调查结果显示,在众多导致模具失效的原因中,材料选择及热处理工艺占据了大约70%的比重,这一因素显著影响了模具的使用寿命。鉴于此,在整个模具的设计与制造阶段,对模具材料的选择以及热处理技术的合理性显得尤为关键。
11.2.1 冲压模具工作零件材料的要求
在冲压模具运作过程中,必须承受诸如冲击、振动、摩擦、高压以及拉伸、弯扭等多种负荷,且有时还需在较高温度环境中工作(例如冷挤压),这使得其工作环境相当复杂,容易出现磨损、疲劳、断裂和变形等问题。鉴于此,对于模具工作零件所使用的材料,其质量要求相较于普通零件更为严格。
各类冲压模具因其工作环境各异,因此对构成其工作部件的材料需求存在一定区别。
1.冲裁模材料的要求
对于薄板冲裁模具的制造,所选材料需具备优异的耐磨性和硬度;厚板冲裁模具不仅需具备高耐磨性和抗压屈服点,还需具备较高的断裂抗力;此外,为了防止模具出现断裂或崩刃现象,材料还需具备较强的抗弯强度和韧性。
2. 拉深模材料的要求
模具零件所需材料需具备优异的抗粘附性能、出色的耐磨性与硬度、适度的强度和韧性,以及良好的可切削加工性,同时在进行热处理过程中,其变形量应尽量减小。
3. 冷挤压 模材料 的要求
模具的工作部件需具备出色的强度与硬度、优异的耐磨性能,同时为了防止因冲击而导致的断裂,还需具备适当的韧性。鉴于在挤压过程中会引发显著的温度上升,因此,还必须确保部件拥有良好的耐热疲劳性能和热硬性。
11.2.2 冲压模具材料的种类及特性
冲压模具的制造所用材料包括钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜以及高分子材料等多种。在当前,用于冲压模具制造的材料中,钢材占据了绝大多数。至于模具工作部件,常用的材料种类有碳素工具钢、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。
1. 碳素工具钢
模具制造中常用的高碳工具钢主要有T8A、T10A等型号,这些钢材加工性能优良,且成本较低。然而,它们的淬透性和红硬性相对较弱,热处理过程中容易产生变形,且承载能力并不高。
2. 低合金工具钢
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上,通过添加适量的合金元素而制成的。相较于碳素工具钢,它降低了淬火过程中的变形和开裂风险,同时增强了钢的淬透能力,并且其耐磨性能也相对更佳。在制造模具方面,常用的低合金钢包括CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号为CH-1)以及6CrNiSiMnMoV(代号为GD)等。