冷作模具的工作条件和对模具材料的性能要求
冷作加工是金属在室温下进行冲压、剪断或形变加工的制造工艺,如冷冲压、冷镦锻、冷挤压和冷轧加工等。由于各种冷作加工的工作条件不完全相同,因此对冷作模具材料的要求也不完全一致。
如在冲压过程中,被冲压的材料变形抗力很大,模具的工作部分,特别是刃口承受着强烈的摩擦和挤压,所以对冲裁、剪切、拉深、压印等模具材料的要求主要是高的硬度和耐磨性。同时模具在工作过程中还将受到冲击力的作用,要求模具材料也应具有足够的强度和适当的韧性。此外为便于模具制造,模具材料还要求有良好的冷热加工性能,包括退火状态下的可加工性、精加工时的可磨削性以及缎造、热处理性能等。
冷挤压时,模具整个工作表面除承受巨大的变形抗力和摩擦,在300℃左右,要求具有足够的强度和耐磨性,所以要求模具材料还应具有一定的红硬性和耐热疲劳性。
1)CrWMnCrWMn钢的硬度、强度、韧性、淬透性及热处理变形倾向均优于碳素工具钢。钢中W形成的碳化物硬度很高,耐磨性好,W还能细化晶粒。主要用作轻载荷冲裁模、拉深模及弯曲、翻边模。但其形成网状碳化物的倾向大,不宜制作大截面模具。CrWMn钢的淬火温度一般为820~840℃,油冷,φ40~60mm尺寸的工件油冷能够淬透。回火温度一般为170~200℃,回火后硬度可以达到60~62HRC左右。淬火及低温回火后含有较多碳化物,具有较高的硬度和耐磨性。但在250~350℃回火时,其韧性降低,应予避免。
2)9Mn2V钢9Mn2V钢是不含有Cr、Ni等较贵重元素的经济性低合金模具钢。由于含有少量的V,细化了钢的晶粒,减小了钢的过热敏感性。该钢冷加工性能和热处理工艺良好,变形开裂倾向小。但其淬透性、淬硬性、回火抗力、强度等性能不如CrWMn钢。适合用于尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模等。主要热处理工艺如下:等温退火工艺:750~780℃,保温3~5h,等温温度670~700℃,保温4~6h。淬火工艺:淬火温度780~820℃,油冷,硬度61HRC以上。回火工艺::回火温度150~200℃,空冷,硬度59~62HRC。回火温度在200~300℃时有回火脆性存在,应避免在此温度范围回火。
3)9SiCr钢9SiCr钢在我国有悠久的使用历史。钢中含有Cr和Si,提高了钢在贝氏体转变区的稳定性,Si还可细化碳化物,有利于提高耐磨性、回火稳定性和塑性变形能力,淬透性较好,适合进行分级淬火或等温淬火,有利于防止模具淬火变形开裂。该钢主要用作中小型轻负荷冷作模具,如冷冲模、冷挤压模及打印模等。其主要热处理工艺如下:退火工艺:780~810℃,保温2~4h,等温温度700~720℃,保温4~6h。
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