哈爾濱電機廠有限責任公司 （黑龍江 150040） 王麗梅 康寶軍

模具制造業(yè)是使用各種合金工具鋼最多、最廣的領域。通常使用的有以下品種：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高中鉻模具鋼，相對于前兩種鋼而言，高鉻模具鋼具有更好的耐磨性和淬透性，且淬火變形微小，因此應用廣泛。

長期以來，國產制造的模具壽命普遍偏低，與發(fā)達國家先進水平相比，相同制模材料或類似甚至完全相同的沖壓件模具，一般使用壽命只有發(fā)達國家的1/3～1/2。主要差距表現(xiàn)在制模材料成分、鍛坯質量及制模工藝等方面。

1.沖模鍛坯質量

通常沖模的失效形式主要是磨損，其次是變形、疲勞和斷裂。磨損是最常見而又普遍的失效形式。通過對大量失效報廢沖模的分析研究可知，無論哪種失效形式都與沖模的凸凹模材料性能及其內在質量有密切相關。

沖模失效有以下幾種情況：

（1）刃口過量磨損 這主要發(fā)生在沖裁模上，其凸凹模磨損與其制模材料性能和熱處理有關。因此，沖裁凸凹模鍛坯應選用耐磨優(yōu)質合金材料，采用改鍛工藝制坯；熱處理除需淬透外，對凸凹模還要作滲氮、軟氮化等表面強化處理。這樣模具硬度可達64HRC以上，沖模壽命提高2～3倍。

（2）凸模折斷 此形式尤其在非圓形沖孔（或落料）凸模上突出，這除與材料性能、熱處理有關外，與其橫斷面復雜也有重要關系。因此，為防止這類失效，不僅要提高模具鍛坯性能及強化表面，還應在不影響沖壓件質量的前提下，改善凸模橫斷面復雜形狀，消除如銳角、凹口、凸臺、齒形及細長懸臂等易造成應力集中的因素。

（3）成形型腔磨損、局部壓塌、凸模鐓粗等失效 主要發(fā)生在壓印、壓花、拉深、彎曲、沖擠、打扁、聚積、擠凸、凸肚及縮徑等成形沖模工序。對這類失效除材料問題外，通過模腔表面強化處理、表面研磨拋光（Ra＝0.1μm），再配以有效潤滑，模具壽命將大幅提高。

2.高鉻模具鋼改鍛的意義

作為沖模常用材料的高鉻模具鋼，其力學性能的高低，與沖模的使用和壽命息息相關。在國外常通過改鍛來提高高合金工具鋼的力學性能，而國產高合金工具鋼，尤其是冷作模具用高合金工具鋼（如Cr12、Cr12MoV），其共晶碳化物極不均勻，若不改進，是不能滿足沖模需要的。因此，需采用先進鍛造工藝進行改鍛，以達到制模要求。

冷作模具高合金鋼的鍛造，不僅限于獲得理想的幾何形狀，消除冶金缺陷（如鍛焊內部疏松、非氧化氣孔等），更重要的是通過合理的鍛造操作，大幅提高鋼的力學性能。

3.改鍛的基本工藝要素

高合金工具鋼軋（鍛）材的改鍛與一般自由鍛有別，各個環(huán)節(jié)都有具體的要求。欲將其改鍛成高質量的凸凹模鍛坯，必須事先確定好以下一些基本要素。

（1）對原始毛坯的要求 模具制造大都是單件、小批量生產，模具鍛坯的原始毛坯下料主要采用鋸切割。要求兩端平整（傾角小于10°），其毛坯尺寸還應考慮加工余量和火耗。為了滿足首次鐓粗鍛造比，便于擊碎材料組織中顆粒粗大的碳化物，推薦按下式確定毛坯長度尺寸：

式中，L為毛坯長度；d為圓毛坯直徑；A為方毛坯邊長。

（2）加熱規(guī)范 常用高合金工具鋼鍛造加熱規(guī)范如表1所示。

表1 鍛造加熱規(guī)范 （℃）

（3）鍛造設備噸位 高合金工具鋼在鍛造溫度下比普通碳鋼強度高、塑性差。為了更有利在接近終鍛溫度進行鍛造，便于打碎鋼中碳化物，從而改善鋼的內部組織，在鍛造高合金工具鋼時，其鍛造設備噸位應選得高一點。根據(jù)鍛件重量選擇設備噸位，參考表2。

表2 鍛錘噸位選用推薦 （kg）

模具形狀、尺寸及表面質量符合要求，同時也要求改善其內部質量。迄今為止，后者仍然要靠鍛造的變形工步來達到。對于一般的碳鋼和低合金鋼，必須在始鍛溫度下，加大鍛造比，猛烈鍛打使其鍛透，改善其內部質量。而高合金工具鋼，特別是低塑性合金鋼，因塑性太低，不能用自由鍛造方法。但當其處在全向不等值壓縮狀態(tài)下（即三向受壓應力狀態(tài)），其塑性可得到提高。在擠壓筒中擠壓和閉式模腔中模鍛，屬于這種應力狀態(tài)。

用自由鍛工藝鍛造高合金模具鋼時，若采用“方－扁方－方”拔長的鍛造工步，則鍛坯受力狀態(tài)可看作近似的三向壓應力狀態(tài)，可更好地鍛透并挖掘材料的塑性潛力。

（4）高鉻模具鋼改鍛工步的選定 高合金工具鋼沖模鍛坯，要求其共晶碳化物顆粒應細小而均勻分布，無宏觀、微觀偏析。未經精煉的國產高合金工具鋼軋（鍛）材，需進行改鍛才能改變材料力學性能，滿足沖模鍛坯的要求。目前行之有效的改鍛方法有以下幾種：①順纖維方向鐓拔3次以上。沿原始毛坯的纖維方向（軸向），確保鍛造比大于2，在一火內快速連續(xù)鐓拔3次以上。這種方式適合高速鋼及小尺寸高合金工具鋼鍛坯的改鍛。缺點是若鐓拔次數(shù)不足或鍛造比過小則鍛不透，從而導致碳化物分布有明顯方向性，操作不當時，還易出現(xiàn)空心裂紋。②變向反復鐓拔3次以上。第一次順纖維鐓拔，第二次垂直于纖維方向拔長再鐓粗。按此順序可分為單十字、雙十字和多十字鐓拔。這種鐓拔工步要點：一火內完成全部十字鐓拔；鍛造比大于2，鐓粗前后鍛坯高度相差一倍；為避免鐓粗凸肚裂紋，應采用傾斜旋轉多次輕擊快打；拔長采用“方－扁方－方”走料。實踐證明，經三種十字鐓拔，可以滿足多數(shù)800mm以下毛坯軋（鍛）材各種鍛坯改鍛的需要。

雖然采用相同的變形工步，同樣的生產條件，但由于鍛工操作技術水平不一，加之原始毛坯的內在質量差異，改鍛后效果有時仍然會有較大差別。

4.結語

經改鍛后的Cr12鋼鍛坯，其共晶碳化物的不均勻度達到國標2級以上，有的也能達到l級，使原始毛坯軋（鍛）材的碳化物不均勻度提高了4級以上。統(tǒng)計資料顯示，這種由改鍛高合金工具鋼制造的沖模，壽命均有大幅提高（達30%～50%）。