合理選擇模具用鋼的基本目的在于避免模具在服役時(shí)出現(xiàn)早期失效,以及在制造時(shí)減少?gòu)U品率。模具用鋼的性能水平、材質(zhì)優(yōu)劣、使用合理與否等因素,和模具制造的精度、合格品率以及服役時(shí)的承載能力、壽命水平,均有密切的關(guān)系。
材料的選擇和使用因?yàn)橛绊懸蛩囟,彼此關(guān)系復(fù)雜,所以是模具制造的一個(gè)重大問(wèn)題。材料是產(chǎn)品的基礎(chǔ),材料影響著模具產(chǎn)品的功能適用性、耐用度、安全性,在模具及其零件的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中,選擇何種原材料是至關(guān)重要的。模具設(shè)計(jì)時(shí),材料確定后才能安排制造、裝配的加工路線和加工工藝方法,以及估算制作成本。通過(guò)對(duì)各種典型模具的失效分析,設(shè)法滿(mǎn)足材料的使用性能和工藝性能兩方面的要求,找出能影響模具壽命特點(diǎn)的性能指標(biāo),然后,以此為依據(jù),有針對(duì)性地選擇模具用鋼及熱處理工藝。
在選用材料時(shí)要注意使用新型材料,我國(guó)已經(jīng)研制出不少適合我國(guó)特點(diǎn)的新型高效模具鋼,如熱作模具鋼中的3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4CrMnSiMoV等,冷作模具中的6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo3V2Si、7CrSiMnMoV等新鋼種的采用,均獲得提高模具壽命數(shù)倍的效果。如冷作模具鋼選用6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)代替T10、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2等制作多工位冷鐓機(jī)用的內(nèi)六角凸模、螺栓壓角凸凹模、螺栓平圓頭沖模、圓環(huán)冷沖模等;熱作模具鋼選用3Cr3Mo3W2V(HMI)代替3Cr2W8V鋼等制作軸承套圈的熱沖壓凸模和凹模、連桿輥鍛成形模、小型機(jī)鍛模等,都顯著提高了模具壽命。
如軸承套圈毛坯(φ31~33mm)熱鐓鍛沖頭,用于高速鐓鍛機(jī),每分鐘鐓鍛80~100件,對(duì)沖頭噴水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。采用3Cr2W8V鋼制作的沖頭,熱穩(wěn)定性雖高但多數(shù)以早期熱裂失效,主要問(wèn)題是抗熱疲勞性不夠,采用4Cr5MoSiV鋼制作后,提高了韌性及抗熱疲勞能力,使壽命提高60%。鋼件反擠壓模具沖頭隨的壓應(yīng)力接近工具鋼的極限承載能力,用Cr12MoV、Cr12等鋼制作的沖頭(硬度為61~66HRC),其服役壽命僅幾十件,呈現(xiàn)鐓粗后斷裂失效。若采用人18Cr4V高速鋼制作沖頭,其服役壽命高于3000次。若采用強(qiáng)韌性更好的W6Mo5Cr4V2鋼制作沖頭時(shí),并輔以模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施,在大量生產(chǎn)中,平均壽命可達(dá)到7000次的水平。
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