模具钢的性能和应用

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模具是制造业的重要基础工艺装备。模具品种繁多,共有10大类,其中冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻压模具、橡胶模具、粉末冶金模具等是主要的几大类。模具的技术水平已成为衡量一个国家产品的重要标志之一,没有高水平的模具就没有高水平的产品。

模具性能的好坏、使用寿命的长短直接影响产品的质量和经济性。模具钢的工艺性能将影响模具加工的难易程度、模具加工的质量和加工费用。选用合适的模具钢和热处理工艺方法,才能使模具获得优良的工作性能和较长的使用寿命。

一、模具钢的性能

1.冷作模具钢的使用性能和工艺性能

冷作模具钢在工作中受到的机械力作用,如拉伸、弯曲、冲击、疲劳等工作条件,从而发生变形、脆断、剥落、磨损等状况,而使模具产生早期失效。因此对冷作模具来讲,应具备抗形变、抗疲劳、抗磨损、抗断裂等能力。

衡量冷作模具抗形变力的主要技术指标是硬度、抗压强度、抗弯强度等。通过一次性脆断抗力和疲劳断裂抗力的测定,可了解冷作模具的断裂抗力。耐磨性也是冷作 模具的主要基本性能之一,通过模拟试验,测定冷作模具钢不同化学成分及组织状态下的耐磨性,反映不同状况下的耐磨性水平。

冷作模具钢的工艺性能主要从锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性等方面加以考虑。

锻造工艺性,决定冷作模具钢的可锻性能。切削工艺性,决定模具的可加工性。热处理工艺性要求材料退火工艺范围宽,淬透性好,淬硬性高,淬火变形倾向小,以及脱碳敏感低等要求。

2.热作模具钢的使用性能和要求

热作模具钢主要有三大类,即热锻模、热挤压模和压铸模。热锻模在工作中承受很大的冲击力,模具工作面升温较高。锻打后,模具受到冷却,模具型腔与被锻材料 相互摩擦,受到热磨损。热挤压模和压铸模,要求有较高的热稳定性和回火抗力。因此对热作模具钢来讲有几项基本性能。淬透性高,保证模具均匀的机械性能。冲 击韧性高、热疲劳抗力高,导热性好,模具型腔散热快。为减少热变形,提高热作模具钢的强韧度和红硬性。

热作模具钢的工艺性能,主要也是要求可锻性好,加工性能优良,冷热疲劳性高,淬火变形倾向小等要求。

3.塑料模具钢的使用性能和工艺性能

一般来讲,塑料模具钢工作时受变形抗力小,受热、受压、受磨损情况不严重。因此,和冷作、热作模具钢相比,它的基本性能要求并不太高。主要性能是要有较高的硬度,淬透性良好,淬硬层深,有足够的强韧性。对某些塑料产品来讲,对模具钢还要求有一定的耐蚀性。

塑料模具钢结构较复杂,精度要求高,其工艺性能也必须有保证。如热处理变形小,有较好的淬透性,机加工性能好,优良的抛光性以及耐磨性等。

二、模具钢的选择和应用

模具钢选择和应用,由于其影响因素较多,一直是模具设计、制造方面的一个难题。通过对各类模具钢性能的了解、熟悉、掌握和使用,熟知模具材料最佳性能,制作与之相应的模具。了解产品的生产条件,选择合适的模具钢,加工制造模具,使模具钢发挥其最佳的性能。

1.冷作模具

各种冷作模具,有不同的主要性能要求。例如:冲孔模具,要求有较高的强度和耐磨性以及良好的韧性,一般选用T8、Cr12MoV等冷作模具钢。冲压成型 模,要求以耐磨性为主,可选用Cr12MoV、7CrSiMnMoV等。冷拉伸模具,要求耐磨性良好,淬透性好,热处理变形小,选用T10、 Cr5Mo1V、7Cr7Mo2V2Si等。冷挤压模具,要求较高的强度和优良的耐磨性,可选用6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si 、高速工具钢等材料。

2.热作模具

主要用于制造锤锻模、热挤压模、及压铸模,工作条件有较大的差别,选用热作模具钢时要根据其工作条件,选用合适的模具钢。

锤锻模是在高温、高压、高速冲击条件下工作的模具,要求较高的淬透性和良好的韧性、强度和耐磨性。一般选用5CrNiMo、5CrMnMo及3Cr3Mo3WV,要求较高,可用4Cr5MoSiV和4Cr5W2SiV等。

对压铸模要求高的热强性、热稳定性、良好的韧性、导热性及工艺性,以及冷热疲劳性能。可选用4Cr5MoSiV、4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNb等热作模具钢。

3.塑料模具

塑料模具工作条件与冷作模具不同。一般在150~200℃下进行,除一定的压力外还承受温度的影响。

模架材料要求具有一定的强度和耐磨性,选用45、50钢经调质处理后使用。成型产品要求较高的强度和耐磨性。选用高碳工具钢、低合金工具钢。一些形状复 杂、精度高的产品,要求良好的切削加工性、热处理变形小及优良的抛光性能。镜面性要求高的可选用10Ni3MnCuAl,有耐蚀性要求可选用4Cr13、 马氏体沉淀硬化不锈钢0Cr16Ni4Cu3Nb,一般要求选用3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo、Y55CrNiMnMoV等。

实际上任何一种优质新型模具钢都难以满足模具的所有性能要求。在选择时,根据实际使用的条件,从模具钢的主要性能要求技术上来选用合适的模具材料。


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