常規(guī)淬火體積變化小,形狀翹曲、畸變輕微,異常變形傾向低。常規(guī)淬火開(kāi)裂敏感性低,對(duì)淬火溫度及工件形狀不敏感。
冷作模具
(1)分為五組:W組、O組、A組、D組、S組。 ◆ W組即水淬模具鋼,有11個(gè)鋼種,7個(gè)碳素模具鋼,含碳量從0.7%-1.3%。 ◆ O組即油淬冷作模具鋼(俗稱(chēng)油鋼),有4個(gè)鋼種,含碳量在0.85%-1.55%, ◆ A組即空淬中合金冷作模具鋼,有9個(gè)鋼種,含碳量從0.5%-2.25%。 ◆ D組即高碳高鉻冷作模具鋼,有7個(gè)鋼種,含碳量0.9%-2.5%。 ◆ S組即耐沖擊工具鋼,有7個(gè)鋼種,含碳量0.4%-0.6%。 用于冷作模具還有高速鋼(HSS組)和超高速鋼(SHSS組),鈷基硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金(HA組),粉末鋼和工程陶瓷(PIM組),碳鎢工具鋼(F組),特殊用途工具鋼(L組)。 (2)冷作模具鋼的選用 冷作模具鋼的主系列是高硬冷作類(lèi),主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具,硬度高于HRC60-62。對(duì)于要求耐沖擊、韌性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S類(lèi)和部份A類(lèi)和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對(duì)于大型沖壓模,如汽車(chē)外型沖壓件,主要用鑄鐵類(lèi)。簡(jiǎn)易或壽命數(shù)量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。 高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。主要是有高的"抗壓強(qiáng)度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。 粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命,硬度不大高HRC60-62,應(yīng)用相當(dāng)多。 碳素工具鋼在壽命10萬(wàn)件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。
熱作模具
美國(guó)熱作模具鋼分二大類(lèi):熱作模具鋼,和超級(jí)熱強(qiáng)合金。 熱作模具由于在有溫度的條件下工作,要求材料具有熱強(qiáng)性和熱耐磨性,為了保證模具的使用壽命模具要冷卻,熱冷交替模具會(huì)出現(xiàn)龜裂,即熱疲勞裂紋,所以材料又要求有抗裂紋能力和抗熱疲勞性能。 按熱強(qiáng)性排列的主系列進(jìn)行選材: 低合金調(diào)質(zhì)模具鋼(6G,6F2,6F3)→中鉻熱作模具鋼(H11、H12、H13)→鎢熱作模具鋼(H21,H22)。 非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼:例如熱鐓鍛模具用時(shí)效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現(xiàn)了不能滿足熱耐磨性時(shí),可以選擇6H1,6H2。 當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時(shí),可以選擇D2,D4→M2,M4→粉末鋼。鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金的高溫耐磨性是很高的,但其熱疲勞性(即冷熱抗疲勞裂紋)很差,不能在急冷急熱狀態(tài)下使用。
塑料模具
美國(guó)是最早在工具鋼中列出塑料模具專(zhuān)用鋼的國(guó)家,以P來(lái)表示為主,共分為五類(lèi)。
◆ 滲碳型塑料模具鋼:P1,P2,P3,P4,P5,P6。這類(lèi)鋼含碳量很低,主要是美國(guó)早期及用擠壓成型制模法,要求冷塑性好,有高的擠壓性能,成型后表面滲碳淬火提高表面硬度,使用壽命長(zhǎng)。芯部超低碳可使淬火時(shí)變形量最小。
◆調(diào)質(zhì)型塑料模具:P20,P21。塑料模具中P20的用量很大,已成為主體,大多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時(shí)使用。
◆ 中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號(hào)有H13,而L2和S7,O1和A2也有應(yīng)用。這一類(lèi)的特點(diǎn)是: (1)基本屬二次硬化金鋼,500-600oC時(shí)的熱強(qiáng)性好。 (2)含鉻較高,大氣腐蝕性好。 ?。?)淬透性極好,適用于大模塊。
◆不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模,主要鋼號(hào)有420,414L,440,416。
◆時(shí)效鋼是經(jīng)過(guò)時(shí)效處理而獲得高的使用性能。有兩種,一種是P21低碳Ni-A1時(shí)效鋼;另一類(lèi)是18Ni馬氏體時(shí)效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無(wú)碳高純度、高強(qiáng)度、高韌性的材料。用于力學(xué)性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。
塑料模具鋼的選用 :薄壁的塑料箱體,生產(chǎn)批量在小于10萬(wàn)件時(shí),用P20,P21預(yù)硬態(tài)(HB250~300),腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用414L。高壽命的普通塑料模,用P6或P20,經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大時(shí),可用O1,S7。腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用420。非高溫的熱固性模用P6,P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強(qiáng)用420。高溫?zé)峁绦运芰夏S肏13和S7或滲碳鋼P(yáng)4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。
塑膠模具
塑膠模具鋼分預(yù)硬普通塑膠模具鋼,預(yù)硬優(yōu)質(zhì)塑膠模具鋼,預(yù)硬高硬度塑膠模具鋼,預(yù)硬抗腐鏡面塑膠模具鋼,抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類(lèi)塑膠模具鋼質(zhì)量等級(jí)分配 模具類(lèi)別以美國(guó)SPI-SPE 為標(biāo)準(zhǔn)分下列各類(lèi).
一. 101 類(lèi)模(SPI-SPE 標(biāo)準(zhǔn)1,000,000 啤或以上,長(zhǎng)期精密生產(chǎn)模)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材一定要見(jiàn)硬至 48~50HRC.其余零件如行位,壓鎖,壓條等亦應(yīng)為硬件.
4. 頂針板要有導(dǎo)柱.
5. 行位要有硬片
6. 如有需求的話,上模,下模及行位要有溫度控制.
7. 所有運(yùn)水道,建議采用無(wú)電浸鎳或用420 不銹鋼做模板.這樣可防止生銹及清理垃圾.
8. 需要直身鎖或斜鎖.
二. 102 類(lèi)模. (不超過(guò)一百萬(wàn)啤,大量生產(chǎn)模具.)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BHN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材要見(jiàn)硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦應(yīng)同一處理.
4. 建議采用直身鎖或斜鎖.
5. 下列項(xiàng)目可能或不需要.視乎最終生產(chǎn)數(shù)量而定.建議報(bào)價(jià)時(shí)如采用下列項(xiàng)目要檢查清楚是否需要:
A. 頂針板導(dǎo)柱.
B. 行位硬片.
C. 電鍍運(yùn)水孔.
D. 電鍍模腔.
三. 103 類(lèi)模(少於50萬(wàn)啤,中量生產(chǎn)模.)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最小為 165BHN. (DME #1 鋼 / 1040 鋼)
3. 內(nèi)模鋼材為 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).
4. 其余要求視乎需要而定.
四. 104 類(lèi)模(少於10萬(wàn)啤,少量生產(chǎn)模)
1. 需要模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用軟鋼或鋁.(1040 鋼)
3. 內(nèi)模件可用鋁,軟鋼或其它認(rèn)可金屬.
4. 其余要求視乎需要而定.
五. 105 類(lèi)模. (少於500 啤,首辦?;蛟囼?yàn)?zāi)?
1. 可用鋁鑄鐵或環(huán)氧樹(shù)脂或任何材料只要有足夠強(qiáng)度可生產(chǎn)最少測(cè)試數(shù)量便可
工藝性能
在模具生產(chǎn)成本中,材料費(fèi)用一般占10%~20%,而機(jī)械加工、熱處理、裝配和管理費(fèi)用占80%以上,所以模具的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易的主要因素之一。
可加工性
——熱加工性能,指熱塑性、加工溫度范圍等;
——冷加工性能,指切削、磨削、拋光、冷拔等加工性能。
冷作模具鋼大多屬于過(guò)共析鋼和萊氏體鋼,熱加工和冷加工性能都不太好,因此必須嚴(yán)格控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù),以避免產(chǎn)生缺陷和廢品。另一方面,通過(guò)提高鋼的純凈度,減少有害雜質(zhì)的含量,改善鋼的組織狀態(tài),以改善鋼的熱加工和冷加工性能,從而降低模具的生產(chǎn)成本。
為改善模具鋼的冷加工性能,自20世紀(jì)30年代開(kāi)始,研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或?qū)е履>咪撝刑嫉氖脑?,發(fā)展了各種易切削模具鋼,以進(jìn)一步改善其切削性能和磨削性能,減少刀具磨料消耗、降低成本。
淬透性
淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火前的原始組織狀態(tài);淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對(duì)于大部分的冷作模具鋼,淬硬性往往是主要的考慮因素之一。對(duì)于熱作模具鋼和塑料模具鋼,一般模具尺寸較大,尤其是制造大型模具,其淬透性更為重要。另外,對(duì)于形狀復(fù)雜容易產(chǎn)生熱處理變形的各種模具,為了減少淬火變形,往往盡可能采用冷卻能力較弱的淬火介質(zhì),如空冷、油冷或鹽浴冷卻,為了得到要求的硬度和淬硬層深度,就需要采用淬透性較好的模具鋼。
處理變形
為了便于生產(chǎn),要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些,特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí),由于難于準(zhǔn)確地測(cè)量和控制溫度,就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。
模具在熱處理時(shí),尤其是在淬火過(guò)程中,要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等,為保證模具質(zhì)量,要求模具鋼的熱處理變形小,特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的精密模具,淬火后難以修整,對(duì)于熱處理變形程度的要求更為苛刻,應(yīng)該選用微變形模具鋼制造。
敏感性
模具在加熱過(guò)程中,如果發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象,就會(huì)使其硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低;因此,要求模具鋼的氧化、脫碳敏感性好。對(duì)于含鉬量較高的模具鋼,由于氧化、脫碳敏感性強(qiáng),需采用特種熱處理,如真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。
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