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人气:-发表时间:2018-06-22 15:12【 】

冲压模具的选材原则及冲压模具新材料的应用情况


随着产品质量的提高,对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热处理、表面处理新工艺,不断提高使用性能, 改善加工性能。


冲压模具材料的选用原则
制造冲压模具的材料,要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。 
合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具,应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑,并对上述要求的各项性能有所侧重,然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。 

⒈生产批量
当冲压件的生产批量很大时,模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料,也要相应地提高。在批量不大时,应适当放宽对材料性能的要求,以降低成本。 

⒉被冲压材料的性能及模具零件的使用条件
当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时,冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时,可采用铝青铜凹模,因为它具有较好的抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性,故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如,碳素工具钢的主要不足是淬透性差,在冲模零件断面尺寸较大时,淬火后其中心硬度仍然较低,但是,在行程次数很大的压床上工作时,由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件,不但要有足够的强度,而且要求在工作过程中变形小。另外,还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模,应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢,同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。 

⒊材料性能
应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。 

⒋降低生产成本
注意采用微变形模具钢,以减少机加工费用。 

⒌开发专用模具钢
对特殊要求的模具,应开发应用具有专门性能的模具钢。 

⒍考虑我国模具的生产和使用情况
选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定,做到在满足主要条件的前提下,选用价格低廉的材料,降低成本。


冲压模具材料的应用情况
制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主,常用的模具工作部件材料的种类有:碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。 

⒈碳素工具钢 
在模具中应用较多的碳素工具钢为t8at10a等,优点为加工性能好,价格便宜。但淬透性和红硬性差,热处理变形大,承载能力较低。比较常用的碳素工具钢是日本大同的yk30

⒉低合金工具钢 
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比,减少了淬火变形和开裂倾向,提高了钢的淬透性,耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 crwmn9mn2v7crsimnmov(代号ch-1)6crnisimnmov(代号gd)、日本大同goago4go5、瑞典一胜百assab df-2df-3、德国葛利兹1.2510、日本日立sgtacd37等。

⒊高碳高铬工具钢 
常用的高碳高铬工具钢有cr12cr12movcr12mo1v1(代号d2)、日本大同dc11、瑞典一胜百xw-5xw-42、德国葛利兹1.2379、日本日立sld等,它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性,热处理变形很小,为高耐磨微变形模具钢,承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔(轴向镦、径向拔)改锻,以降低碳化物的不均匀性,提高使用性能。 

⒋高碳中铬工具钢 
用于模具的高碳中铬工具钢有cr4w2movcr6wvcr5mov、瑞典一胜百xw-10等,它们的含铬量较低,共晶碳化物少,碳化物分布均匀,热处理变形小,具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比,性能有所改善。 

⒌高速钢 
高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度,承载能力很高。模具中常用的有w18cr4v(代号8-4-1)和含钨量较少的w6mo5 cr4v2(代号6-5-4-2,美国牌号为m2,日本不二越skh9,日本日立yxm1)以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6w6mo5 cr4v(代号6w6或称低碳m2)。高速钢也需要改锻 ,以改善其碳化物分布  

⒍基体钢 
在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素,适当增减含碳量,以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点,具有一定的耐磨性和硬度,而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢,为高强韧性冷作模具钢,材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6cr4w3mo2vnb(代号65nb)、7cr7mo2v2si(代号ld)、5cr4mo3simnval(代号012al)等。 

⒎硬质合金和钢结硬质合金 
硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢,但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类,对冲击性小而耐磨性要求高的模具,可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具,可选用含钴量较高的硬质合金。 
钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末(如铬、 、钨、钒等)做粘合剂,以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢,克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点,可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量的碳化物,虽然硬度和耐磨性低于硬质合金,但仍高于其它钢种,经淬火、回火后硬度可达 68-73hrc 

⒏新材料 
冲压模具使用的材料属于冷作模具钢,是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢d2(相当于我国cr12mov)性能基础上,分为两大分支:一种是降低含碳量和合金元素量,提高钢中碳化物分布均匀度,突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8crmo2v2si、日本大同特殊钢公司的dc53(cr8mo2siv)dex20dex40drm1drm2drm3、瑞典一胜百viking635v4v10asp23asp30asp60等。另一种是以提高耐磨性为主要目的,以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320crvmo13等。


冲压模具热处理、表面处理新工艺
为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性,必须采用热、表处理新技术,尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外,近年来模具表面性能强化技术发展很快,实际应用效果很好。其中,化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)以及盐浴渗金属(td的方法是几种发展较快,应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗,有着十分重要的意义。


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