淺析壓力加工工具的材質及表面處理對金屬粘結的影響

劉致祥，洪 敏，戴宇杰

（武漢工程職業技術學院，湖北 武漢 430415）

隨著社會經濟的發展，對各種工業制品的質量提出了更高的要求，所以要優化加工工藝。在使用壓力加工工具時，其材質和表面處理會影響金屬粘結，為了更加準確地了解相關情況，開展分析是很有必要的。結合研究成果，合理選擇工具材質，對表面進行有效處理并應用到生產中去，對于推動企業發展具有重要意義。

1 工具與變形金屬間的摩擦與粘結

金屬粘結是指金屬材質之間的融合，將兩者相互連接到一起，可以起到固定的作用。在壓力加工過程中，根據生產需求，需要采用壓力工具。金屬粘結先要劈裂表層潤滑膜。金屬表層有一層保護膜，主要是對金屬進行保護，因此，在金屬粘結時，會破壞保護膜，主要目的是讓空氣進入內部結構。當金屬內部結構暴露在空氣中會發生氧化反應，在金屬表層形成一層結膜，達到金屬粘結目的。在生產加工過程中，金屬粘結工藝必須要按照固定流程進行，保證達到預期效果[1]。

在現代企業生產中，簡單加工后還要進行加壓加工，產品才可以投入使用。為了確保產品質量滿足實際需求，對加工工具的性能提出了較高要求。企業將重點放在控制壓力加工制品的表面質量上，但是受到各方面因素的影響，研究僅停留在工具胚料表面，對于生產質量的提升作用并不是很明顯。為了改善目前面臨的狀況，要進行深入研究，提高生產質量。

1.1 工具材質彈性的影響

在生產加工中發現，材料的強度大小會影響金屬粘結效果。如果選用的壓力加工工具表層彈性較大，在外力作用下，金屬粘結很有可能會受到影響；如果選用的壓力加工工具表層彈性較小，金屬在高溫環境下發生變化的可能性也較小。壓力加工工具的彈性影響條件與加工工具的貼合性之間存在聯系。當貼合系數較高時，金屬粘結內部材料會受到較大吸引力，粘結后，局部保護層脫落情況減少。在完成外壓操作后，金屬粘結表層沖擊力會變小，金屬粘結后的脫落性比較高。通過分析，對壓力加工工具和金屬粘結之間的關系有一個初步了解，為后期的深入探究作好準備。在選擇壓力加工工具材質時，對表層彈性有一定要求，要處于中上等水平。在操作中，確保金屬粘結兩端資源都處于可變化性彈性變化狀態中，保證資源可綜合性調節。在使用壓力加工工具時，需要適當調節加壓大小，確保具有較強的靈活性，同時，要重視工具材質貼合系數的運用。例如在企業實際生產活動中，通過分析壓力加工工具與金屬之間的貼合度來選擇設備材質，建議采用貼合度較高的工具，使用效果會更好。

1.2 工具材質的耐壓強度產生的影響

對于金屬粘結而言，壓力加工工具的主要作用是加壓。如果耐壓性不能滿足實際需求，在金屬粘結加壓后，工具發生變形的可能性就會較大，甚至會完全破壞。當壓力加工工具的耐壓強度較大時，壓力工具材質承受的壓力會變大，內部金屬材質承受的壓力會變小，很難起到固定作用。將壓力加工工具應用到實際生產中，對壓力進行適當調整，對于提升制品質量具有促進作用。采用壓力加工工具進行表層金屬粘結時，技術人員要了解金屬粘結操作的實際情況，對壓力進行適當調整，保證生產活動順利開展，實現預期目標。

1.3 工具材質中含碳量的影響

壓力加工工具的含碳量和壓力強度有著很大關系。一般情況下，當含碳量比較多時，設備硬度就會較大。在壓力條件不變的情況下，當壓力強度較高時，在金屬粘結中的運用效果會較好。如果壓力加工工具的含碳量比較少，對加工活動會產生不利影響。金屬膜破損后，若得不到有效保護和鞏固，外層切面流體脫落強度會下降。為了滿足實際生產需求，要科學選擇壓力加工工具材質。當金屬粘度硬結為中等時，可以選擇含碳量較低的壓力加工工具，在實際生產中，要運用含碳量較高的壓力加工工具[2]。

1.4 對粘結產生的影響

在后期研究中引入更多的新技術、新理念，對工具與金屬之間粘結的具體機理形成了正確認識。對于需要相互融合的金屬，當本身庫容度比較大、合金性較強時，金屬之間的相互擴散性和親和力會變得更強。在這一認識前提下，研究人員開展了相關實驗，從實驗中結合生產情況來看，設置不同對比組。通過結果分析，發現彈性模量相對較高時，粘結系數偏低；原子半徑偏小，粘結系數較低；當材料熔點較高時，實際粘結系數偏低。

2 接觸面擴散過程對粘結的影響

在實際加工中，摩擦區溫度、壓力等因素的影響都會促使原子發生擴散、再結晶的變化。在這些變化中，工具及金屬表層元素會發生變化，具體表現為越過界面并相互擴散，相互融合后便發生了變化。對摩擦試片進行觀察：在相互固液的配對金屬中，出現了相互擴散的情況，擴散程度比較深，即使是微小的磨損粉粒都是兩種材料的混合物，但其他配對金屬卻看不到這種現象。開展不同牌號工具鋼與鋁合金擴散磨損實驗，得出結論：靜態接觸條件下的相互擴散過程與摩擦條件下是相同的，Al和Fe互擴發生在某一界面上，在不同牌號的工具鋼內，Al擴散深度差異明顯。當擴散深度比較小時，與之相關的因素都比較小，擴散中工具鋼表面形成了Al-Fe的金屬化合物，使得硬度變大[3]。

實驗所得數據信息如表1所示，主要探究出現較強黏度時，溫度A和配對材料中較軟材料的熔點B之間的關系。通常情況下，如果界面溫度達到再結晶溫度，擴散過程會變得更加快速，粘結和磨損也會變得更加嚴重?？梢缘贸鼋Y論：當熱加工溫度超過再結晶溫度時，工具與變形金屬間的粘結較冷加工時更加嚴重。

表1 實驗數據信息

3 工具材質的選擇

根據壓力加工工具材料種類及特性，對材料組織成分進行分析，將實驗和實際使用情況相比可以得出重要結論。為了滿足實際生產需求，要求工具材料具有抗金屬粘結和耐磨性，因此，要加強技術研究，增加工具材料的含碳量，可以發揮更大作用。組織中的碳化物量增加，分布也更加彌散。通過實驗發現，在制作合金時，要將一氧化碳的質量分數控制在5%～20%。當一氧化碳不斷增加時，其抗粘結性能和耐磨性能會出現減弱的情況。對于經常使用的工具，要考慮到作業環境和工作量，確保性能良好，這樣才能確保后期正常使用[4]。當作業條件發生改變時，對工具的要求也會發生變化，要根據實際情況而定。部分工具在加工過程中無法滿足硬度要求，不僅會影響到正常加工，而且會損壞工具[5]。

4 工具材質的表面處理

在實際生產中，處理工具材質表面的方式較多，但最終目的是相同的，就是讓其表面形成和基體存在差異的物質，讓工具材料性質發生變化，保證工具表面具有較好的耐磨性。常見的處理方法有熔鹽法、浸漬法等，要根據實際情況合理選擇，確保達到預期處理效果。

4.1 工具表層組織對組織粘結的影響

對相關資料進行整理、分析，發現與變形材料較難形成合金及固液體的工具表面，金屬粘結和磨損都比較少。為了保證制品表面的完整性，要確保其與加工材料的親和力小、強度大。工具表層的碳化物和金屬不易發生反應，所以，粘結和磨損程度會減輕。當含碳量較高時，磨損量就會變少。碳化物的種類、大小等都會對粘結和磨損產生影響，因此要全面分析[6]。

4.2 工具材質對制品質量的影響

工具材質對金屬粘結和本身磨損的影響較大，如果變形金屬在工具表面粘結，對制品表面會造成破壞，導致質量降低。當粘結物脫落并回粘到制品表面時，會出現“粘疤”情況。當粘結情況比較嚴重時，會出現更多問題，導致加工活動停止。分析發現，制品表面粗糙度會因為模具材質和表面處理不同而發生變化。

擠壓材的表面粗糙度與模子定徑區的表面光潔度及其磨削方法有著很大關系。當定徑帶垂直于軸向方向磨削時，則鋁在軸向流動時，將充滿削紋凹谷形成比較均勻的粘鋁層。當平行于軸向方向磨削時，模具表面會形成分布不均的條狀粘結物，擠壓材表面會變得更加粗糙。經氮化處理的鋼模及硬質合金模子表面，由于鋁具有不易粘結的特性，機加工方法不會產生太大影響[7]。

4.3 減少工具與變形金屬粘結的方法

為了減少工具和變形金屬之間的粘結，應用直接有效的方式，結合不同金屬及變形條件來合理選擇工具材料與表面處理方法。例如采用離子氮化方式來處理擠壓銅鋁用的模子，有助于提高抗粘結能力，延長使用時間。考慮到工具材料性能要求具有多樣化特點，而且變形金屬種類較多，在實際生產中，為了確保防粘降磨，需要使用潤滑劑，在這一思路下展開研究。實驗發現，采用含有極性添加劑的潤滑油，可以起到減少金屬粘結的作用，粘附金屬脫落后會進入潤滑油中，讓制品表面看起來非常光潔。使用乳液可以對工具進行冷卻，對于減少粘結和磨損可以起到一定作用，這是實際生產中所得到的。另外，還要注重工具的熱疲勞性和其表面的機加工方法對粘結產生的影響，工具在長期使用過程中，受到不利因素影響，可能會產生小裂紋及印痕，會使得粘結加劇，損傷制品表面。合理調節工藝參數也是提高制品表面質量的有效方法，要靈活使用[8]。

5 結語

綜上所述，隨著加工制造業的發展，壓力加工工具的使用范圍在不斷擴大，同時，對性能也提出了更高的要求，因此要提升應用水平。由于加工制品為金屬，工具材質和表面對金屬粘結會產生影響，要進行深入分析，形成正確認識。了解影響金屬粘結的因素，通過合理選擇工具材質及表面處理方法，不斷提升制品質量，推動我國工業持續發展。