常用沖裁模具主要零件材料的性能及熱處理工藝

1、常用沖裁模具主要零件材料的性能及熱處理工藝摘要：簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)常用模具鋼的種類及發(fā)展概況，簡(jiǎn)述了常用主要零件材料的性能及熱處理工藝，及發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì)。關(guān)鍵字：模具材料 沖裁模具 性能及熱處理工藝 近年來，伴隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的模具工業(yè)一直以15%左右的增速快速發(fā)展，在世界模具產(chǎn)值中所占比例顯著提高。模具制造的首要問題是模具材料。制造模具及其零件的材料有很多，如鋼，鑄鐵，非鐵合金及其合金、高溫合金、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、有機(jī)高分子材料、無機(jī)非金屬材料、天然或人造金剛石等。但其中鋼是用的最多，應(yīng)用范圍最廣的材料。目前我國(guó)模具用鋼廣泛，除了工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼)外

2、，還有軸承鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、不銹鋼等，鋼種達(dá)數(shù)十種之多，但常用的只有20余種，而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。一 模具鋼的分類及發(fā)展模具用鋼主要分三大類，冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼。目前我國(guó)常用的冷作模具鋼仍多是碳素工具鋼（T7A、T8A、T10A、T12A）、低合金工具鋼CrWMn、高碳高鉻鋼Cr12、Cr12MoV、高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等傳統(tǒng)的典型鋼種，不過也引進(jìn)。研制了多種新的鋼種以適應(yīng)不斷提高的要求。熱作模具鋼主要用于制造高溫狀態(tài)下進(jìn)行壓力加工的模具，如熱鍛模具

3、、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓模具等。隨鍛壓機(jī)械能力的加大、加工件形狀的復(fù)雜化，尤其是被加工材料加工難度的增大，如加工鈦合金、高合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼，模具趨向大型化、高性能。對(duì)熱作模具用鋼性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的熱作模具鋼5CrNiMo和5CrMnMo鋼由于熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性較低、易龜裂和塌陷，使用壽命短。3Cr2W8V鋼由于鎢含量高、耐熱振性較差、易熱疲勞，導(dǎo)致龜裂等缺陷。近年來，一些具有較高的熱強(qiáng)性、高的熱疲勞性和良好的韌性的新型熱作模具鋼相繼問世。由于塑料模具的快速發(fā)展，目前塑料模具材料已逐漸形成了較獨(dú)立的體系,但國(guó)內(nèi)塑料成型模具材料尚未形成系列，一般塑料模具常采用正火態(tài)的45鋼或40

4、Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)制造。硬度要求較高的塑料模具采用CrWMn或Cr12MoV等鋼制造。近年來，我國(guó)新型塑料模具鋼的研制取得了一定進(jìn)展，并引進(jìn)了一些在國(guó)外已通用的鋼種，以滿足塑料模具鋼多方面的性能要求。二 沖裁模 沖裁模具，是在冷沖壓加工中，將金屬或非金屬加工成零件或半成品的一種特殊工藝裝備。是沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。 當(dāng)被沖裁加工的材料較硬或變形抗力較大時(shí)，沖模的凸、凹模應(yīng)選取耐磨性好、強(qiáng)度高的材料。而導(dǎo)柱導(dǎo)套則要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要不足是淬透性差，在沖模零件斷面尺寸較大時(shí)，淬火后

5、其中心硬度仍然較低，但是，在行程次數(shù)很大的壓床上工作時(shí)，由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強(qiáng)度，而且要求在工作過程中變形小。另外，還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和表面強(qiáng)化的方法提高模具零件的性能。對(duì)于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模，應(yīng)選取有足夠硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性等綜合機(jī)械性能較好的模具鋼，同時(shí)應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強(qiáng)度等。 所以在制造沖裁模具的材料應(yīng)有一定的選擇，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。 1碳素工具鋼：在模具中應(yīng)用較多的碳素工具

6、鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點(diǎn)為加工性能好，價(jià)格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。 2.低合金工具鋼：低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等。 3. 高碳高鉻工具鋼：常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1，它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，

7、以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。 4. 高碳中鉻工具鋼：用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對(duì)較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。 5. 高速鋼：高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V。高速鋼也需要改鍛 ，以改善其碳化物分布 。 6. 基體鋼：在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當(dāng)增減含碳量

8、，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點(diǎn)，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si、5Cr4Mo3SiMnVAL等。 7. 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強(qiáng)度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類，對(duì)沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對(duì)沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、 鉬 、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化

9、鎢為硬質(zhì)相 ，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn)，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68 73HRC。 8.新材料：沖裁模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應(yīng)用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強(qiáng)度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)是在高合金鋼D2（相當(dāng)于我國(guó)Cr12MoV）性能基礎(chǔ)上，分為兩大分支：一種是降低含碳量和合金元素量，提高鋼中碳化物分布均勻度，突出提高模具的韌性。如美國(guó)釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應(yīng)高速、自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國(guó)的320CrVMo13，等。 為了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性，必須采用熱、表處理新技術(shù)，尤其是表面處理新技術(shù)。除人們熟悉的鍍硬鉻、氮化等表面硬化處理方法外，近年來模具表面性能強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展很快，實(shí)際應(yīng)用效果很好。其中，化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）以及鹽浴滲金屬（TD）的方法是幾種發(fā)展較快，應(yīng)用最廣的表面