汽车覆盖件冲压模具热处理研究

赵子海，曹长才，谭植文，谭文娟，王 健

浙江吉利汽车实业有限公司（浙江宁波 315336）

1 引言

大型覆盖件模具、中型结构件模具，在冲压自动线高节拍生产时，对做功部分凸模、凹模、压边圈等零件进行合理的热处理，会提高模具做功部分零件的硬度、韧性、耐磨性，从而提高模具使用寿命，保证冲压稳定批量生产。

本文主要针对冲压大型覆盖件模具，中型结构件模具的凸模、凹模、压边圈等零件在模具加工制造过程中热处理方式和要求进行研究。

2 模具做功部分零件的热处理方式定义、分类

2.1 整体淬火

通过专用工具对钢块进行加热、保温、冷却来改变钢块晶相组织的一种热处理工艺。

优点：淬火硬度高，属于整体淬火。

缺点：淬火变形大，容易出现淬火裂纹；淬火后不易补焊，维修困难。

2.2 火焰淬火（FH）

用乙炔一氧火焰（最高温度3,100℃）将工件表面快速加热，随后喷液（水或有机冷却液）冷却的表面淬火方法；淬透层2～6mm。

优点：设备简单、成本低，操作简便。

缺点：表面容易烧化、过热、淬裂，很难达到均匀的淬火层与高的表面硬度；淬火变形大。

2.3 感应淬火（IH）

利用高、中频电磁感应在工件内产生涡流，而将工件表面进行加热，然后快速冷却的表面淬火方式；淬透层2～4mm。

优点：感应淬火硬度比火焰淬火高（2～3HRC），工件加热时间短，表面氧化脱碳量少；淬火比较均匀。

缺点：需根据不同的零件尺寸形状，设计不同的感应线圈。

2.4 激光淬火（LH）

利用聚焦后的激光束快速加热钢铁块的材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程；激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的表面淬火方式；淬透层0.3～1.2mm。

优点：激光淬火淬硬层均匀，淬火硬度比感应淬火高（1～3HRC），工件变形小，加热层深度与加热轨迹容易控制。

缺点：激光淬火设备比较昂贵，淬透层比较浅。

3 拉伸模热处理要求

3.1 拉伸模工作部分常用材质分类

（1）GGG70L/MoCr铸铁用于薄板料的普板拉伸。

（2）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高强度板拉伸及厚板料拉伸，凹模、压边圈压料面处镶锻件。

3.2 拉伸模工作部分热处理要求

3.2.1 拉伸模工作部分采用GGG70L/MoCr铸铁材质时的热处理要求

（1）凸、凹模、压边圈工作区域，热处理方式选择感应淬火或者激光淬火方式，不选火焰淬火方式；外板模具的工作区域必须先淬火后再进行精加工（精加工留量max0.3mm），以保证零件质量要求；内板结构件模具，采用激光淬火时，可以先精加工再进行激光淬火。

（2）凸、凹模、压边圈，对于R≤15mm的所有外凸R角区域，必须进行热处理。

（3）凸、凹模、压边圈，对于R＞15mm的所有外凸R角区域，如果现场调试时，走料较多（CAE分析走料超过20mm），磨损严重处，需做热处理。

（4）拉伸CAE分析易起皱区域，需做热处理。

（5）压边圈拉伸筋内侧管理面区域，需做热处理。

（6）淬透层，激光淬火≥1mm；感应淬火≥2mm。

（7）淬火硬度：50～55HRC。

（8）圆角处淬火要求，如图1所示，热处理必须超出圆角切点最小5mm。

图1 拉伸模圆角处表面淬火范围

3.2.2 拉伸模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材质时的热处理要求

（1）热处理采用整体淬火方式。

（2）淬火硬度：55～60HRC。

4 修边冲孔模具热处理要求

4.1 修边冲孔模工作部分常用材质分为三种

（1）铸造ICD-5，用于薄板料的普板修边冲孔镶块。

（2）HMD5，用于普板或者薄板料的普通高强度钢板的修边冲孔镶块。

（3）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高强度板拉伸及厚板料修边冲孔镶块。

4.2 修边冲孔模工作部分热处理要求

4.2.1 修边冲孔模工作部分采用铸造ICD-5、HMD5材质时的热处理要求

（1）热处理方式选感应淬火，局部无法感应淬火的区域，可以采用火焰淬火，采用感应淬火或者火焰淬火时，需淬火后再进行精加工。

（2）淬火硬度：55～58HRC。

（3）刃口部位的侧壁与顶部，必须进行热处理。

（4）淬透层最小2mm。

（5）刃口部位淬火区域，如图2、图3所示。

图2 上模修边刀块和废料刀的表面淬火范围

图3 下模修边刀块的表面淬火范围

4.2.2 修边冲孔模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材质时的热处理要求

（1）热处理采用整体淬火方式。

（2）淬火硬度：58～62HRC。

5 翻边整形模具热处理要求

5.1 翻边整形模工作部分常用材质

（1）GGG70L/MoCr铸铁，用于普板或者薄板料的普通高强度钢板的翻边整形凸、凹模。

（2）铸造ICD-5/HMD5，用于普板或者薄板料的普通高强度钢板的翻边整形凸、凹模。

（3）Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX，用于高强度板拉伸及厚板料翻边整形凸、凹模镶块。

5.2 翻边整形模工作部分热处理要求

5.2.1 翻边整形模工作部分采用GGG70L/MoCr铸铁，铸造ICD-5、HMD5材质时的热处理要求

（1）热处理方式选感应淬火或者激光淬火，不选火焰淬火。工件采用激光淬火时，可以精加工后再淬火，但需保证拉伸零件精度及外观质量要求，工件型面采用感应淬火时，需在感应淬火后再进行精加工。

（2）淬火硬度：铸造 ICD-5/HMD5，55～58HRC；GGG70L/MoCr铸铁,50～55HRC。

（3）淬透层，激光淬火≥1mm，感应淬火≥2mm。

（4）翻边模工作部位淬火区域，如图4所示。

图4 翻边刀块的表面淬火范围

（5）整形模工作部位零件及需淬火区域，见图5所示，内容如下：

a.整形整形凸、凹模，R≤15mm的外凸R角区域，必须进行热处理。

b.整形整形凸、凹模，R＞15mm的外凸R角区域，如果现场调试时，走料较多，需做热处理。

c.圆角处淬火要求，热处理必须超出圆角切点最小5mm，参照拉伸模圆角部位淬火要求。

5.2.2 翻边整形模工作部分采用Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材质时的热处理要求

（1）热处理采用整体淬火方式。

（2）淬火硬度：55～60HRC。

6 模具工作部分表面处理或镀层要求

对高强度板零件、大型覆盖件零件的拉伸成形模，除了要求做功区域硬度外，还需进行表面处理或者镀层来进一步提高做功区域的光洁度耐磨性。

（1）表面复合PVD处理，用于拉伸模或翻整类模具成形部分的Cr12MoV/XW-42/SLD/KD11MAX材质镶块。需要做PVD处理的镶块增加高温回火的要求，高温回火的时间和工艺曲线符合国家标准，温度500℃～650℃，次数3次。

（2）DLC处理，用于铝板零件的修边冲孔镶块和翻整类镶块。

（3）镀铬处理，用于拉伸模或翻整类模具成形部分的MoCr铸铁/GGG70L/铸造ICD-5/HMD-5材质部件。

7 结语

主要通过对冲压模具热处理方式和要求的解析，对冲压模具做功部分零件热处理区域做出规范，对进行冲压模具做功区域的热处理具有实际指导作用。

图5 整形模工作部位零件