冲压模具材料选用

冲压模具材料选用及热处理要求

一、冲裁模具材料的选用及热处理要求

选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量,若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料;还应考虑

被冲工件的材质,不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具,耐磨性就是决定模具寿命的重要因素,钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况与基体的硬度,两者的硬度越高,碳化物的数量越多,则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢—合金工具钢—基体钢—高碳高铬钢—高速钢—钢结硬质合金—硬质合金。

此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。

1、传统模具用钢长期以来,国内薄板冲裁模用钢为T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12与Cr12MoV等。

其中T10A为碳素工具钢,有一定强度与韧性。但耐磨性不高,淬火容易变形及开裂,淬透性差,只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。

T10A碳素工具钢的热处理工艺为:760~810 ℃水或油淬,160~180 ℃回火,硬度59~62HRC。

CrWMn、9Mn2V就是高碳低合金钢种,淬火操作简便,淬透性优于碳素工具钢,变形易控制。但耐磨性与韧性仍较低,应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CrWMn钢的热处理工艺为:淬火温度

820~840 ℃油冷 ,回火温度200 ℃,硬度60~62HRC。9Mn2V钢的热处理工艺为:淬火温度780~820 ℃油冷 ,回火温度150~200 ℃,空冷,硬度60~62HRC。注意回火温度在200~300 ℃范围有回火脆性与显著体积膨胀,应予避开。

Cr12与Cr12MoV为高碳高铬钢,耐磨性较高,淬火时变形很小,淬透性好,可用于大批量生产的模具,如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性,易产生碳化物偏析,冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中,Cr12含碳量较高,碳化物分布不均比Cr12MoV严重,脆性更大一些。

Cr12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求,当模具要求比较小的变形与一定韧性时,可采用低温淬火、回火(Cr12为950~980 ℃淬火,150~200 ℃回火;Cr12MoV为1020~1050 ℃淬火,180~200 ℃回火)。若要提高模具的使用温度,改善其淬透性与红硬性,可采用高温淬火、回火 (Cr12为1000~1100 ℃淬火,480~500 ℃回火;Cr12MoV为1110~1140 ℃淬火,500~520 ℃回火 )。

高铬钢在275~375 ℃区域有回火脆性,应予避免。

2、常用模具新钢种

为了弥补传统模具钢种性能的不足,国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢:

(1)Cr12Mo1V1(代号D2)钢为仿美国ASTM标准中的D2钢引进的钢种,属Cr12型钢。由于D2钢中Mo、V含量增加,细化了晶粒,改善了碳化物的分布状况,因此D2钢的强韧性(冲击韧度、抗弯强度、挠度)比Cr12MoV钢有所提高,耐磨性与抗回火稳定性也比Cr12MoV更高。可用深冷处理,提高硬度并改善尺寸稳定性。用D2钢制作的冲裁模具寿命要高于Cr12MoV钢模具。

D2钢的锻造性能与热塑成形性比Cr12MoV钢略差,机械加工性能与热处理工艺与Cr12型钢相似。-

(2)Cr6WV钢为高耐磨微变形高碳中铬钢,碳、铬含量均低于Cr12型钢,碳化物的分布状态较

Cr12MoV均匀,具有良好的淬透性。热处理变形小,机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于Cr12MoV, 只就是耐磨性略低于Cr12型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模,其效果好于Cr12型钢。-

钢的常用热处理工艺为:淬火温度9701 ~ 000℃,一般可热油或硝盐分级淬火冷却,尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火,回火温度160210 ~ ℃,硬度58 ~ 62HRC。

(3)Cr4W2MoV钢也就是高耐磨微变形高碳中铬钢,替代Cr12型钢而研制的钢种,碳化物均匀性好,耐磨性高于Cr12MoV,适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具,可用于硅钢片冲裁模。

Cr4W2MoV钢的热处理工艺:要求强度、韧性较高时,采用低温淬火、低温回火工艺:淬火温度

960~980 ℃,回火温度280~320 ℃,硬度60~62HRC。要求热硬性与耐磨性较高时,采用高温淬火、高温回火工艺:淬火温度1020~1040 ℃,回火温度50 0~540 ℃,硬度60~62HRC。

(4)7CrSiMnMoV(代号CH-1)钢为空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢,可以利用火焰进行局部淬火,淬硬模具刃口部分。淬火温度(800~1000 ℃),具有良好的淬透性与淬硬性(可达60 HRC以上),强度与韧性较高,崩刃后能补焊。可代替CrWMn、Cr12MoV钢,制作形状复杂的冲裁模。CH-1钢的推荐热处理工艺:淬火温度900~920 ℃, 油冷,190~200 ℃回火1~3小时,硬度58~62 HRC。

(5)6CrNiSiMnMoV(代号GD)钢为高韧性低合金钢,淬透性好,空淬变形小,耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn与Cr12MoV钢,不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状凸模及大型、形状复杂、薄壁凸凹模。

GD钢的推荐热处理工艺:淬火温度870~930 ℃(900 ℃最佳 ),盐浴炉加热(45s/mm), 油冷或空冷、风冷,175~230 ℃回火2小时,硬度58~62 HRC。由于空冷即可淬硬 ,也可采用火焰加热淬火。

(6)9Cr6W3Mo2V2(代号GM)钢为高耐磨高强韧合金钢,各项工艺性能良好,其耐磨性、强韧性、加工性能均优于Cr12型钢,能够用于高速压力机冲压下的多工位级进模等精密模具,就是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。

GM钢的热处理工艺:淬火温度1080~1120 ℃,硬度64~66HRC。回火温度540~560 ℃,回火二次。

(7)Cr8MoWV3Si (代号ER5)钢属高耐磨高强韧合金钢,具有较好的电火花加工性能,强度、韧性、耐磨性都优于Cr12型钢,适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模,一次刃磨寿命为21万次,总寿命高达360万次,就是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。

ER5钢的推荐热处理工艺:对高耐磨性、高强韧性的模具,采用1150 ℃淬火,520~530 ℃回火3次; 对重载服役条件下的模具,采用1120~1130 ℃淬火,550 ℃回火3次。

3.硬质合金及钢结硬质合金