浅谈国内外模具新材料发展

浅谈国内外模具新材料发展

摘要:简要介绍了国内外模具新材料发展的情况及趋势。通过对比,分析国内模具材料及模具制造发展存在的问题,并提出建议。

关键词:模具新材料趋势对比分析

Abstract:This paper attempted to introduce recent progress and the development trends of new die materials home and abroad.Through comparison and analysis,the existing problems in the development of die materials in our country were pointed out.Some suggestions were made as well.

Key words:die & mould;new materials;trends;comparison;analysis

制造业的发展推动了模具业的发展,模具业的发展给制造业以有力的支撑。创新能力是模具企业生存的关键。模具制造的首要问题是模具材料。为了响应模具行业对模具材料不断创新、改进的需要,国内外模具材料供应商在模具材料的技术水平和新材料开发方面做了大量的工作,也取得了不少成就。

1 国外模具材料

模具制造业的不断发展及模具钢服役条件的日渐苛刻,对模具钢性能也提出了更高的要求。国外模具材料出现了向高合金、高质、优

化模具材料发展的趋向。模具材料由低级向高级发展,一系列新型模具材料相继出现。

以下对由低级向高级发展的趋向作更详细的叙述。

1.1 追求和发展高质量及高性能的材料

国外在模具新材料研究上,注重对高性能及高质量材料的开发。在高质量方面,日本大同特殊钢株式会社针对压铸模78％为龟裂(热疲劳)失效、8％为开裂破坏的统计结果,通过优化成分配比,采用电炉+炉外精炼和均质化热处理工艺,开发了一种DHA-WORLD压铸模具钢[1]。DHA-WORLD是通用SKD61的改良的钢种。它的韧性得到提升(夏氏冲击值大于20J/cm2),合金成分配合得到最优化,减少了早期开裂,降低了开裂破坏的机率,改善了压铸模的热龟裂问题。同时,淬透性提升。DH31-EX是日本大同特殊钢株式会社研制的高寿命热作模具钢,采用了最优化成分+均质化处理(相对于DH31-S),使其淬透性、韧性大幅提升。同时,它的抗疲劳强度提升,有良好的切削性能。这也是国外模具新材料高质量的体现。

模具性能包括很多方面。无论是提高性能指标上,还是改善工艺性能上,模具供应者都作出了很多努力。仍以日本大同特殊钢株式会社为例:该会社在NAK80的基础上,通过改进,推出了NAK-FRM镜面塑料模具钢。该钢具有高镜面性,镜面度可达10000目,同时其耐蚀性优良,韧性高,适用于液晶面板、摄像机、化妆品容器、透明罩、透明

胶片等模具[1]。相对于该会社在PX4的基础上,开发的通用塑料模具钢PAC5000,NAK80预硬硬度更高,达到了37HRC～42HRC。

1.2 开发及研究高纯净度模具材料

模具材料的纯净度对其综合性能有很大影响。因此模具材料研究、生产企业不仅努力使模具材料有较高的质量和性能,而且还不断根据需求开发、改良出高纯度的模具新材料。这在一些较大型或较知名的企业表现得比较突出。

奥地利“百禄”公司开发了第三代粉末冶金塑料模具钢M390MICROCLEAN。该钢种烧结前粉末颗粒精细且纯度高,经高温、高压制作后形成均匀、无偏析和各向同性金相组织,使该钢种的耐磨性、韧性、抗疲劳性和抛光性能得到了很大的改善[2]。

瑞典钢铁奥克塞隆德有限公司,以其纯净的原料和独特的生产工艺,生产了高强度和高韧性相结合的TOOLOX钢,该钢以两种硬度交货:硬度约33HRC时用于注射模、橡胶模等模具；硬度为44HRC时则用于压铸模、弯曲模等模具[2]。

1.3 降低材料成本,提高性价比

经历了金融危机后,提高性能价格比成为先进模具钢生产企业新型模具钢开发的一个重点方向。一些模具钢生产企业在帮助客户缓解经济和竞争压力方面,均表示会致力于开发价格适中,性能良好的模具

材料。另一方面,模具的80%的失效为表面损伤。而表面处理技术在最近几年得到了较大的发展。开发、研究易于表面处理、改性的材料也成了国外模具材料开发的热点。在长远的角度来讲,这也是提高材料利用率,提高性价比的有效方法。

1.4 发展高强度、高精度的快速制模材料

快速模具缩短了新模具产品的开发时间,降低了开发费用。因此,快速成形及快速制造成了模具制造业又一大重点。在快速模具的发展过程中始终伴随着先进技术和新材料的发展,使其互为促进、互为带动。亨斯迈(HUNTSMAN)在十三届中国国际模展上展出了用于模型和模具制作的可加工塑料板材；用于原型和部件生产的光敏树脂聚合物等。尽管快速模具体现出良好的经济性和实用性,然而,它存在的问题也不容小觑。例如:它在精度、强度、耐高温性等方面仍和传统加工的零件有一定的差距。因而,开发强度更高、精度更好的快速制模材料,使得成形材料系列化,是目前国外快速制模材料发展重要方向。

以上是模具材料发展的总趋势。争对于不同的生产企业,也有各企业自己独到的发展方向。以邻国日本为例:日本的模具钢企业将研发表面处理专用的模具钢,改善模具材质的超细化组织作为模具开发的重要课题。

2 国内模具材料

2.1 提高模具材料寿命和稳定性

模具寿命一直是国内模具供应商们想要提高的重要方面。模具寿命的提高,最根本的办法是采用高性能的模具材料。

近年来,我国研制出不少适合我国特点的新型高效模具材料,如塑料模具钢中0Cr16Ni4Cu3Nb、5CrNiMnMoVSCa、8Cr2MnWMoVS、06Ni6CrMoVTiAl、Y20CrNi3AlMnMo等,冷作模具钢中的6Cr4W3Mo2VNb、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等,热作模具钢中的3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnV Al等,这些新钢种的采用,都获得提高模具寿命数倍的效果[4]。

然而,国产模具材料总体上还不能完全适应模具制造的需要,很过高性能,长寿命,交货日期紧迫的模具仍不得不采用进口模具材料。同时,我国模具材料在寿命及质量的稳定性方面有待进一步改进。为了改善上述不足,我国在提高模具材料寿命和稳定性方面加大了研究力度。

2.2 研究和改进国际优良钢种

近年来国内模具钢在研究和改进国际优良钢种发面有较大进步。目前,国内许多钢厂致力于改进国外优良钢材。在引进的模具钢材中,4Cr5MoSiV1、3Cr2Mo的生产和使用量相对较多,对其研究改进工作也做得较深入。如宝山钢铁股份有限公司特钢事业部采用电炉熔炼(EF)+钢包精炼微调成分(LF)+真空脱气精炼(VD)以及多向锻造工艺,