如何合理选择模汽车模具加工具钢材?
若何合理选择模具钢材
若何合理选择模具钢材,是一个比力复杂的系统工程,但也是模具制造的环节环节,是关系到模具寿命和成本的一项主要工作,下面从模具钢材的基个性能、工艺性能、冶金质量、通用性及使用要求等成分来解析。
㈠模具钢材的基个性能
进行模具材料选择时,必须首先考虑模具钢材的某些基个性能必须能适应所制造的模具的需要,在一般环境下,此中三种性能是主要的,即钢的耐磨性、韧性、硬度和红硬性。这三种性能可以比力周全地反映模具钢材的综合性能,应可以在一定水平上决议其应用局限。当然对于一种模具的要求来说,可能此中的一种或两种是主要的,而此外的一种或两种是次要的。
⒈模具钢材的耐磨性
模具工作时,外面往往要与工件产生多次强烈的摩擦,模具必须在此环境下仍能贯穿连接其尺寸精度和外面粗糙度,不致于早期掉效。要求模具钢材既能承受机械磨损,并且在承受重载和高速摩擦时,模具被摩擦外面能够形成薄而致密附着的氧化模,贯穿连接润滑作用,防止模具和被加工工件的外面之间产生粘附、焊接招致工件外面擦伤,又能减少模具外面进一步氧化造成的毁伤。为了改善模具钢材的耐磨性,就要采用合理的临盆工艺和处置赏罚工艺,使模具钢材既具有高硬度又使模具钢中的碳化物等硬化相的组成、描写和分布合理,当然模具工作过程中的润滑环境和模具钢材的外面处置赏罚,也对改善模具的耐磨性能有优越的影响。
⒉模具钢材的韧性
对于受强烈冲击载荷的模具,如冷作模具的冲头,锤用热锻模具、冷镦模具、热镦锻模具等,模具钢材的韧性是十分主要的考虑成分,对于在高温下工作的模具,还必须考虑其在工作温度下的高温韧性。对于多向受冲击载荷的模具,还必须考虑其等向性。模具钢材的化学成分、晶粒度、碳化物、夹杂物的组成数量、描写、尺寸和分布环境:金相组织、微不雅偏析等,都邑对
模具钢材的韧性带来影响。钢的纯净度、锻轧变形的方向会对横向性能产生很年夜的影响。模具材料的韧性往往和耐磨性、硬度是互相矛盾的。因之按照模具的具体工作环境,选择合理的模具材料,并采用合理的精髓精辟、热加工和热处置赏罚、外面处置赏罚工艺使模具钢材获得耐磨性和韧性等综合性能的{zj0}配合,以适应模具的需要,是模具钢材的主要成长的途径。
⒊硬度和红硬性
硬度是模具钢材的主要技术性能指标,模具在工作时必须具有高的硬度和强度,才能贯穿连接其原本的外形和尺寸,一般冷作模具钢,要求其淬回火硬度为HRC60摆布,而热作模具钢为HRC45~50摆布,并且要求热作模具钢材在其工作温度下仍贯穿连接一定的硬度。红硬性是手印具钢材在一定温度下贯穿连接其硬度和组织稳定性抗软化的能力,对于热作模具钢和部门重载荷冷作模具钢,是主要的性能指标。此外,还要按照分歧模具的实际工作前提,别离考虑其实际要求的性能,如对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能,对压铸模具应考虑其耐融熔金属的冲蚀性能;对于重载荷型腔模具应注意其等向性;对于高温工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧化性能;对于在侵蚀介质工作的模具,应注意其抗侵蚀性能;对在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。
㈡模具钢材的工艺性能
在模具总的制造成本中,稀疏是对于小型慎密复杂模具,模具材料费往往只占总成本的10%~20%,有时甚至低于10%;而机械加工、热处置赏罚、外面处置赏罚、装配、打点等费用要占成本的80%以上。所以模具材料的工艺性能就成为影响模具成本的一个主要成分,改善模具的工艺性能,不仅可以使模具临盆工艺简单,易于制造,并且可以有效地降低模具制造费用。模具材料的工艺性能,经常要考虑的有以下几种。
⒈可加工性
模具材料的可加工性搜罗冷加工性能,如切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉工艺性,热加工性能搜罗热塑性和热加温度局限等。模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢,冷加工和热加工性能一般都不太好,在临盆过程中,必须严酷地控制热加工和冷加工的工艺参数,以避免产生缺陷和废品,另一方面还必须通过改善钢的纯净度,减少有害的杂质,改善钢的组织状态,并采用一些措施,以改善钢的工艺性能,降低模具的制造费用。为了改善模具钢的切削性和磨削性,从20世纪30年代{zx0},研究向钢中插手适量的硫、铅、钙、稀土金属等元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素,成长了各种易切削模具钢。以后发现有些易切削元素插手以后,会在模具钢中临盆一些有害的夹杂物(如硫化铁等),会使钢的力学性能,稀疏是横向的塑性、韧性下降,于是又在精髓精辟后期对钢水进行变性处置赏罚,通过插手变性剂(如SiCa,稀土元素等),形成富钙硫化物或稀土硫化物使硫化物球化,按捺了硫对钢的力学性能的晦气影响,保留和施展了其对钢的可加工性和磨削性的有利作用,使易切削模具钢获得进一步地成长。有些模具材料,如高钒高速钢、高钒高合金模具钢的磨削性很差、磨削比很低,不便于磨削加工,近年来改用粉末冶金临盆,可以使钢中的碳化物藐小、平均,xx消弭了通俗工艺临盆的高钒模具钢中的年夜颗粒碳化物,不只使这类钢的磨削性年夜为改善,并且改善了钢的塑性、韧性等性能,使之能在模具制造中推广应用。有些模具对外面粗糙度要求很低,如要求镜面抛光的塑料模具和一些冷作模具。就要采用抛光性能很好的模具材料,这类钢种往往要采用电渣重熔或真空电弧重熔等工艺进行精髓精辟,获得高纯净度的钢材,以适应镜面抛光的要求。
⑴皮纹加工性:有些塑料成品要求制造有皮纹、装饰性图案或文字花腔的外面,为了临盆这些成品,就要求在压制这些成品的模具外面加工出相应的清晰的斑纹、图案来。而加工这些图案、皮纹一般是采用化学蚀刻工艺,要求模具材料要能适应这种化学蚀刻工艺,蚀刻以后,能够在模具外面获得图案清晰、纹理清楚的皮纹和图案。
⑵铸造工艺性能:为了简化临盆工艺,国内外近年来致力于成长采用铸造工艺直接临盆出接近成品模具外形的铸造毛坯。如我国已经研究采用铸造工艺临盆一部门冷作模具、热作模具和玻璃成形模具。相应地成长了一些铸造模具用钢,对这类材料要求具有优越的铸造工艺性能,如流动性、缩短率等。
⑶焊接性:有些模具要求在工作前提最苛刻的部门堆焊接特种耐磨或耐蚀材料,有些模具但愿在使用过程中采用堆焊工艺进行修复后从头使用。对这类模具就要求选用焊接性好的模具材料,以简化焊接工艺,可以避免或简化焊前预热和焊后处置赏罚工艺,更好地适应焊接工艺的需要,相尖地成长了一批焊接性优越的模具材料。
⑷冷变形性:为了简化工艺,提高模具的制造效率,对批量临盆的型腔模具,有些采用冷挤压工艺压制型腔,用淬硬的凸模将模具的型腔直接压制出来,要求模具材料具有优越的冷变形性能,如塑料模具钢中的低碳低硅钢就具有优越的冷变形性能。
⒉淬火温度和淬火变形
为了便于临盆,但愿模具材料的淬火温度局限要宽一些,稀疏是有些模具要求采用火焰加热局部淬火时,难以切确地测量和控制温度,就要求模具钢能适应较宽的淬火温度局限,模具在热处置赏罚时,要求其变形水平要小,稀疏是一些外形复杂的慎密模具,淬硬以后难以修整,就对淬回火的变形水平要求更为严酷,应该选用微变形模具钢制造。
⒊淬透性和淬硬性
淬硬性主要取决于钢的碳含量,淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。对于年夜部门要求高硬度的冷作模具,对淬硬性要求较高;对于年夜部门热作模具和塑料模具,对于硬度的要求不太高,往往更多地考虑其淬透性;稀疏是对于一些年夜截面深型腔模具,为了使模具的心部也能获得优越的组织和平均的硬度,就要求选用淬透性好的模具钢。此外对于外形复杂、要求精度高又容易产生热处置赏罚变形的模具,为了减少其热处置赏罚变形,往往尽可能采用冷却能力衰的淬火介质(如油冷、空冷、加压淬火或盐浴淬火),就需要采用淬透性较好的模具材料,以获得惬心的淬火硬度和淬硬层深度。
⒋氧化脱碳敏感性
模具在加热过程中,若是产生氧化、脱碳现象,就会改变模具的外形和性能,影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命,招致模具早期掉效。有些钼含量高的模具钢,因为容易氧化、脱碳,有一段时间限制了其推广应用,直到热处置赏罚工艺装备成长以后,采用特种热处置赏罚工艺(如真空热处置赏罚,可控空气热处置赏罚、盐浴热处置赏罚等)以后,能够避免氧化、脱碳,这类模具钢,才顺利获得推广应用。钼基合金固然具有极为优异的高温性能,然则因为在高温下极易氧化,严重地限制了其应用局限。
㈢模具钢材的冶金质量
冶金质量也对模具钢材的性能有很年夜的影响,只有具有优异的冶金质量,才能充实施展模具材料的各种性能。是以对于临盆慎密、复杂、长寿命的模具,必须选用冶金质量优异的适宜的材料。国内外主要冶金临盆部门也千方百计致力于模具钢材冶金质量的提高。主要有以下几个方面:
⒈冶炼质量
对于高质量的模具钢材,国内外广泛采用炉外精髓精辟、真空处置赏罚、真空冶炼、喷粉处置赏罚、电渣重熔等工艺、降低钢中的有害元素、氧、氢和夹杂物的含量,进行化学成分和浇注温度的微调。通过电渣重熔还能够有效地改善钢的低倍组织和致密度,提高模具钢材的等向性。国内一些临盆厂的试验申明电弧炉临盆的4Cr5MoSiV1钢的横向冲击韧度值只相当于纵向的31%,通过电渣重熔以后的4Cr5MoSiV1钢,横向冲击韧度值可相当于纵向的70%,提高1倍以上。对于不凡要求的模具钢材,则采用粉末冶金工艺临盆的粉末高速钢和粉末高合金模具钢,可以更好地改善钢的组织和性能。
⒉锻造轧制工艺
在保证一定的锻造比的根本上,尽可能采用镦粗一拔长锻造和交叉轧制工艺,以提高模具材料的等向性。为了减少加工余量,提高材料的操作率,广泛采用精锻机、快锻水压机、高精度连轧机临盆,供给高精度的钢材适应模具制造的需要。
⒊热处置赏罚和精加工
锻、轧材的热处置赏罚,应采用可控空气或真空热处置赏罚,避免氧化脱碳,对有些塑料模具钢和热作模具钢应由冶金部门进行预硬处置赏罚。对有些要求高的热作模具材料应由冶金部门预提高前辈行组织细化处置赏罚,消弭钢中的粗年夜碳化物和链状分布的碳化物,获得藐小、平均分布的碳化物组织,以进一步改善钢的各种性能,稀疏是等向性。按照国外的一些报道,有些热作模具钢通过电渣重熔—多向锻造(轧制)—组织细化处置赏罚,临盆出高质量xx向性的模具钢,其横向的冲击韧度值可以相当于纵向的90%以上。不少钢厂对这种工艺临盆的钢命名了商品商标,如奥地利伯乐钢厂的ISODISC;日今天立金属公司的ISOTROPY,日本高周波钢业公司的MICROFINE等,我国不少冶金临盆部门也在致力于这项工作。此外从钢材各部位的冶金质量考虑,制造模具时应注意使模具的主要工作面(如型腔或刃部)选择接近钢材的外面位置;因为在一般环境下钢材的外面是钢材比力清洁的部位,而钢材的心部是钢材低倍缺陷比力集中的区域;稀疏是在年夜截面莱氏体钢材中,中心部位钢的共晶碳化物不平均度会比外面部位超出2~3级。还有模具的主要承受载荷的方向{zh0}能选择与钢材的变形方向相一致,以减少钢材的各向异性对模具的晦气影响。
⒋导热性
导热性也是模具钢材,稀疏是有些热作
模具钢材和塑料模具钢材的主要性能指标之一。导热性好的模具钢材,能把加工中产生的热量和加工工件传来的热量迅速传出,避免模具工作外面产生过热现象改善模具的工作前提。对一些热塑性塑料成形用的模具和一些压铸模具,为了加快临盆节奏但愿压制的工件迅速降温脱模,以提高临盆率,为认识决这一问题,有时选用一些比钢铁导热性更好的模具材料,如高强度铜合金、高强度铝合金等。
⒌精料和成品化
为了缩短了模具的制造周期,模具制造部门在选购模具钢材时,应可能选用精料和成品,如经由剥皮,冷拔或磨削加工的精品钢材,经由粗加工、精加工、甚至精加工淬火回火的模块。模具制造部门操作这些精料和成品稍进行加工即可与尺度模架装配使用。既可以有效地缩短模具制造周期,适应模具使用部门的需要,又因为前一阶段精料和成品的临盆是在冶金厂高效率年夜批量临盆的,可以降低临盆费用,提高材料操作率。
㈣合理选择模具钢材应考虑的其他成分
在进行模具钢材选择时,按照模具的使用前提和要求,除了必须考虑以上各种成分,稀疏是模具钢材的主要性能必须与模具的使用前提要求相适应外,还需要考虑选用的模具钢材的价钱和通用性。一般环境下,当临盆的工件批量很年夜,模具的尺寸较小时,模具钢材在模具制造费用中所占的份额很小,模具钢材的价钱可不作为主要考虑的指标,可以尽量选择比力高级的合用的模具钢材。而对于年夜型或特年夜型外形较简单的模具,因为模具钢材的费用将在模具总的成本中占较年夜的份额,所以可以按照临盆工件的批量,选用价钱较低的模具钢材,或者模具本体选用价钱低的模具钢材,而在模具的环节工作部位,如型腔或刃口处,采用镶块或堆焊的体例将高级的模具钢材镶上去或堆焊上去,既能提高模具的使用寿命,又能降低材料费用。
模具钢材的通用性,也是选用模具钢材时必须考虑的成分。模具钢材一般用量不年夜,品种、规格很多,为了便于在市场上采购和备料,应该考虑材料的通用性。除了不凡要求以外,尽可能采用年夜量临盆的通用型模具钢材,因为通用型模具钢材技术比力成熟,堆集的临盆工艺和使用经验较多,性能数据也比力完整,便于在设计和制造过程中参考。此外选用通用型模具钢材,可以便于采购、备料和材料打点工作。


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