冷作模具的热处理举例优化

典型举例1 T10A钢制冲裁凹模的热处理

模具零件外形尺寸如图2-37所示，要求硬度60～64HRC。该模具是组合凹模的一部分，其中15mm处为配合尺寸，要求热处理变形小。因型孔多，尺寸较大，采用T10A钢制凹模淬火变形开裂可能性大，要保证T10A钢淬火变形小，常采用碱浴分级淬火。

图2-37 T10A钢组合凹模

该凹模板厚度为32mm，超过了T10A钢碱浴淬火的临界尺寸，无法淬透零件。若采用水淬油冷的冷却方法，销孔处又容易引起开裂。为解决这一问题，采用预冷后三液淬火的工艺方案，其工艺曲线如图2-38所示。采取的工艺措施包括：

1）延迟淬火。在T10A钢凹模淬火过程中，热应力起主要作用。延迟淬火是减少热应力的措施之一，其操作方法是将凹模在盐浴炉中奥氏体化后预先空冷，使其冷却到740℃左右，然后进行淬火。740℃左右时，模具呈樱红色，表面挂白盐。

2）由于冲裁模要求刃口部位硬度高，其余非工作部位硬度要求不太高，可采用仅使刃口局部淬硬的硬化方法，以减少模具淬火后的比容变化，有利于防止淬火变形。操作时淬火水冷时间按0.16～0.12s/mm计算，比正常水冷时间缩短1/3～1/2。

3）由于在凹模板直角处的ϕ6mm销钉孔位置壁厚较小，因此，在淬火时易淬透模板并引起开裂。销钉孔一般不要求太硬，以免产生缩孔现象，使互相配合的销钉孔在装配时发生困难，采用在两个直角处包扎铁皮，可以减缓包扎处的冷却速度。

4）采用石棉绳和耐火泥等将M12螺钉孔堵塞，2×ϕ12mm过孔的存在，对减少截面尺寸有利，可均衡冷却速度，用以改变配合面的冷却状态。ϕ12mm过孔不用堵塞，经淬火后变形小，符合设计图纸要求。但该法对操作工人的要求较高，参照时应引起重视。

典型举例2 CrWMn钢制光栏片上冲模的热处理

光学仪器中大量使用的光栏片零件是用0.06～0.08mm厚的低合金冷轧钢带冲裁而成的。要求严格控制零件尺寸精度和α角的公差，表面粗糙度Ra要低于0.8μm，因而对光栏片冲裁模要求较高。光栏片上冲模如图2-39所示，要求硬度为61～64HRC，两针孔之间夹角α为125°10′±8′。

图2-38 T10A钢组合凹模的淬火工艺

图2-39 光栏片上冲模简图

为满足上述技术要求，必须选用合适的模具材料及热处理工艺。光栏片上冲模如果采用T10A等碳素工具钢制造，淬火时易引起变形超差，若选用Cr12型微变形模具钢，则由于要求加热温度高，需要严格采取抗氧化防脱碳措施，因而加工困难，而且生产成本较高。考虑到CrWMn钢具有良好的耐磨性和淬透性，较低的淬火温度，且淬火变形小，故选用CrWMn钢较为合适。(www.xing528.com)

光栏片上冲模制造工艺路线：毛坯→球化退火→粗加工→调质处理→半精加工→去应力退火→精加工→淬火、回火→精磨。其中热处理工艺如下：

（1）球化退火 800℃×（3～4）h，炉冷，720℃×（2～3）h，炉冷至500℃以下出炉空冷。

（2）调质处理 淬火温度830℃×15min，油淬，700～720℃×（1～2）h高温回火，硬度为22～26HRC。

（3）去应力退火 640℃×4h，炉冷至300℃出炉空冷。

（4）淬火、回火 该最终热处理工艺如图2-40所示。淬火后硬度为61～64HRC，α角变形为2′～6′，可达到设计图纸要求。

图2-40 CrWMn钢光栏片上冲模淬、回火工艺

上冲模粗加工后的调质处理可细化组织、改善碳化物的弥散度和分布状态。按照上述工艺处理的上冲模，使用寿命一次可连续冲制1.2万件以上，且冲制的光栏片表面粗糙度低，同时可增加模具的修复次数。

图2-41 GB 818 M6十字槽螺钉光冲模

典型举例365Nb钢制十字槽光冲模的热处理

十字槽光冲模如图2-41所示，采用高速钢、高碳高铬钢制造时，主要以冲芯折断为主，寿命较短；采用60Si2Mn钢时使用寿命达到2万件（被重制的材料硬度为80HRB），发生冲头断尖。实践表明该十字槽光冲模对强韧性有极高的要求。

改用65Nb钢制GB 818 M6十字槽光冲模，热处理工艺如图2-42所示，冲头经低温淬火，高温两次回火后，硬度为59～60HRC，具有很高的强韧性。在A121冷镦机上生产M6螺钉时，平均使用寿命可达8.4万件，最高可达11.4万件，比常规热处理的光冲模寿命可提高5～6倍。冲芯的失效形式为疲劳断裂，最后断裂区为韧窝断口。

图2-42 65Nb钢十字槽螺钉光冲模热处理工艺