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模具鋼材的工藝性能分析
編輯:寧國市瑞達機械制造有限公司   時間:2022-02-24

今天帶大家來就了解一下模具鋼材的工藝性能。

在模具總的制造成本中,特別是對于小型精密復雜模具,模具材料費往往只占總成本的10%~20%,有時甚至低于10%;而機械加工、熱處理、表面處理、裝配、管理等費用要占成本的80%以上。所以模具材料的工藝性能就成為影響模具成本的一個重要因素,改善模具的工藝性能,不僅可以使模具生產工藝簡單,易于制造,而且可以有效地降低模具制造費用。模具材料的工藝性能,經常要考慮的有以下幾種。


模具鋼材


一、可加工性

模具材料的可加工性包括冷加工性能,如切削、磨削、拋光、冷擠壓、冷拉工藝性,熱加工性能包括熱塑性和熱加溫度范圍等。模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼,冷加工和熱加工性能一般都不太好,在生產過程中,必須嚴格地控制熱加工和冷加工的工藝參數,以避免產生缺陷和廢品,另一方面還必須通過改善鋼的純凈度,減少有害的雜質,改善鋼的組織狀態,并采取一些措施,以改善鋼的工藝性能,降低模具的制造費用。為了改善模具鋼的切削性和磨削性,從20世紀30年代開始,研究向鋼中加入適量的硫、鉛、鈣、稀土金屬等元素或導致模具鋼中碳的石墨化的元素,發展了各種易切削模具鋼。以后發現有些易切削元素加入以后,會在模具鋼中生產一些有害的夾雜物(如硫化鐵等),會使鋼的力學性能,特別是橫向的塑性、韌性下降,于是又在精煉后期對鋼水進行變性處理,通過加入變性劑(如SiCa,稀土元素等),形成富鈣硫化物或稀土硫化物使硫化物球化,抑制了硫對鋼的力學性能的不利影響,保留和發揮了其對鋼的可加工性和磨削性的有利作用,使易切削模具鋼得到進一步地發展。有些模具材料,如高釩高速鋼、高釩高合金模具鋼的磨削性很差、磨削比很低,不便于磨削加工,近年來改用粉末冶金生產,可以使鋼中的碳化物細小、均勻,完全消除了普通工藝生產的高釩模具鋼中的大顆粒碳化物,不但使這類鋼的磨削性大為改善,而且改善了鋼的塑性、韌性等性能,使之能在模具制造中推廣應用。有些模具對表面粗糙度要求很低,如要求鏡面拋光的塑料模具和一些冷作模具。就要采用拋光性能很好的模具材料,這類鋼種往往要采用電渣重熔或真空電弧重熔等工藝進行精煉,得到高純凈度的鋼材,以適應鏡面拋光的要求。


1、皮紋加工性:有些塑料制品要求制造有皮紋、裝飾性圖案或文字花樣的表面,為了生產這些制品,就要求在壓制這些制品的模具表面加工出相應的清晰的花紋、圖案來。而加工這些圖案、皮紋一般是采用化學蝕刻工藝,要求模具材料要能適應這種化學蝕刻工藝,蝕刻以后,能夠在模具表面得到圖案清晰、紋理清楚的皮紋和圖案。


2、冷變形性:為了簡化工藝,提高模具的制造效率,對批量生產的型腔模具,有些采用冷擠壓工藝壓制型腔,用淬硬的凸模將模具的型腔直接壓制出來,要求模具材料具有良好的冷變形性能,如塑料模具鋼中的低碳低硅鋼就具有良好的冷變形性能。

3、焊接性:有些模具要求在工作條件較苛刻的部分堆焊接特種耐磨或耐蝕材料,有些模具希望在使用過程中采用堆焊工藝進行修復后重新使用。對這類模具就要求選用焊接性好的模具材料,以簡化焊接工藝,可以避免或簡化焊前預熱和焊后處理工藝,更好地適應焊接工藝的需要,相尖地發展了一批焊接性良好的模具材料。


4、鑄造工藝性能:為了簡化生產工藝,國內外近年來致力于發展采用鑄造工藝直接生產出接近成品模具形狀的鑄造毛坯。如我國已經研究采用鑄造工藝生產一部分冷作模具、熱作模具和玻璃成形模具。相應地發展了一些鑄造模具用鋼,對這類材料要求具有良好的鑄造工藝性能,如流動性、收縮率等。


二、淬火溫度和淬火變形

為了便于生產,希望模具材料的淬火溫度范圍要寬一些,特別是有些模具要求采用火焰加熱局部淬火時,難以精確地測量和控制溫度,就要求模具鋼能適應較寬的淬火溫度范圍,模具在熱處理時,要求其變形程度要小,特別是一些形狀復雜的精密模具,淬硬以后難以修整,就對淬回火的變形程度要求更為嚴格,應該選用微變形模具鋼制造。


三、淬透性和淬硬性

淬硬性主要取決于鋼的碳含量,淬透性主要取決于鋼的化學成分、合金元素含量和淬火前的組織狀態。對于大部分要求高硬度的冷作模具,對淬硬性要求較高;對于大部分熱作模具和塑料模具,對于硬度的要求不太高,往往更多地考慮其淬透性;特別是對于一些大截面深型腔模具,為了使模具的心部也能得到良好的組織和均勻的硬度,就要求選用淬透性好的模具鋼。另外對于形狀復雜、要求精度高又容易產生熱處理變形的模具,為了減少其熱處理變形,往往盡可能采用冷卻能力弱的淬火介質(如油冷、空冷、加壓淬火或鹽浴淬火),就需要采用淬透性較好的模具材料,以得到滿意的淬火硬度和淬硬層深度。


四、氧化脫碳敏感性

模具在加熱過程中,如果產生氧化、脫碳現象,就會改變模具的形狀和性能,影響模具的硬度、耐磨性和使用壽命,招致模具早期失效。有些鉬含量高的模具鋼,由于容易氧化、脫碳,有一段時間限制了其推廣應用,直到熱處理工藝裝備發展以后,采用特種熱處理工藝(如真空熱處理,可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等)以后,能夠避免氧化、脫碳,這類模具鋼,才順利得到推廣應用。鉬基合金雖然具有極為好的高溫性能,但是由于在高溫下極易氧化,嚴重地限制了其應用范圍。


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