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衝壓模具材料的選用及熱處理要求

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衝壓模具材料的選用及熱處理要求

發布日期:2018-08-15 作者: 點擊:

衝壓模具材料的選用及熱處理要求

選用衝裁模具材料應考慮工件生產的批量,若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具材料;還應考慮被衝工件的材質,不同材質適用的模具材料亦有所不同。對於衝裁模具,耐磨性是決定模具壽命的重要因素,鋼材的耐磨性取決於碳化物等硬質點相的狀況和基體的硬度,兩者的硬度越高,碳化物的數量越多,則耐磨性越好。常用衝壓模具鋼材耐磨性的劣優依次為碳素工具鋼—合金工具鋼—基體鋼—高碳高鉻鋼—高速鋼—鋼結硬質合金—硬質合金。

此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對模具材料選擇的影響。

1.傳統模具用鋼   長期以來,國內薄板衝裁模用鋼為T10ACrWMn9Mn2VCr12Cr12MoV等。

其中T10A為碳素工具鋼,有一定強度和韌性。但耐磨性不高,淬火容易變形及開裂,淬透性差,隻適用於工件形狀簡單、尺寸小、數量少的衝裁模具。

T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為:760~810 ℃水或油 淬,160~180 ℃回火,硬度59~62HRC

CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種,淬火操作簡便,淬透性優於碳素工具鋼,變形易控製。但耐磨性和韌性仍較低,應用於中等批量、工件形狀較複雜的衝裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為:淬火溫度820~840 ℃油冷 ,回火溫度200 ℃,硬度60~62HRC9Mn2V鋼的熱處理工藝為:淬火溫度780~820 ℃油冷 ,回火溫度150~200 ℃,空冷,硬度60~62HRC。注意回火溫度在200~300 ℃範圍有回火脆性和顯著體積膨脹,應予避開。

Cr12和Cr12MoV為高碳高鉻鋼,耐磨性較高,淬火時變形很小,淬透性好,可用於大批量生產的模具,如矽鋼片衝裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性,易產生碳化物偏析,衝裁時容易出現崩刃 或斷裂。其中,Cr12含碳量較高,碳化物分布不均比Cr12MoV嚴重,脆性更大一些。

Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決於模具的使用要求,當模具要求比較小的變形和一定韌性時,可采用低溫淬火、回火(Cr12950~980 ℃淬火,150~200 ℃回火;Cr12MoV1020~1050 ℃淬火,180~200 ℃回火)。 若要提高模具的使用溫度,改善其淬透性和紅硬性,可采用高溫淬火、回火 (Cr121000~1100 ℃淬火,480~500 ℃回火;Cr12MoV1110~1140 ℃淬火,500~520 ℃回火 )。

高鉻鋼在275~375 ℃區域有回火脆性,應予避免。

2.常用模具新鋼種  

為了彌補傳統模具鋼種性能的不足,國內開發或引進了以下性能較好的衝壓模具用鋼:

(1)Cr12Mo1V1(代號D2)鋼   為仿美國ASTM標準中的D2鋼引進 的鋼種,屬Cr12型鋼。由於D2鋼中MoV含量增加,細化了晶粒,改善了碳化物的分布狀況,因此D2鋼的強韌性(衝擊韌度、抗彎強度、撓度)比Cr12MoV鋼有所提高,耐磨性和抗回火穩定性也比Cr12MoV更高。可用深冷處理,提高硬度並改善尺寸穩定性。用D2鋼製作的衝裁模具壽命要高於Cr12MoV鋼模具。

D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差,機械加工性能和熱處理工藝與Cr12型鋼相似。

(2)Cr6WV鋼  為高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼,碳、鉻含量均低於Cr12型鋼,碳化物的分布狀態較Cr12MoV均勻,具有良好的淬透性。熱處理變形小,機械加工性能較好。抗彎強度、衝擊韌度優於Cr12MoV, 隻是耐磨性略低於Cr12型鋼。用於承受較大衝擊力的高硬度、高耐磨板料衝裁模,其效果好於Cr12型鋼。

鋼的常用熱處理工藝為:淬火溫度9701 ~ 000℃,一般可熱油或硝鹽分級淬火冷卻,尺寸不大的部件可采取空冷。淬火後應立即回火,回火溫度160210 ~ ℃,硬度58 ~ 62HRC

(3)Cr4W2MoV鋼  也是高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼,替代Cr12型鋼而研製的鋼種,碳化物均勻性好,耐磨性高於Cr12MoV,適於製作形狀複雜、尺寸精度要求高的衝壓模具,可用於矽鋼片衝裁模。

Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝:要求強度、韌性較高時,采用低溫淬火、低溫回火工藝:淬火溫度960~980 ℃,回火溫度280~320 ℃,硬度60~62HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時,采用高溫淬火、高溫回火工藝:淬火溫度1020~1040 ℃,回火溫度50 0~540 ℃,硬度60~62HRC

(4)7CrSiMnMoV(代號CH-1)鋼  為 空淬微變形 低合金鋼、火焰淬火鋼,可以利用火焰進行局部淬火,淬硬模具刃口部分。淬火溫度(800~1000 ℃),具有良好的淬透性和淬硬性 (可達60 HRC以上),強度和韌性較高,崩 刃 後能補焊。可代替CrWMnCr12MoV鋼,製作形狀複雜的衝裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝:淬火溫度900~920 ℃, 油冷 ,190~200 ℃回火1~3小時,硬度58~62 HRC

(5)6CrNiSiMnMoV(代號GD)鋼 為高韌性低合金鋼,淬透性好,空淬變形小,耐磨性較高。其強韌性顯著高於CrWMnCr12MoV鋼,不易崩刃或斷裂。尤其適用於細長、薄片狀 凸模及 大型、形狀複雜、薄壁凸凹模。

GD鋼的推薦熱處理工藝:淬火溫度870~930 ℃(900 ℃最佳 ),鹽浴爐加熱(45s/mm), 油冷或 空冷、風冷 ,175~230 ℃回火2小時,硬度58~62 HRC。由於空冷即可淬硬 ,也可采用火焰加熱淬火。

(6)9Cr6W3Mo2V2(代號GM)鋼   為高耐磨高強 韌 合金鋼,各項工藝性能良好,其耐磨性、強韌性、加工性能均優於Cr12型鋼,能夠用於高速壓力機衝壓下的多工位 級進模等 精密模具,是較理想的耐磨、精密衝壓模具用鋼。

GM鋼的熱處理工藝:淬火溫度1080~1120 ℃,硬度64~66HRC。回火溫度540~560 ℃,回火二次。

(7)Cr8MoWV3Si (代號ER5)鋼    屬高耐磨高強 韌 合金鋼,具有較好的電火花加工性能,強度、韌性、耐磨性都優於Cr12型鋼,適用於大型精密衝壓模具。用於矽鋼片衝裁模,一次 刃 磨壽命為21萬次,總壽命高達360萬次,是目前合金鋼衝模衝裁矽鋼片的較高壽命水平。

ER5鋼的推薦熱處理工藝:對高耐磨性、高強韌性的模具,采用1150 ℃淬火,520~530 ℃回火3次; 對重載服役條件下的模具,采用1120~1130 ℃淬火,550 ℃回火3次。

3.硬質合金及鋼結硬質合金   

當工件的批量極大時,可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質合金 或鋼結硬質合金。用作模具材料的硬質合金為 鎢鈷類 ,隨著 含鈷量的 增加,韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對於承受衝擊力較小的模具,可以選用 含鈷量較低 的YG10X;承受衝擊力中等或較大的模具,可以選用 含鈷量較高 的YG15YG20。硬質合金的缺點為韌性較差、難以加工,作為模具的工作部件可以設計為鑲拚結構。 鋼結硬質合金 的性能介於硬質合金和高速鋼之間,能夠機械加工和熱處理,可以用於製作複雜的高壽命模具。用作衝裁模的鋼結硬質合金 有DTGT35TLMW50GW50等。

 

 


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