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冷作模具钢的性能要求及常用分类

冷作模具钢主要用于制造在冷状态(室温)下工件压制成型的模具。如冷冲压模具﹑冷拉伸模具﹑冷挤压模具等。

 

1、冷作模具钢工作条件

冷作模具钢在工作时。由于冷作模具钢被加工材料的变形抗力比较大,模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此,冷作模具钢的正常报废原因一般是磨损。也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。

 

2、冷作模具钢失效分析

(1)磨损(2)崩角(3)塑性变形 (4)破裂(5)粘着

 

3、冷作模具钢性能要求

(1)良好的耐磨性﹐工作时保持锋利的刃口﹔

冷作模具在工作时,表面与坯料之间产生许多次摩擦,模具在这种情况下必须仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度,以防止早期失效。

由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素,因此为了提高冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高于加工件硬度30%——50%,材料的组织为回火马氏体或下贝氏体,其上分布均匀、细小的颗粒状碳化物。要达到此目的,钢中的碳的质量分数一般都在0.60%以上。

(2)淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度﹔

(3) 热处理变形小﹐复杂形状不易开裂﹔

(4) 一定的强度和韧性﹔

模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据,主要包括拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标,也是常用的强度指标。

为了获得高的强度,在模具制造过程中,要模具材料的韧性,要根据模具工作条件来决定,对于强烈冲击载荷的模具,如冷作模具的凸模、冷镦模具等,因受冲击载荷较大,需要高的韧性。对于一般工作条件下的冷作模具,通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用,模具的失效形式是疲劳断裂,因此模具不必具有过高的冲击韧度值。

(5)较好的红硬性&受热软化能力

受热软化能力反映了冷作模具钢在承载时温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有软化温度(℃)和二次硬化硬度(HRC)。

(7)较强的抗咬合性

咬合抗力实际就是对发生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦条件下,把被试验模具钢试样,与具有咬合倾向的材料(如奥氏体钢),进行恒速对偶摩擦运动,以一定速度逐渐增大载荷,此时转矩也相应增大。当载荷加大到某一临界值时,转矩突然急剧增大,这意味着发生咬合,这一载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷越高,标志着咬合抗力越强。

 

4、冷作模具钢的工艺性能要求

冷作模具钢的工艺性能,直接关系到模具的制造周期及制造成本。对冷作模具钢的工艺性能要求,主要有锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性等。

(1)锻造工艺性

锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量,节约钢材,而且改善模具材料的内部缺陷,如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的组织状态等。

为了获得良好的锻造质量,对可锻性的要求是热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽,锻裂、冷裂及析出网状碳化物倾向小。

(2)切削工艺性

磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢,大多数切削加工都较困难,为了获得良好的切削加工性,需要正确进行热处理,对于表面质量要求较高的模具可选用含S、Ca等元素的易切削模具钢。

(3)热处理工艺性

热处理工艺性主要包括:淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。

 

5、常用冷作模具分类及用钢推荐

(1)低合金冷作模具钢

有SKS3、YK30、DF–2等常用于制作短寿命模具﹑工具支撑件等。淬透性较非合金模具钢好﹐具有高的表面硬度和一定的淬透深度。

(2)中合金冷作模具钢

以Cr5Mo1V(A2)为代表,包括Cr4W2MoV、Cr5Mo1V等。由于碳含量相对低、铬含量低,属于过共析钢。这类钢中的碳化物以Cr7C3型为主,并有少量M 6 C和MC型,具有耐磨性好和热处理变形小的特点。

(3)高合金冷作模具钢

以Cr12Mo1V1(D2)为代表,包 括Cr12、Cr12W、Cr12MoV、Cr12MoV1、W6Mo5Cr4V2、5Cr4W3Mo2VNb、6W6Mo5Cr4V等。

① SLD、Cr12MoV、Cr12Mo1V1(SKD11)、XW–41、DC53等常用于制作中等寿命模具钢。具有高的抗压强度﹑高的淬火硬度良好的淬火韧性及高的耐磨性。其中Cr12MoV﹑Cr12Mo1V1淬透性﹑淬火回火后的硬度﹑强度﹑韧性﹑比Cr12高,截面在300——400mm以下的工件可完全淬透,耐磨性和塑性也较好,变形小但高温塑性差,使用于各种铸﹑锻﹑模具,如︰各种冲孔凸模﹑切边模﹑滚边模﹑缝口模﹑拉丝模﹑标准工具和模具。Cr12Mo1V1比Cr12MoV的淬透性和韧性好,其余都相同。

② ASP23﹑ASP60SKH51﹑V4﹑V10等常用于制作长寿命模具钢。具有高的抗压强度高的淬火硬度﹑很好的耐磨性及稳定性。

③VIKING属较特殊的一种﹐为多用途工具钢具有高韧性高耐磨性的特点 ;常用于热作模﹑抗压强度和耐磨性不够或冷作模具韧性不足易断的场合。可用于冲模﹑拉伸模﹑工程塑胶模等。

 

6、冷作模具钢的选择

(1)、形状简单﹑短工作寿命(10万件以下)

DF-2﹑O1﹑SKS3﹑YK30等

(2)、形状简单或梢复杂﹑中工作寿命 (10万——100万件)

SLD﹑XW-41﹑SKD11﹑2379

(3)、形状复杂﹑长工作寿命

ASP23﹑V4﹑V10等

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