沖壓模具材料的分類及選用

沖壓模具材料的分類及選用

Oct 29, 2021

摘要:模具材料的性能和熱處理工藝對模具壽命有著決定性的影響。本文具體分析了模具材料的性能、種類及特性,介紹了模具選材的具體原則。

關(guān)鍵詞:沖壓模具鋼;性能分析;選材

模具材料是模具制造業(yè)的基礎(chǔ),它的研究開發(fā)帶動工業(yè)產(chǎn)品向高級化、個體化、高附加值化的方向發(fā)展。在沖壓模具失效的諸多因素中,材料已成為影響其壽命的最主要因素。因此,在設(shè)計模具時,恰當(dāng)選擇模具材料,是保證模具生產(chǎn)既經(jīng)濟合理又安全可靠的關(guān)鍵因素。

1.沖壓模具材料的性能要求

1.1對模具材料的使用性能要求

(1) 強度和硬度。強度是指材料承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力,是衡量材料本身承載能力、抵抗失效能力的重要指標(biāo),可通過熱處理方法提高模具鋼的強度。材料局部抵抗硬物壓人其表面的能力稱為硬度,主要包括劃痕硬度,壓人硬度和回跳硬度。通常,對于小型簡單產(chǎn)品的模芯硬度控制在HRC50一52,對于大型模具或復(fù)雜模具,模芯的硬度控制在HRC46一48。

(2) 耐磨性和抗粘咬性。模具的磨損主要有機械磨損、氧化磨損和熔融磨損。模具在工作時,承受大的壓應(yīng)力和強烈摩擦力,為減小機械磨損,就要保證材料中碳化物或其他硬度相的組成、形貌和分布比較合理。對于重載、高速磨損條件下服役的模具,為防止形成金屬瘤,要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜,減少模具和制件產(chǎn)生粘咬、焊合等氧化磨損和熔融磨損。

(1) 韌性。韌性是指當(dāng)模具鋼承受應(yīng)力時對折斷的抵抗,其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。模具在工作時承受一定的沖擊載荷,可能會造成模具成形零件的斷裂、變形等破壞。

(2) 抗疲勞性??蛊谛允欠从巢牧显诮蛔冚d荷作用下抵抗疲勞破壞的性能指標(biāo),主要包括疲勞強度疲勞裂紋萌生力、疲勞裂紋擴展抗力、小能量多沖抗力等。導(dǎo)致模具疲勞的因素有:鋼中帶狀和網(wǎng)狀碳化物粗大晶粒;模具表面有微小刀痕、凹槽及截面尺寸變化過大和表面脫碳等。

1.2對模具材料的工藝性能要求

(1) 鍛造性能。鍛造能減少模具材料的機械加工余量,改善材料的內(nèi)部缺陷,如碳化物偏析、減少有害物質(zhì)、改善鋼的組織狀態(tài)等。對鍛造性能的要求是:熱鍛變形抗力低、塑性好、鍛造溫度范圍寬,鍛裂、冷裂及網(wǎng)狀碳化物的傾向性小。

(2) 機械加工性能。冷沖壓模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼,大多加工性能較差。為獲得良好的切削加工性,需要正確選擇熱處理方法。

(3) 熱處理性能。熱處理工藝性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,過熱敏感性,氧化脫碳傾向,淬火變形和開裂傾向等。熱處理工藝的好壞,對模具質(zhì)量影響較大。一般要求有較大的淬硬性和淬透性,淬火溫度范圍寬,過熱敏感性小,脫碳敏感性低,淬火、回火后的變形程度小。

2.沖壓模具材料的種類與特性

2.1碳素工具鋼

碳素工具鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(0· 6一1.3)%范圍內(nèi),優(yōu)點是原料來源方便,加工性能良好,淬火溫度低,熱處理后具有較高的表面硬度和較好的耐磨性。缺點是淬透性低,淬火溫度范圍窄,淬火變形大,較大的模具不能淬透,而且表面淬硬層和中心部分之問的硬度值相差很大,容易使模具在淬火時開裂。

2.2高碳低合金鋼

高碳低合金鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都較高(0·6%),是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加人適量的cr、 Ni、MO、Ti、w、v、Si、Mn等合金元素冶煉而成。合金元素的加人提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性、淬透性,降低了淬火冷卻速度,減少了淬火熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,減弱了淬火變形及開裂傾向,被廣泛用來制作形狀復(fù)雜、截面較大、承受負(fù)荷較大、變形較小的中、小型冷作模具。

2.3高碳高鉻冷作模具鋼

高碳高鉻冷作模具鋼是一種高合金鋼,具有高強度、高硬度、高耐磨性、易淬透、穩(wěn)定性高、抗壓強度高及淬火變形小等優(yōu)點。這類鋼部分是萊氏體鋼,淬火后有大量共晶碳化物存在,同時含有大量殘留奧氏體,熱處理后變形小,耐磨性高,載荷力大,但是由于高碳高鉻萊氏體鋼中有大量共晶碳化物不均勻分布,因此該類鋼韌性較差,易出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象,主要用于制造在高耐磨、微變形、高負(fù)荷條件下工作的冷作模具

2.4無磁模具鋼

無磁模具鋼包括奧氏體不銹鋼和高錳系奧氏體,在加熱和冷卻過程中無相變,始終保持奧氏體組織。由于高錳鋼的冷作硬化現(xiàn)象,切削加工較困難,必須進行適當(dāng)?shù)墓倘芎蜁r效處理。主要適于制造無磁模具,無磁軸承及其它要求在強磁場中不產(chǎn)生磁感應(yīng)的結(jié)構(gòu)零件。

2.5硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是用難熔高硬度碳化物的粉末與少量的粘結(jié)劑粉末混合后加壓成形,再經(jīng)過燒結(jié)而成的粉末冶金材料。硬質(zhì)合金的工作溫度可達(800一 1000)℃,硬度很高,耐磨性很好,具有很高的彈性模量,較小的熱膨脹系數(shù)及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。缺點是脆性大,抗彎強度和韌性較差,加工困難,不能鍛造及熱處理,且成本高,用來制作模具的壽命甚至比工具鋼高10倍以上,主要用來制作多工位級進模,大直徑拉深凹模鑲塊。


鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物為硬質(zhì)相,以合金為粘結(jié)劑,用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種新型模具材料,性能介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間。鋼結(jié)硬質(zhì)合金在冷沖模,冷擠壓模,整形模,冷墩模上得到較廣泛的應(yīng)用。常用沖壓模具鋼如表1所示,常用冷沖壓模具鋼分類如表2所示。

3.模具材料的選用原則

模具材料的選擇應(yīng)根據(jù)模具的生產(chǎn)條件和工作條件的需要,結(jié)合材料的基本性能和相關(guān)因素,選擇適合產(chǎn)品需要、經(jīng)濟上合理、技術(shù)上先進的材料。選材的基本原則如下:

(1) 根據(jù)模具種類及其工作條件,選用材料要滿足使用性能和工藝性能要求。

(2) 根據(jù)沖壓工件材料和生產(chǎn)批量選用模具材料。

(3) 應(yīng)具有良好的加工工藝性能,滿足鍛造、切削

來源:鍛壓裝備與制造技術(shù)

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