45、50高碳鋼板模具用鋼板的切割工藝優(yōu)化

趙帥 張焱 任海林 付穎

摘 要：45、50鋼板為高碳模具鋼，在生產(chǎn)中由于其含碳量較高，在切割加工過程中容易出現(xiàn)切割裂紋。本課題圍繞上述問題展開了相關(guān)研究，通過優(yōu)化了軋后堆垛工藝、切割工藝，改進(jìn)了切割工具形式，解決45、50高碳模具用鋼切割裂紋問題，通過工藝優(yōu)化后，鋼板斷面合格率大幅提升，獲得了良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高碳模具鋼;切割裂紋;工藝優(yōu)化

隨著當(dāng)今社會(huì)的迅速發(fā)展，對(duì)高端模具鋼的需求不斷增加，尤其是性價(jià)比較高的大厚度鋼板。同時(shí)，用戶對(duì)高端模具鋼的切削性能和硬度均勻性的要求也越來越高[1]在生產(chǎn)中主要存在厚度方向性能不均、鋼板矩形化較差和利用率低的問題。45、50鋼板為高碳模具鋼，主要用于塑料模具制作，但由于其含碳量較高，用戶在切割加工過程中容易出現(xiàn)切割裂紋，導(dǎo)致鋼材利用率降低，為了解決此問題，需要研究適合高碳模具鋼切割工藝方案，提高切割質(zhì)量減少切割裂紋。

1 高碳模具用鋼成分

高碳模具用鋼在生產(chǎn)中主要存在厚度方向性能不均、鋼板矩形化不好利用率低的問題為了解決該問題，本文設(shè)計(jì)使用的模具用鋼生產(chǎn)牌號(hào)為45、50，規(guī)格為11～180mm的模具用碳素結(jié)構(gòu)鋼。本課題試驗(yàn)工藝路徑和制定生產(chǎn)工藝時(shí)都基于節(jié)約能源考慮，其用鋼牌號(hào)和化學(xué)成分如表1所示。

火焰切割主要分為早期的手動(dòng)切割（俗稱氧氣焊）和半自動(dòng)切割機(jī)，仿形切割機(jī)和數(shù)控切割機(jī)，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，越來越先進(jìn)，切割功能也越來越強(qiáng)大，是煉鋼企業(yè)高耗能工序之一。根據(jù)金屬材料和切割金屬的厚度從工藝角度來說，一般5mm以上的碳鋼板推薦用火焰進(jìn)行切割，因?yàn)榇祟愪摪瀹a(chǎn)生的熱變形很小。不銹鋼和有色金屬不能用火焰進(jìn)行切割，原因是不銹鋼在受熱后表面產(chǎn)生高密度氧化層，阻止熱量向下傳遞，從而影響板材的熔斷;銅鋁等有色金屬的散熱能力很強(qiáng)，導(dǎo)致割面的熱量快速散失，也影響到板材熔斷。

2 鋼板切割相關(guān)要求及切割工藝順行

2.1 切割要求

1）厚度不大于40mm鋼板，剪切;

2）厚度大于40mm鋼板火切。

鋼板應(yīng)在避風(fēng)處進(jìn)行堆垛緩冷，緩冷開始溫度350℃～450℃，緩冷時(shí)間不小于24小時(shí);每垛下鋪、上蓋熱鋼板，避免鋼板上下表面同時(shí)裸露。

2.2 切割工藝順序

1）切割鋼板前，需要對(duì)鋼板表面進(jìn)行檢查，存在熔渣等異物時(shí)及時(shí)清理干凈;

2）切割鋼板前，使用鋼絲刷和通針對(duì)燒嘴進(jìn)行清理和疏通，防止燒嘴塞;

3）調(diào)整燒嘴的高度，保證燒嘴最低端距鋼板表面為10mm左右;

4）對(duì)于冷態(tài)鋼板，切割前使用切割小車為鋼板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱目的是清除鋼板表面的氧化鐵皮。預(yù)熱過程中不使用高壓氧，僅調(diào)節(jié)預(yù)熱氧和煤氣閥門進(jìn)行燃燒氣體成分的配比。氧氣調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)是氣焰長(zhǎng)度為8mm左右，噴射時(shí)沒有刺耳的聲音。煤氣調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)是鋼板表面預(yù)熱點(diǎn)呈紅色，小車走形過程見到氧化鐵皮濺起即可;

5）預(yù)熱速度不宜過快或過慢，以3600mm/min為宜，小車走行一個(gè)來回。為防止預(yù)熱過程濺起的氧化鐵皮封堵燒嘴，預(yù)熱完成后，需開啟高壓氧閥門，沖洗燒嘴;

6）切割作業(yè)時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)切割火焰發(fā)散、形狀不圓潤(rùn)時(shí)，應(yīng)立即更換燒嘴;

7）切割人員需進(jìn)行指定，由專人進(jìn)行切割，不允許頻繁更換切割人員，切割過程嚴(yán)格按工藝要求執(zhí)行，并記錄在《50鋼板切割工藝統(tǒng)計(jì)表》中。

采用四種規(guī)格的燒嘴，切割時(shí)根據(jù)鋼板的厚度，選擇不同規(guī)格的燒嘴和切割速度，具體規(guī)范見下表2：

3 45、50模具用鋼切割工藝優(yōu)化

3.1 火切溫度對(duì)火切裂紋的影響

實(shí)驗(yàn)挑選40塊鋼板，將隨機(jī)20塊的切割溫度控制于（50±30）℃，余下20的溫度控制在（150±30）℃之間。實(shí)驗(yàn)之后統(tǒng)計(jì)火切裂紋的發(fā)生情況，并計(jì)算出火切裂紋發(fā)生率，高溫火切板裂紋發(fā)生率為15%，低溫火切板裂紋發(fā)生率為45%，鋼板高溫火切比低溫火切產(chǎn)生的火切裂紋概率高。

3.2 火切速度對(duì)火切裂紋的影響

實(shí)驗(yàn)挑選40塊鋼板，將隨機(jī)20塊火切速度為0.3m/min，另外20件火切速度為0.2m/min。火切后統(tǒng)計(jì)火切裂紋發(fā)生率，高速火切板裂紋發(fā)生率45%，低速火切板裂紋發(fā)生率10%。鋼板低速火切比高速火切產(chǎn)生的火切裂紋概率低。

采用高溫低速火切的工藝，實(shí)驗(yàn)挑選100塊鋼板，隨機(jī)50塊冷卻方式為空冷，余下50件采用堆垛緩冷。堆垛8h后進(jìn)行切割，對(duì)比統(tǒng)計(jì)和火切裂紋發(fā)生率，空冷鋼板裂紋發(fā)生率12%，堆垛緩冷鋼板的裂紋發(fā)生率2%。鋼板火切后堆垛緩冷比常規(guī)空氣產(chǎn)生火切裂紋的概率低。

4 結(jié)論

綜上所述，通過火切工藝研究并進(jìn)工藝優(yōu)化，45、50高碳模具鋼最終選擇0.2m/min的切割速度、堆垛緩冷和鋼板切割溫度為50±30℃的方式，重點(diǎn)解決切割裂紋問題45、50火焰切割后切口無裂紋。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭燦.低碳低合金塑料模具鋼軋制與熱處理工藝研究[D].東北大學(xué)，2008.

作者簡(jiǎn)介：趙帥（2000-），男，吉林白山人，本科在讀，研究方向：材料成型及控制工程專業(yè)。