CN106984716B - 一种冲压模具用冲头 - Google Patents
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Abstract
一种冲压模具用冲头，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，经过磁控溅射锌层和对其进行钝化处理后，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；所得锌层较纯，耐酸碱腐蚀性很好，能显著提高其防护性，对冲头杆体冲压作业端面的堆焊处理形成的堆焊层使得冲头端部其硬度耐高温性得到明显提高，使得冲压使用寿命延长，并且易进行修复，堆焊工艺也使堆焊层与铜合金结合性良好。
Description
技术领域
本发明涉一种冲压模具用冲头及其制造方法，属于冲压模具领域。
背景技术
冲头经受反复的循环使用，这种工况要求其材料必须具有良好的强度、 高耐磨性、高耐热疲劳强度和良好的坚韧性及抗高温氧化性。传统的材料冲头耐磨性、强度、耐腐蚀性能均相当差，导致使用寿命较低，而且还容易损坏冲压元件，造成实际使用不必要的浪费，不但加大了操作 人员的劳动强度，而且综合成本居高不下。
发明内容
为了克服现有以上上的缺陷及难题，本发明提供一种冲压模具用冲头及其制造方法。
一种冲压模具用冲头，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1130-1150℃，待原料全部溶化后，温度降至1040-1060℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉50-60份，生石灰粉10-20份，白云石粉5-8份，蛭石粉5-6份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.5-0.7﹪，Sn 0.5-0.6﹪， Co 0.3-0.5﹪， Ba 0.2-0.3﹪，Ca 0.1-0.3﹪，Mo 0.08-0.1﹪ Mg0.04-0.08﹪，Al0.05-0.07﹪，Si 0.02-0.03﹪，Ce 0.02-0.03﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-10μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬5-6g/L，醋酸钠1-4g/L，硅溶胶3-5g/L，酒石酸1-2g/L，氯化钴1-3g/L，六偏磷酸钠1-2g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 7-9%，Mn 5-6%，Si 2-5%，Fe 2-5%，V 1-3%，C 1-2%，余量为Ni。
一种冲压模具用冲头的制造方法，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1130-1150℃，待原料全部溶化后，温度降至1040-1060℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉50-60份，生石灰粉10-20份，白云石粉5-8份，蛭石粉5-6份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.5-0.7﹪，Sn 0.5-0.6﹪， Co 0.3-0.5﹪， Ba 0.2-0.3﹪，Ca 0.1-0.3﹪，Mo 0.08-0.1﹪ Mg0.04-0.08﹪，Al0.05-0.07﹪，Si 0.02-0.03﹪，Ce 0.02-0.03﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-10μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬5-6g/L，醋酸钠1-4g/L，硅溶胶3-5g/L，酒石酸1-2g/L，氯化钴1-3g/L，六偏磷酸钠1-2g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 7-9%，Mn 5-6%，Si 2-5%，Fe 2-5%，V 1-3%，C 1-2%，余量为Ni。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，脱氧剂加入量为每吨熔液8kg。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡20-30份，氯化钙5-10份，碳化钙5-10份，氟化镁3-5份。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉56份，生石灰粉12份，白云石粉6份，蛭石粉5份。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量25ml/min，氩气分压1.5Pa，杆体温度控制在160℃，溅射时间为10min，溅射电流为0.3A，锌层的厚度为8μm。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，钝化液温度保持在36℃，钝化时间10分钟。
作为优选，所述的一种冲压模具用冲头，冲头杆体加热至200℃进行堆焊，电压36-38V，电流200A，在端面形成堆焊层。
本发明的有益效果是：本发明铜合金通过熔炼过程添加脱氧剂覆盖剂及精炼过程使得铜合金熔融液合金化充分，提高了铜合金机械强度，作为冲压工具支撑主体跟好的承载轴向压力，提高其使用寿命，经过磁控溅射锌层和对其进行钝化处理后，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；所得锌层较纯，耐酸碱腐蚀性很好，能显著提高其防护性，对冲头杆体冲压作业端面的堆焊处理形成的堆焊层使得冲头端部其硬度耐高温性得到明显提高，使得冲压使用寿命延长，并且易进行修复，堆焊工艺也使堆焊层与铜合金结合性良好。
具体实施方式
实施例一
一种冲压模具用冲头及其制造方法，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1140℃，待原料全部溶化后，温度降至1040℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡25份，氯化钙7份，碳化钙5份，氟化镁5份，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉60份，生石灰粉15份，白云石粉7份，蛭石粉5份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.6﹪，Sn 0.5﹪，Co 0.5﹪， Ba 0.2﹪，Ca 0.1﹪，Mo 0.08﹪ Mg0.05﹪，Al 0.05﹪，Si 0.02﹪，Ce 0.02﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-4μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬5g/L，醋酸钠2g/L，硅溶胶3g/L，酒石酸2g/L，氯化钴1g/L，六偏磷酸钠1g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至210℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 7%，Mn 5.5%，Si 3%，Fe 3%，V 1%，C 1%，余量为Ni。
实施例二
一种冲压模具用冲头及其制造方法，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1135℃，待原料全部溶化后，温度降至1050℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡24份，氯化钙9份，碳化钙8份，氟化镁3份，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉52份，生石灰粉16份，白云石粉8份，蛭石粉6份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.5﹪，Sn 0.5﹪，Co 0.4﹪， Ba 0.3﹪，Ca 0.2﹪，Mo 0.09﹪ Mg0.08﹪，Al 0.07﹪，Si 0.03﹪，Ce 0.02﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-4μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬6g/L，醋酸钠1g/L，硅溶胶5g/L，酒石酸1g/L，氯化钴2g/L，六偏磷酸钠2g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 9%，Mn 6%，Si 3%，Fe 2%，V 1%，C 1.5%，余量为Ni。
实施例三
一种冲压模具用冲头及其制造方法，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1130℃，待原料全部溶化后，温度降至1055℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡28份，氯化钙5份，碳化钙6份，氟化镁4份，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉54份，生石灰粉16份，白云石粉6份，蛭石粉5份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.7﹪，Sn 0.6﹪，Co 0.4﹪， Ba 0.2﹪，Ca 0.1﹪，Mo 0.09﹪ Mg0.07﹪，Al 0.06﹪，Si 0.02﹪，Ce 0.02﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-4μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬6g/L，醋酸钠4g/L，硅溶胶5g/L，酒石酸1g/L，氯化钴1g/L，六偏磷酸钠2g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 8%，Mn 6%，Si 5%，Fe 3%，V 2%，C 1%，余量为Ni。
实施例四
一种冲压模具用冲头及其制造方法，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1140℃，待原料全部溶化后，温度降至1040℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液5-10kg，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡22份，氯化钙10份，碳化钙10份，氟化镁5份，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉58份，生石灰粉12份，白云石粉7份，蛭石粉6份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.6﹪，Sn 0.6﹪，Co 0.5﹪， Ba 0.25﹪，Ca 0.1﹪，Mo 0.1﹪ Mg 0.08﹪，Al 0.06﹪，Si 0.02﹪，Ce0.02﹪，氧含量小于0.015﹪，硫含量小于0.015﹪，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-4μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬5.5g/L，醋酸钠3g/L，硅溶胶3g/L，酒石酸2g/L，氯化钴3g/L，六偏磷酸钠1g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 8%，Mn 5%，Si 5%，Fe 4%，V 3%，C 2%，余量为Ni。
本发明实施例测试结果
表1：铜合金性能参数测试结果
| 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 延伸率% | 硬度HB | |
| 实施例一 | 516 | 462 | 13 | 152 |
| 实施例二 | 514 | 465 | 14 | 149 |
| 实施例三 | 510 | 461 | 12 | 150 |
| 实施例四 | 517 | 466 | 14 | 152 |
表2：堆焊层性能参数测试结果
| 在转数为80r/min磨损试验机，旋转1800转后体积磨损（mm<sup>3</sup>） | 硬度HRC | 冲击韧性AKV/J | |
| 实施例一 | 23 | 42 | 20 |
| 实施例二 | 24 | 47 | 19 |
| 实施例三 | 26 | 45 | 20 |
| 实施例四 | 23 | 41 | 17 |
表3：经过激光冲击处理后性能测试结果
| 在转数为80r/min磨损试验机，旋转1800转后体积磨损（mm<sup>3</sup>） | 硬度HB | |
| 实施例一 | 34 | 165 |
| 实施例二 | 35 | 167 |
| 实施例三 | 32 | 163 |
| 实施例四 | 32 | 160 |
本发明的有益效果是：本发明铜合金通过熔炼过程添加脱氧剂覆盖剂及精炼过程使得铜合金熔融液合金化充分，提高了铜合金机械强度，作为冲压工具支撑主体跟好的承载轴向压力，提高其使用寿命，经过磁控溅射锌层和对其进行钝化处理后，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；所得锌层较纯，耐酸碱腐蚀性很好，能显著提高其防护性，对冲头杆体冲压作业端面的堆焊处理形成的堆焊层使得冲头端部其硬度耐高温性得到明显提高，使得冲压使用寿命延长，并且易进行修复，堆焊工艺也使堆焊层与铜合金结合性良好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种冲压模具用冲头，包括冲头杆体和冲头杆体冲压作业端面上的堆焊层，除冲头杆体冲压作业端面以外的冲头杆体表面具有磁控溅射锌层，
冲压模具用冲头制造方法包括以下步骤：将铜合金熔炼原料加入到熔炼炉中，炉温控制在1130-1150℃，待原料全部溶化后，温度降至1040-1060℃加入脱氧剂，脱氧剂加入量为每吨熔液8kg，脱氧剂包括以下重量份组成：氯化钡20-30份，氯化钙5-10份，碳化钙5-10份，氟化镁3-5份，待脱氧剂充分与熔液充分混合后，静置5-10分钟，加入覆盖剂，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉50-60份，生石灰粉10-20份，白云石粉5-8份，蛭石粉5-6份，静置10-15分钟；将渣料捞出，温度降至1020-1030℃，搅拌加入精炼剂，精炼剂加入量为每吨熔液8-10kg，炉内充入保护气体，精炼20-25分钟；捞出浮渣后，进行铸造成型，得到冲压模具用冲头杆体，铜合金元素质量百分含量组成：Cr 0.5-0.7％，Sn 0.5-0.6％，Co 0.3-0.5％， Ba 0.2-0.3％，Ca 0.1-0.3％，Mo 0.08-0.1％ ，Mg0.04-0.08％，Al 0.05-0.07％，Si 0.02-0.03％，Ce 0.02-0.03％，氧含量小于0.015％，硫含量小于0.015％，余量为Cu，随后将冲头杆体加热至650-680℃保温1-1.5小时，
冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量20-30ml/min，氩气分压1.5-1.8Pa，杆体温度控制在150-170℃，溅射时间为5-10min，溅射电流为0.2-0.3A，锌层的厚度为2-10μm，之后将冲头杆体放入钝化液中进行钝化处理，钝化液温度保持在35-40℃，钝化时间5-10分钟，钝化液组成包括：硝酸铬5-6g/L，醋酸钠1-4g/L，硅溶胶3-5g/L，酒石酸1-2g/L，氯化钴1-3g/L，六偏磷酸钠1-2g/L，余量为水，钝化后进行清洗烘干，
随后对冲头杆体冲压作业端面进行堆焊处理：首先对端面进行打磨、油污清除，之后冲头杆体加热至200-250℃进行堆焊，电压36-38V，电流200-250A，在端面形成堆焊层，堆焊层包括以下元素质量百分含量组成： Mo 7-9%，Mn 5-6%，Si 2-5%，Fe 2-5%，V 1-3%，C 1-2%，余量为Ni。
2.如权利要求1所述的一种冲压模具用冲头，覆盖剂加入量为每吨熔液5-10kg。
3.如权利要求1所述的一种冲压模具用冲头，覆盖剂包括以下重量份组成：硅灰石粉100份，莫来石粉56份，生石灰粉12份，白云石粉6份，蛭石粉5份。
4.如权利要求1所述的一种冲压模具用冲头，冲头杆体表面进行磁控溅射以形成锌层：氩气流量25ml/min，氩气分压1.5Pa，杆体温度控制在160℃，溅射时间为10min，溅射电流为0.3A，锌层的厚度为8μm。
5.如权利要求1所述的一种冲压模具用冲头，钝化液温度保持在36℃，钝化时间10分钟。
6.如权利要求1所述的一种冲压模具用冲头，冲头杆体加热至200℃进行堆焊，电压36-38V，电流200A，在端面形成堆焊层。
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