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模具选择用钢的影响
 
合理选择模具用钢的基本目的在于避免模具在服役时出现早期失效,以及在制造时减少废品率。模具用钢的性能水平、材质优劣、使用合理与否等因素,和模具制造的精度、合格品率以及服役时的承载能力、寿命水平,均有密切的关系。
材料的选择和使用因为影响因素多,彼此关系复杂,所以是模具制造的一个重大问题。材料是产品的基础,材料影响着模具产品的功能适用性、耐用度、安全性,在模具及其零件的设计、制造过程中,选择何种原材料是至关重要的。模具设计时,材料确定后才能安排制造、装配的加工路线和加工工艺方法,以及估算制作成本。通过对各种典型模具的失效分析,设法满足材料的使用性能和工艺性能两方面的要求,找出能影响模具寿命特点的性能指标,然后,以此为依据,有针对性地选择模具用钢及热处理工艺。
在选用材料时要注意使用新型材料,我国已经研制出不少适合我国特点的新型高效模具钢,如热作模具钢中的3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4CrMnSiMoV等,冷作模具中的6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo3V2Si、7CrSiMnMoV等新钢种的采用,均获得提高模具寿命数倍的效果。如冷作模具钢选用6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)代替T10、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2等制作多工位冷镦机用的内六角凸模、螺栓压角凸凹模、螺栓平圆头冲模、圆环冷冲模等;热作模具钢选用3Cr3Mo3W2V(HMI)代替3Cr2W8V钢等制作轴承套圈的热冲压凸模和凹模、连杆辊锻成形模、小型机锻模等,都显著提高了模具寿命。
如轴承套圈毛坯(φ31~33mm)热镦锻冲头,用于高速镦锻机,每分钟镦锻80~100件,对冲头喷水进行强制冷却。采用3Cr2W8V钢制作的冲头,热稳定性虽高但多数以早期热裂失效,主要问题是抗热疲劳性不够,采用4Cr5MoSiV钢制作后,提高了韧性及抗热疲劳能力,使寿命提高60%。钢件反挤压模具冲头随的压应力接近工具钢的极限承载能力,用Cr12MoV、Cr12等钢制作的冲头(硬度为61~66HRC),其服役寿命仅几十件,呈现镦粗后断裂失效。若采用人18Cr4V高速钢制作冲头,其服役寿命高于3000次。若采用强韧性更好的W6Mo5Cr4V2钢制作冲头时,并辅以模具结构的改进措施,在大量生产中,平均寿命可达到7000次的水平。
当然改用钢材时不一定总是改到更高级的,有时利用普通材料采用强韧化的处理工艺替代会有很好的效果。如冷镦卡车车箱螺栓凹模,原用Cr12钢制作,尽管凹模壁厚达40mm左右,在服役中却常出现早期劈裂失效,寿命仅为1~2千次。用于剪切厚度为11mm的中厚钢板的长剪刃,用9CrWMn钢制剪刃淬火操作简便,但使用中容易崩刃,寿命较短。对于凹模改用T8A钢制作,并采用内孔喷水淬火,形成有利于提高疲劳抗力的表面硬化层,有效地克服了早期劈裂失效,寿命可达到两万次以上;剪刃改用T10A钢剪刃,用薄壳淬火工艺保证了材料的强韧性,疲劳抗力高,崩刃倾向小,寿命延长7倍。
选择钢号时应注意在满足使用要求的前提下兼顾经济性。生产批量的大小对材料的选择有很大的影响,如加工产品的批量较小,可选用便于制造加工、价格低廉的模具材料;如加工批量很大,则应选用承载能力强、服役寿命长的高性能模具钢。生产量愈大,对模具的寿命要求也愈高,也就有必要选择高性能的材料。
 
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