脱碳层时，对于冷作模具和热作模具都会使它们发生早期的磨损和断裂，模具表面的含碳量增加会使冷作模具的表面出现崩齿和尖角崩落等失效的现象，而热作模具的表面含碳量太高就会降低模具对冷热疲劳的抵抗力，就会容易出现冷热疲劳裂纹。

（二）淬火的温度，在对模具进行热处理工艺时，如果温度过高就会使模具的晶粒长大，使得模具的冲击韧度降低，疲劳裂纹的发生周期会缩短，而且扩展的速度会加快。所以在对冷冲模进行淬火时温度不能太高，由于热作模具的硬度是低于冷作模具的，所以热作模具的韧性就会高于冷作模具。热作模具的主要的性能特征就是温度强度高和热稳定性以及冷热疲劳抗力和断裂的韧性，所以热模具要采用高温进行淬火，如果淬火的温度过低就会缩短模具的工作寿命，极易引起早期的塑性变形和早期的冷热疲劳以及早期的磨损而失效。

（三）模具的回火的规程，模具的回火是为了减小淬火引起内应力还可以对钢的强韧性进行调整，为了达到回火的这些作用，就必须对回火的温度和时间以及回火的次数进行严格的控制，如果回火的温度低了，回火的次数不够和没达到保温的时间，都是无法达到预期的对模具的要求的，而且会引起模具的早期的失效导致模具寿命缩短，热作模具进行回火时的温度要靠近模具的工作温度，尽量缩短回火温度和工作温度的差距，以此来减少模具表层在工作中产生回火转变而出现的拉应力，如果回火的温度太低，就会使得模具的硬度降低，使模具发生早期的变形与磨损而失效。

（四）模具的强韧化与表面强化的处理，运用强韧化的处理与表面强化的处理，可以让模具拥有良好的整体强韧性与优质的表面强度，是提高各类模具使用寿命的主要有效的途径。

二、热处理工艺

热处理[3]工艺是提高模具寿命的主要的措施，目前的热处理工艺只考虑了表面的硬度和淬火的变形情况，而对强度与硬化的要求考虑的很少，所以无法有效的发挥出热处理工艺的作用。许多的工厂采用了微变形的分级等温淬火的工艺，可以很好的减少模具的变形情况，还能获得良好的机械性能。常用的淬火的介质主要有碱浴和硝盐等，一般在熔碱中都含有一些水分，可以降低它的熔点增加其流动性，还可以借用水的蒸发来吸收热量，使得熔盐的淬火能力提升。在碱浴中加入亚硝酸钠可以在模具的表面产生一些金黄色的氧化膜，这层氧化膜可以很好的提高模具表面的防锈的能力，还可以抑制碱浴表面的结壳硬化的现象，从而降低碱浴的熔点，良好的流动性来增加冷却的速度，可以使模具的表面硬度变的均匀。

三、以轴承滚柱冷镦凹模失效为实例进行分析

鉴于以上的热处理技术与模具寿命长短之间的关系的分析，在生产中以轴承滚柱冷镦凹模失效为实例进行分析，从而进一步从实践中说明这两者之间的关系。

（一）凹模工作的环境条件

轴承滚子冷镦组合凹模是用于冷镦轴承滚柱的，该凹模是在冷镦机上进行工作的，工作时的压力大约为1 600kN，冷镦时的速度是72次/min.，被冷镦的坯料为GCr15轴承钢，它的硬度为170～207HB，组合凹模的上模和底模采用Cr12MoV钢制造，外套和压板用GCr15钢制造，上模的寿命是最低的，凹模的内腔壁容易受到强烈的冲击性摩擦，所以要求它具有较高的耐模性与强韧性，凹模的热处理工艺为1 100e盐炉加热油淬，，510e回火两次，每次一个半小时，回火后硬度为60HRC以上。

（二）凹模失效的形式与原因分析

小规模凹模的寿命为3 000粒滚子，大型滚子凹模的寿命更低，凹模失效形式主要有擦伤和剥落与开裂。擦伤是因为坯料对凹模型腔壁产生的剧烈摩擦而造成不同程度的伤痕，擦伤严重时会滚子的光洁程度造成破坏，还会使滚子的尺寸超差。凹模的表面成片进行掉落就称为剥落。冷镦凹模开裂形式主要有两种：第一就是裂纹是由于严重的擦伤处，还有因为由剥落产生的尖锐的凹坑处。第二就是裂纹从型腔内的表面一直蔓延到外表面最终穿透整个型腔，从这个断口来看，裂纹就是开始于型内表面的上部也就是靠近凹模口的地方向下一直扩展并贯穿整个的模壁。对于这些凹模的失效的形式的分析可以看出，凹模的表面的擦伤与开裂都是导致凹模失效的形式，而凹模的硬度过高是开裂的主要原因，钢材中有太多的没有熔化的碳化物是缩短模具寿命的根本性的原因。

四、热处理工艺对模具使用寿命的影响

（一）淬火的温度对热疲劳的抗力的影响

淬火加热的规范决定了奥氏体的实际的晶粒度和碳与金元素的溶度，奥氏体化的温度对热模具钢的热疲劳性能有一定的影响，在回火硬度相同的情况下，伴随着奥氏体化温度的升高。钢的热疲劳能力就会显著的下降，热裂发生的时间就会推迟，裂纹的扩展的速度也会减慢很多，这是因为有更多的碳溶入了基体，从而增加了基体中的合金元素的固溶度，也就提高了钢的强度。为了达到一致的硬度，高温淬火就必须有较高的温度，来提高热循环的稳定性。

（二）回火对模具寿命的影响

经过了高温加热淬火之后，会使模具的韧性得到很大的提高，从而可以减少模具的断裂失效的现象。模具在不断的锻炼过程当中，因为应力的不断的增加，对外表的抗应力就会就会增大，然而会导致一些薄弱处的拉应力超过强度的极限而发生裂纹导致模具的失效。对此观点我们可以做这样的一个试验：运用相同的模具在锻打国900此后在进行补充性的回火在锻打800次后在进行第二次的补充回火，结果模具的寿命得到了很大的提高。进行补充回火不但是可以延缓纹裂的产生，还可以延缓表面发生的龟裂的时间，进行补充回火可以显著的提升断裂的韧性，以此提高模具的使用寿命。

（三）表面的热处理对模具寿命影响

在模具的使用过程中，磨损和疲劳是必然会发生的，在热疲劳裂纹出现之前，总是会有一定的孕育期的，这也有利于模具的耐磨损能力。在对热循环条件比较苛刻的模具就可以运用适当的表面处理技术，以此来提高它的耐磨性，最终达到提高寿命的目的。根据资料显示，对热模具钢进行碳氮的共渗，可以很好的提高模具的硬度和耐磨性延长了模具使用的寿命，为了保证模具的抗疲劳性，渗层的深度一般不宜超过1毫米。

五、结语

模具的使用的寿命是一个比较复杂的技术性的问题，如果模具的使用寿命过底，就会增大产品在生产时的成本也降低了生产的效率，对产品的竞争力有很大的影响。所以要延长模具的寿命就需要模具工程技术人员的不断的努力，模具的失效主要是与热处理工艺有关的，我在要针对热处理工艺中出现的缩短模具寿命的因素进行具体的分析，针对不同的因素，采用不同的措施对模具的早期失效进行预防，最大限度的来提高模具的使用寿命。

参考文献：

[1]程培源.模具寿命与材料[M].北京：机械工业出版社， 2011

[2]李云程.模具制造工艺学[M].北京：机械工业出版社， 2012.

[3]易文质.模具热处理[M].长沙：湖南科学出版社， 2009.

作者简介：李新栋（1989-）男，汉族，湖北汉川人，现为华中科技大学文华学院机电学部10级材料成型及控制工程专业3班学生。