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沖壓模具的選材原則及沖壓模具新材料的應(yīng)用情況

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沖壓模具的選材原則及沖壓模具新材料的應(yīng)用情況


隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高,對(duì)模具質(zhì)量和壽命要求越來越高。而提高模具質(zhì)量和壽命最有效的辦法就是開發(fā)和應(yīng)用模具新材料及熱處理、表面處理新工藝,不斷提高使用性能, 改善加工性能。


沖壓模具材料的選用原則
制造沖壓模具的材料,要求具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、適當(dāng)?shù)捻g性、高淬透性和熱處理不變形(或少變形)及淬火時(shí)不易開裂等性能。 
合理選取模具材料及實(shí)施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關(guān)鍵。對(duì)用途不同的模具,應(yīng)根據(jù)其工作狀態(tài)、受力條件及被加工材料的性能、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)率等因素綜合考慮,并對(duì)上述要求的各項(xiàng)性能有所側(cè)重,然后作出對(duì)鋼種及熱處理工藝的相應(yīng)選擇。 

⒈生產(chǎn)批量
當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時(shí),模具的工作零件凸模和凹模的材料應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。對(duì)于模具的其它工藝結(jié)構(gòu)部分和輔助結(jié)構(gòu)部分的零件材料,也要相應(yīng)地提高。在批量不大時(shí),應(yīng)適當(dāng)放寬對(duì)材料性能的要求,以降低成本。 

⒉被沖壓材料的性能及模具零件的使用條件
當(dāng)被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時(shí),沖模的凸、凹模應(yīng)選取耐磨性好、強(qiáng)度高的材料。拉深不銹鋼時(shí),可采用鋁青銅凹模,因?yàn)樗哂休^好的抗粘著性。而導(dǎo)柱導(dǎo)套則要求耐磨和較好的韌性,故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如,碳素工具鋼的主要不足是淬透性差,在沖模零件斷面尺寸較大時(shí),淬火后其中心硬度仍然較低,但是,在行程次數(shù)很大的壓床上工作時(shí),由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于固定板、卸料板類零件,不但要有足夠的強(qiáng)度,而且要求在工作過程中變形小。另外,還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和表面強(qiáng)化的方法提高模具零件的性能。對(duì)于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模,應(yīng)選取有足夠硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性等綜合機(jī)械性能較好的模具鋼,同時(shí)應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強(qiáng)度等。 

⒊材料性能
應(yīng)考慮材料的冷熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。 

⒋降低生產(chǎn)成本
注意采用微變形模具鋼,以減少機(jī)加工費(fèi)用。 

⒌開發(fā)專用模具鋼
對(duì)特殊要求的模具,應(yīng)開發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼。 

⒍考慮我國模具的生產(chǎn)和使用情況
選擇模具材料要根據(jù)模具零件的使用條件來決定,做到在滿足主要條件的前提下,選用價(jià)格低廉的材料,降低成本。


沖壓模具材料的應(yīng)用情況
制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主,常用的模具工作部件材料的種類有:碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。 

⒈碳素工具鋼 
在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等,優(yōu)點(diǎn)為加工性能好,價(jià)格便宜。但淬透性和紅硬性差,熱處理變形大,承載能力較低。比較常用的碳素工具鋼是日本大同的YK30

⒉低合金工具鋼 
低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比,減少了淬火變形和開裂傾向,提高了鋼的淬透性,耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號(hào)GD)、日本大同GOA、GO4GO5、瑞典一勝百ASSAB DF-2、DF-3、德國葛利茲1.2510、日本日立SGT、ACD37等。

⒊高碳高鉻工具鋼 
常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12Cr12MoV、Cr12Mo1V1(代號(hào)D2)、日本大同DC11、瑞典一勝百XW-5、XW-42、德國葛利茲1.2379、日本日立SLD等,它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性,熱處理變形很小,為高耐磨微變形模具鋼,承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重,必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔(軸向鐓、徑向拔)改鍛,以降低碳化物的不均勻性,提高使用性能。 

⒋高碳中鉻工具鋼 
用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WVCr5MoV、瑞典一勝百XW-10等,它們的含鉻量較低,共晶碳化物少,碳化物分布均勻,熱處理變形小,具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對(duì)較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比,性能有所改善。 

⒌高速鋼 
高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度,承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V(代號(hào)8-4-1)和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2(代號(hào)6-5-4-2,美國牌號(hào)為M2,日本不二越SKH9,日本日立YXM1)以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V(代號(hào)6W6或稱低碳M2)。高速鋼也需要改鍛 ,以改善其碳化物分布 。 

⒍基體鋼 
在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素,適當(dāng)增減含碳量,以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點(diǎn),具有一定的耐磨性和硬度,而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼,為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb(代號(hào)65Nb)、7Cr7Mo2V2Si(代號(hào)LD)、5Cr4Mo3SiMnVAL(代號(hào)012AL)等。 

⒎硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金 
硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼,但抗彎強(qiáng)度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類,對(duì)沖擊性小而耐磨性要求高的模具,可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對(duì)沖擊性大的模具,可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。 
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末(如鉻、 、鎢、釩等)做粘合劑,以碳化 鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相 ,用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼,克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn),可以切削、焊接、鍛造和熱處理。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物,雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金,但仍高于其它鋼種,經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68-73HRC 

⒏新材料 
沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼,是應(yīng)用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強(qiáng)度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)是在高合金鋼D2(相當(dāng)于我國Cr12MoV)性能基礎(chǔ)上,分為兩大分支:一種是降低含碳量和合金元素量,提高鋼中碳化物分布均勻度,突出提高模具的韌性。如美國釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)、DEX20、DEX40、DRM1DRM2、DRM3、瑞典一勝百VIKING、635V4、V10、ASP23、ASP30ASP60等。另一種是以提高耐磨性為主要目的,以適應(yīng)高速、自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國的320CrVMo13等。


沖壓模具熱處理、表面處理新工藝
為了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性,必須采用熱、表處理新技術(shù),尤其是表面處理新技術(shù)。除人們熟悉的鍍硬鉻、氮化等表面硬化處理方法外,近年來模具表面性能強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展很快,實(shí)際應(yīng)用效果很好。其中,化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)以及鹽浴滲金屬(TD的方法是幾種發(fā)展較快,應(yīng)用最廣的表面涂覆硬化處理的新技術(shù)。它們對(duì)提高模具壽命和減少模具昂貴材料的消耗,有著十分重要的意義。


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