45、50高碳钢板模具用钢板的切割工艺优化

赵帅 张焱 任海林 付颖

摘 要：45、50钢板为高碳模具钢，在生产中由于其含碳量较高，在切割加工过程中容易出现切割裂纹。本课题围绕上述问题展开了相关研究，通过优化了轧后堆垛工艺、切割工艺，改进了切割工具形式，解决45、50高碳模具用钢切割裂纹问题，通过工艺优化后，钢板断面合格率大幅提升，获得了良好的实用性和经济效益。

关键词：高碳模具钢;切割裂纹;工艺优化

随着当今社会的迅速发展，对高端模具钢的需求不断增加，尤其是性价比较高的大厚度钢板。同时，用户对高端模具钢的切削性能和硬度均匀性的要求也越来越高[1]在生产中主要存在厚度方向性能不均、鋼板矩形化较差和利用率低的问题。45、50钢板为高碳模具钢，主要用于塑料模具制作，但由于其含碳量较高，用户在切割加工过程中容易出现切割裂纹，导致钢材利用率降低，为了解决此问题，需要研究适合高碳模具钢切割工艺方案，提高切割质量减少切割裂纹。

1 高碳模具用钢成分

高碳模具用钢在生产中主要存在厚度方向性能不均、钢板矩形化不好利用率低的问题为了解决该问题，本文设计使用的模具用钢生产牌号为45、50，规格为11～180mm的模具用碳素结构钢。本课题试验工艺路径和制定生产工艺时都基于节约能源考虑，其用钢牌号和化学成分如表1所示。

火焰切割主要分为早期的手动切割（俗称氧气焊）和半自动切割机，仿形切割机和数控切割机，随着社会的进步和科技的发展，越来越先进，切割功能也越来越强大，是炼钢企业高耗能工序之一。根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说，一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割，因为此类钢板产生的热变形很小。不锈钢和有色金属不能用火焰进行切割，原因是不锈钢在受热后表面产生高密度氧化层，阻止热量向下传递，从而影响板材的熔断;铜铝等有色金属的散热能力很强，导致割面的热量快速散失，也影响到板材熔断。

2 钢板切割相关要求及切割工艺顺行

2.1 切割要求

1）厚度不大于40mm钢板，剪切;

2）厚度大于40mm钢板火切。

钢板应在避风处进行堆垛缓冷，缓冷开始温度350℃～450℃，缓冷时间不小于24小时;每垛下铺、上盖热钢板，避免钢板上下表面同时裸露。

2.2 切割工艺顺序

1）切割钢板前，需要对钢板表面进行检查，存在熔渣等异物时及时清理干净;

2）切割钢板前，使用钢丝刷和通针对烧嘴进行清理和疏通，防止烧嘴塞;

3）调整烧嘴的高度，保证烧嘴最低端距钢板表面为10mm左右;

4）对于冷态钢板，切割前使用切割小车为钢板进行预热，预热目的是清除钢板表面的氧化铁皮。预热过程中不使用高压氧，仅调节预热氧和煤气阀门进行燃烧气体成分的配比。氧气调节的标准是气焰长度为8mm左右，喷射时没有刺耳的声音。煤气调节的标准是钢板表面预热点呈红色，小车走形过程见到氧化铁皮溅起即可;

5）预热速度不宜过快或过慢，以3600mm/min为宜，小车走行一个来回。为防止预热过程溅起的氧化铁皮封堵烧嘴，预热完成后，需开启高压氧阀门，冲洗烧嘴;

6）切割作业时，当发现切割火焰发散、形状不圆润时，应立即更换烧嘴;

7）切割人员需进行指定，由专人进行切割，不允许频繁更换切割人员，切割过程严格按工艺要求执行，并记录在《50钢板切割工艺统计表》中。

采用四种规格的烧嘴，切割时根据钢板的厚度，选择不同规格的烧嘴和切割速度，具体规范见下表2：

3 45、50模具用钢切割工艺优化

3.1 火切温度对火切裂纹的影响

实验挑选40块钢板，将随机20块的切割温度控制于（50±30）℃，余下20的温度控制在（150±30）℃之间。实验之后统计火切裂纹的发生情况，并计算出火切裂纹发生率，高温火切板裂纹发生率为15%，低温火切板裂纹发生率为45%，钢板高温火切比低温火切产生的火切裂纹概率高。

3.2 火切速度对火切裂纹的影响

实验挑选40块钢板，将随机20块火切速度为0.3m/min，另外20件火切速度为0.2m/min。火切后统计火切裂纹发生率，高速火切板裂纹发生率45%，低速火切板裂纹发生率10%。钢板低速火切比高速火切产生的火切裂纹概率低。

采用高温低速火切的工艺，实验挑选100块钢板，随机50块冷却方式为空冷，余下50件采用堆垛缓冷。堆垛8h后进行切割，对比统计和火切裂纹发生率，空冷钢板裂纹发生率12%，堆垛缓冷钢板的裂纹发生率2%。钢板火切后堆垛缓冷比常规空气产生火切裂纹的概率低。

4 结论

综上所述，通过火切工艺研究并进工艺优化，45、50高碳模具钢最终选择0.2m/min的切割速度、堆垛缓冷和钢板切割温度为50±30℃的方式，重点解决切割裂纹问题45、50火焰切割后切口无裂纹。

参考文献：

[1]郑灿.低碳低合金塑料模具钢轧制与热处理工艺研究[D].东北大学，2008.

作者简介：赵帅（2000-），男，吉林白山人，本科在读，研究方向：材料成型及控制工程专业。