常用的冷冲压模具材料

冲压模具工作零件材料的要求

冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压与拉伸、弯扭等负荷,甚至在较高的温度下工作(如冷挤压),工作条件复杂,易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此,对模具工作零件材料的要求比普通零件高。

由于各类冲压模具的工作条件不同,所以对模具工作零件材料的要求也有所差异。

1、冲裁模材料的要求

对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性与硬度,而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外,为防止模具断裂或崩刃,还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度与韧性。

2、拉深模材料的要求

要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性(抗咬合性)、高的耐磨性与硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能,而且热处理时变形要小。

3、冷挤压模材料的要求

要求模具工作零件有高的强度与硬度、高耐磨性,为避免冲击折断,还要求有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温,所以还应具有一定的耐热疲劳性与热硬性

11、2、2 冲压模具材料的种类及特性

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主,常用的模具工作部件材料的种类有:碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

1、碳素工具钢

在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等,优点为加工性能好,价格便宜。但淬透性与红硬性差,热处理变形大,承载能力较低。

2、低合金工具钢

低合金工具钢就是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比,减少了淬火变形与开裂倾向,提高了钢的淬透性,耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、

6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

3、高碳高铬工具钢

常用的高碳高铬工具钢有Cr12与Cr12MoV、Cr12Mo1V1(代号D2),它们具有较好的淬透性、淬硬性与耐磨性,热处理变形很小,为高耐磨微变形模具钢,承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔(轴向镦、径向拔)改锻,以降低碳化物的不均匀性,提高使用性能。

4、高碳中铬工具钢

用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等,它们的含铬量较低, 共晶碳化物少,碳化物分布均匀,热处理变形小,具有良好的淬透性与尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比,性能有所改善。

5、高速钢

高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性与抗压强度,承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V(代号8-4-1)与含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2(代号6-5-4-2,

美国牌号为M2)以及为提高韧性开发的降碳降钒高速钢6W6Mo5 Cr4V(代号6W6或称低碳M2)。高速钢也需要改锻,以改善其碳化物分布。

6、基体钢

在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素,适当增减含碳量,以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点,具有一定的耐磨性与硬度,而且抗疲劳强度与韧性均优于高速钢,为高强韧性冷作模具钢,材料成本却

比高速钢低。模具中常用的基体钢有6Cr4W3Mo2VNb(代号65Nb)、

7Cr7Mo2V2Si(代号LD)、5Cr4Mo3SiMnVAL(代号012AL)等。

7、硬质合金与钢结硬质合金

硬质合金的硬度与耐磨性高于其它任何种类的模具钢,但抗弯强度与韧性差。用作模具的硬质合金就是钨钴类,对冲击性小而耐磨性要求高的模具,可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具,可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金就是以铁粉加入少量的合金元素粉末(如铬、钼、钨、钒等)做粘合剂,以碳化钛或碳化钨为硬质相,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体就是钢,克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点,可以切削、焊接、锻造与热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物,虽然硬度与耐磨性低于硬质合金,但仍高于其它钢种,经淬火、回火后硬度可达68 ~ 73HRC。

11、2、3 冲压模具材料的选用及热处理要求

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