浅析压力加工工具的材质及表面处理对金属粘结的影响

刘致祥，洪 敏，戴宇杰

（武汉工程职业技术学院，湖北 武汉 430415）

随着社会经济的发展，对各种工业制品的质量提出了更高的要求，所以要优化加工工艺。在使用压力加工工具时，其材质和表面处理会影响金属粘结，为了更加准确地了解相关情况，开展分析是很有必要的。结合研究成果，合理选择工具材质，对表面进行有效处理并应用到生产中去，对于推动企业发展具有重要意义。

1 工具与变形金属间的摩擦与粘结

金属粘结是指金属材质之间的融合，将两者相互连接到一起，可以起到固定的作用。在压力加工过程中，根据生产需求，需要采用压力工具。金属粘结先要劈裂表层润滑膜。金属表层有一层保护膜，主要是对金属进行保护，因此，在金属粘结时，会破坏保护膜，主要目的是让空气进入内部结构。当金属内部结构暴露在空气中会发生氧化反应，在金属表层形成一层结膜，达到金属粘结目的。在生产加工过程中，金属粘结工艺必须要按照固定流程进行，保证达到预期效果[1]。

在现代企业生产中，简单加工后还要进行加压加工，产品才可以投入使用。为了确保产品质量满足实际需求，对加工工具的性能提出了较高要求。企业将重点放在控制压力加工制品的表面质量上，但是受到各方面因素的影响，研究仅停留在工具胚料表面，对于生产质量的提升作用并不是很明显。为了改善目前面临的状况，要进行深入研究，提高生产质量。

1.1 工具材质弹性的影响

在生产加工中发现，材料的强度大小会影响金属粘结效果。如果选用的压力加工工具表层弹性较大，在外力作用下，金属粘结很有可能会受到影响；如果选用的压力加工工具表层弹性较小，金属在高温环境下发生变化的可能性也较小。压力加工工具的弹性影响条件与加工工具的贴合性之间存在联系。当贴合系数较高时，金属粘结内部材料会受到较大吸引力，粘结后，局部保护层脱落情况减少。在完成外压操作后，金属粘结表层冲击力会变小，金属粘结后的脱落性比较高。通过分析，对压力加工工具和金属粘结之间的关系有一个初步了解，为后期的深入探究作好准备。在选择压力加工工具材质时，对表层弹性有一定要求，要处于中上等水平。在操作中，确保金属粘结两端资源都处于可变化性弹性变化状态中，保证资源可综合性调节。在使用压力加工工具时，需要适当调节加压大小，确保具有较强的灵活性，同时，要重视工具材质贴合系数的运用。例如在企业实际生产活动中，通过分析压力加工工具与金属之间的贴合度来选择设备材质，建议采用贴合度较高的工具，使用效果会更好。

1.2 工具材质的耐压强度产生的影响

对于金属粘结而言，压力加工工具的主要作用是加压。如果耐压性不能满足实际需求，在金属粘结加压后，工具发生变形的可能性就会较大，甚至会完全破坏。当压力加工工具的耐压强度较大时，压力工具材质承受的压力会变大，内部金属材质承受的压力会变小，很难起到固定作用。将压力加工工具应用到实际生产中，对压力进行适当调整，对于提升制品质量具有促进作用。采用压力加工工具进行表层金属粘结时，技术人员要了解金属粘结操作的实际情况，对压力进行适当调整，保证生产活动顺利开展，实现预期目标。

1.3 工具材质中含碳量的影响

压力加工工具的含碳量和压力强度有着很大关系。一般情况下，当含碳量比较多时，设备硬度就会较大。在压力条件不变的情况下，当压力强度较高时，在金属粘结中的运用效果会较好。如果压力加工工具的含碳量比较少，对加工活动会产生不利影响。金属膜破损后，若得不到有效保护和巩固，外层切面流体脱落强度会下降。为了满足实际生产需求，要科学选择压力加工工具材质。当金属粘度硬结为中等时，可以选择含碳量较低的压力加工工具，在实际生产中，要运用含碳量较高的压力加工工具[2]。

1.4 对粘结产生的影响

在后期研究中引入更多的新技术、新理念，对工具与金属之间粘结的具体机理形成了正确认识。对于需要相互融合的金属，当本身库容度比较大、合金性较强时，金属之间的相互扩散性和亲和力会变得更强。在这一认识前提下，研究人员开展了相关实验，从实验中结合生产情况来看，设置不同对比组。通过结果分析，发现弹性模量相对较高时，粘结系数偏低；原子半径偏小，粘结系数较低；当材料熔点较高时，实际粘结系数偏低。

2 接触面扩散过程对粘结的影响

在实际加工中，摩擦区温度、压力等因素的影响都会促使原子发生扩散、再结晶的变化。在这些变化中，工具及金属表层元素会发生变化，具体表现为越过界面并相互扩散，相互融合后便发生了变化。对摩擦试片进行观察：在相互固液的配对金属中，出现了相互扩散的情况，扩散程度比较深，即使是微小的磨损粉粒都是两种材料的混合物，但其他配对金属却看不到这种现象。开展不同牌号工具钢与铝合金扩散磨损实验，得出结论：静态接触条件下的相互扩散过程与摩擦条件下是相同的，Al和Fe互扩发生在某一界面上，在不同牌号的工具钢内，Al扩散深度差异明显。当扩散深度比较小时，与之相关的因素都比较小，扩散中工具钢表面形成了Al-Fe的金属化合物，使得硬度变大[3]。

实验所得数据信息如表1所示，主要探究出现较强黏度时，温度A和配对材料中较软材料的熔点B之间的关系。通常情况下，如果界面温度达到再结晶温度，扩散过程会变得更加快速，粘结和磨损也会变得更加严重。可以得出结论：当热加工温度超过再结晶温度时，工具与变形金属间的粘结较冷加工时更加严重。

表1 实验数据信息

3 工具材质的选择

根据压力加工工具材料种类及特性，对材料组织成分进行分析，将实验和实际使用情况相比可以得出重要结论。为了满足实际生产需求，要求工具材料具有抗金属粘结和耐磨性，因此，要加强技术研究，增加工具材料的含碳量，可以发挥更大作用。组织中的碳化物量增加，分布也更加弥散。通过实验发现，在制作合金时，要将一氧化碳的质量分数控制在5%～20%。当一氧化碳不断增加时，其抗粘结性能和耐磨性能会出现减弱的情况。对于经常使用的工具，要考虑到作业环境和工作量，确保性能良好，这样才能确保后期正常使用[4]。当作业条件发生改变时，对工具的要求也会发生变化，要根据实际情况而定。部分工具在加工过程中无法满足硬度要求，不仅会影响到正常加工，而且会损坏工具[5]。

4 工具材质的表面处理

在实际生产中，处理工具材质表面的方式较多，但最终目的是相同的，就是让其表面形成和基体存在差异的物质，让工具材料性质发生变化，保证工具表面具有较好的耐磨性。常见的处理方法有熔盐法、浸渍法等，要根据实际情况合理选择，确保达到预期处理效果。

4.1 工具表层组织对组织粘结的影响

对相关资料进行整理、分析，发现与变形材料较难形成合金及固液体的工具表面，金属粘结和磨损都比较少。为了保证制品表面的完整性，要确保其与加工材料的亲和力小、强度大。工具表层的碳化物和金属不易发生反应，所以，粘结和磨损程度会减轻。当含碳量较高时，磨损量就会变少。碳化物的种类、大小等都会对粘结和磨损产生影响，因此要全面分析[6]。

4.2 工具材质对制品质量的影响

工具材质对金属粘结和本身磨损的影响较大，如果变形金属在工具表面粘结，对制品表面会造成破坏，导致质量降低。当粘结物脱落并回粘到制品表面时，会出现“粘疤”情况。当粘结情况比较严重时，会出现更多问题，导致加工活动停止。分析发现，制品表面粗糙度会因为模具材质和表面处理不同而发生变化。

挤压材的表面粗糙度与模子定径区的表面光洁度及其磨削方法有着很大关系。当定径带垂直于轴向方向磨削时，则铝在轴向流动时，将充满削纹凹谷形成比较均匀的粘铝层。当平行于轴向方向磨削时，模具表面会形成分布不均的条状粘结物，挤压材表面会变得更加粗糙。经氮化处理的钢模及硬质合金模子表面，由于铝具有不易粘结的特性，机加工方法不会产生太大影响[7]。

4.3 减少工具与变形金属粘结的方法

为了减少工具和变形金属之间的粘结，应用直接有效的方式，结合不同金属及变形条件来合理选择工具材料与表面处理方法。例如采用离子氮化方式来处理挤压铜铝用的模子，有助于提高抗粘结能力，延长使用时间。考虑到工具材料性能要求具有多样化特点，而且变形金属种类较多，在实际生产中，为了确保防粘降磨，需要使用润滑剂，在这一思路下展开研究。实验发现，采用含有极性添加剂的润滑油，可以起到减少金属粘结的作用，粘附金属脱落后会进入润滑油中，让制品表面看起来非常光洁。使用乳液可以对工具进行冷却，对于减少粘结和磨损可以起到一定作用，这是实际生产中所得到的。另外，还要注重工具的热疲劳性和其表面的机加工方法对粘结产生的影响，工具在长期使用过程中，受到不利因素影响，可能会产生小裂纹及印痕，会使得粘结加剧，损伤制品表面。合理调节工艺参数也是提高制品表面质量的有效方法，要灵活使用[8]。

5 结语

综上所述，随着加工制造业的发展，压力加工工具的使用范围在不断扩大，同时，对性能也提出了更高的要求，因此要提升应用水平。由于加工制品为金属，工具材质和表面对金属粘结会产生影响，要进行深入分析，形成正确认识。了解影响金属粘结的因素，通过合理选择工具材质及表面处理方法，不断提升制品质量，推动我国工业持续发展。