45、50高碳鋼板模具用鋼板的切割工藝優化

趙帥 張焱 任海林 付穎

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

關鍵詞：高碳模具鋼;切割裂紋;工藝優化

隨著當今社會的迅速發展，對高端模具鋼的需求不斷增加，尤其是性價比較高的大厚度鋼板。同時，用戶對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切割裂紋，導致鋼材利用率降低，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，本文設計使用的模具用鋼生產牌號為45、50，規格為11～180mm的模具用碳素結構鋼。本課題試驗工藝路徑和制定生產工藝時都基于節約能源考慮，其用鋼牌號和化學成分如表1所示。

火焰切割主要分為早期的手動切割（俗稱氧氣焊）和半自動切割機，仿形切割機和數控切割機，隨著社會的進步和科技的發展，越來越先進，切割功能也越來越強大，是煉鋼企業高耗能工序之一。根據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行切割，因為此類鋼板產生的熱變形很小。不銹鋼和有色金屬不能用火焰進行切割，原因是不銹鋼在受熱后表面產生高密度氧化層，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，導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。

鋼板應在避風處進行堆垛緩冷，緩冷開始溫度350℃～450℃，緩冷時間不小于24小時;每垛下鋪、上蓋熱鋼板，避免鋼板上下表面同時裸露。

2.2 切割工藝順序

1）切割鋼板前，需要對鋼板表面進行檢查，存在熔渣等異物時及時清理干凈;

2）切割鋼板前，使用鋼絲刷和通針對燒嘴進行清理和疏通，防止燒嘴塞;

3）調整燒嘴的高度，保證燒嘴最低端距鋼板表面為10mm左右;

4）對于冷態鋼板，切割前使用切割小車為鋼板進行預熱，預熱目的是清除鋼板表面的氧化鐵皮。預熱過程中不使用高壓氧，僅調節預熱氧和煤氣閥門進行燃燒氣體成分的配比。氧氣調節的標準是氣焰長度為8mm左右，噴射時沒有刺耳的聲音。煤氣調節的標準是鋼板表面預熱點呈紅色，小車走形過程見到氧化鐵皮濺起即可;

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

6）切割作業時，當發現切割火焰發散、形狀不圓潤時，應立即更換燒嘴;

7）切割人員需進行指定，由專人進行切割，不允許頻繁更換切割人員，切割過程嚴格按工藝要求執行，并記錄在《50鋼板切割工藝統計表》中。

采用四種規格的燒嘴，切割時根據鋼板的厚度，選擇不同規格的燒嘴和切割速度，具體規范見下表2：

3 45、50模具用鋼切割工藝優化

3.1 火切溫度對火切裂紋的影響

實驗挑選40塊鋼板，將隨機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。實驗之后統計火切裂紋的發生情況，并計算出火切裂紋發生率，高溫火切板裂紋發生率為15%，低溫火切板裂紋發生率為45%，鋼板高溫火切比低溫火切產生的火切裂紋概率高。

3.2 火切速度對火切裂紋的影響

實驗挑選40塊鋼板，將隨機20塊火切速度為0.3m/min，另外20件火切速度為0.2m/min?；鹎泻蠼y計火切裂紋發生率，高速火切板裂紋發生率45%，低速火切板裂紋發生率10%。鋼板低速火切比高速火切產生的火切裂紋概率低。

采用高溫低速火切的工藝，實驗挑選100塊鋼板，隨機50塊冷卻方式為空冷，余下50件采用堆垛緩冷。堆垛8h后進行切割，對比統計和火切裂紋發生率，空冷鋼板裂紋發生率12%，堆垛緩冷鋼板的裂紋發生率2%。鋼板火切后堆垛緩冷比常規空氣產生火切裂紋的概率低。

4 結論

綜上所述，通過火切工藝研究并進工藝優化，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，重點解決切割裂紋問題45、50火焰切割后切口無裂紋。

參考文獻：

[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，2008.

作者簡介：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。