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冲压模具|冲裁模具材料的选用及热处理要求

高级模具钢出厂状态、相关参数和注意事项
 
选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量,若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料;还应考虑被冲工件的材质,不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度,两者的硬度越高,碳化物的数量越多,则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性 的劣优依次 为碳素工具钢 — 合金工具钢 — 基体钢 — 高碳高铬钢 — 高速钢 — 钢结 硬质合金 — 硬质合金。 
 
此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。  
 
1.传统模具用钢 
 
长期以来,国内薄板冲裁模用钢为 T10A 、 CrWMn 、9Mn2V、Cr12 和 Cr12MoV 等。 
 
其中 T10A 为碳素工具钢,有一定强度和韧性。但耐磨性不高,淬火容易变形及开裂,淬透性差,只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。 
 
T10A 碳素工具钢的热处理工艺为: 760~810 ℃水或油 淬, 160~180 ℃ 回火,硬度 59~62HRC 。 
 
CrWMn 、 9Mn2V 是高碳低合金钢种,淬火操作简便,淬透性优于碳素工具钢,变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低,应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。 CrWMn 钢的热处理工艺为:淬火温度 820~840 ℃ 油冷 ,回火温度 200 ℃,硬度 60~62HRC 。 9Mn2V 钢的热处理工艺为:淬火温度 780~820 ℃ 油冷 ,回火温度 150~200 ℃,空冷,硬度 60~62HRC 。注意 回火温度在 200~300 ℃范围有回火脆性和显著体积膨胀,应予避开。 
 
Cr12 和 Cr12MoV 为高碳高铬钢,耐磨性较高,淬火时变形很小,淬透性好,可用于大批量生产的模具,如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性,易产生碳化物偏析,冲裁时容易出现崩 刃 或断裂。其中, Cr12 含碳量较高,碳化物分布不均比 Cr12MoV 严重,脆性更大一些。 
 
Cr12 型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求,当模具要求比较小的变形和一定韧性时,可采用低温淬火、回火( Cr12 为 950~980 ℃淬火, 150~200 ℃回火; Cr12MoV 为 1020~1050 ℃淬火, 180~200 ℃回火 )。若要提高模具的使用温度,改善其淬透性和红硬性,可采用高温淬火、回火 ( Cr12 为 1000~1100 ℃淬火, 480~500 ℃回火; Cr12MoV 为 1110~1140 ℃淬火, 500~520 ℃回火 )。 
 
高铬钢在 275~375 ℃区域有回火脆性,应予避免。  
 
2.常用模具新钢种  
 
为了弥补传统模具钢种性能的不足,国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢: 
 
( 1 ) Cr12Mo1V1 (代号 D2 )钢  为仿美国 ASTM 标准中的 D2 钢引进 的钢种,属 Cr12 型钢。由于 D2 钢中 Mo 、 V 含量增加,细化了晶粒,改善了碳化物的分布状况,因此 D2 钢的强韧性(冲击韧度、抗弯强度、挠度)比 Cr12MoV 钢有所提高,耐磨性和抗回火稳定性也比 Cr12MoV 更高。可用深冷处理,提高硬度并改善尺寸稳定性。用 D2 钢制作的冲裁模具寿命要高于 Cr12MoV 钢模具。 
 
D2 钢的锻造性能和热塑成形性比 Cr12MoV 钢略差,机械加工性能和热处理工艺与 Cr12 型钢相似。 
 
( 2 ) Cr6WV 钢 为高 耐磨微 变形高碳中铬钢,碳、铬含量均低于 Cr12 型钢,碳化物的分布状态较 Cr12MoV 均匀,具有良好的淬透性。热处理变形小,机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于 Cr12MoV , 只是耐磨性略低于 Cr12 型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模,其效果好于 Cr12 型钢。 
 
钢的常用热处理工艺为:淬火温度9701 ~ 000℃,一般可热油或硝盐分级淬火冷却,尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火,回火温度160210 ~ ℃,硬度 58 ~ 62HRC。 
 
( 3 ) Cr4W2MoV 钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢,替代 Cr12 型钢而研制的钢种,碳化物均匀性好,耐磨性高于 Cr12MoV ,适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具,可用于硅钢片冲裁模。 
 
Cr4W2MoV 钢的热处理工艺:要求强度、韧性较高时,采用低温淬火、低温回火工艺:淬火温度 960~980 ℃,回火温度 280~320 ℃,硬度 60~62HRC 。要求热硬性和耐磨性较高时,采用高温淬火、高温回火工艺:淬火温度 1020~1040 ℃,回火温度 50 0~540 ℃,硬度 60~62HRC 。 
 
( 4 ) 7CrSiMnMoV( 代号 CH-1) 钢 为 空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢,可以利用火焰进行局部淬火,淬硬模具刃口部分。淬火温度( 800~1000 ℃ ),具有良好的淬透性和 淬硬性 (可达 60 HRC 以上),强度和韧性较高,崩 刃 后能补焊。可代替 CrWMn 、 Cr12MoV 钢,制作形状复杂的冲裁模。 CH-1 钢的推荐热处理工艺:淬火温度 900~920 ℃, 油冷 , 190~200 ℃ 回火 1~3 小时,硬度 58~62 HRC 。 
 
( 5 ) 6CrNiSiMnMoV( 代号 GD) 钢  为高韧性低合金钢,淬透性好,空淬变形小,耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn 和 Cr12MoV 钢,不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。 
 
GD 钢的推荐热处理工艺:淬火温度 870~930 ℃( 900 ℃ 佳 ),盐浴炉加热( 45s/mm ), 油冷或 空冷、风冷 , 175~230 ℃ 回火 2 小时,硬度 58~62 HRC 。由于空冷即可淬硬 ,也可采用火焰加热淬火。 
 
( 6 ) 9Cr6W3Mo2V2( 代号 GM) 钢为高耐磨高强 韧 合金钢,各项工艺性能良好,其耐磨性、强韧性、加工性能均优于 Cr12 型钢,能够用于高速压力机冲压下的多工位 级进模等 精密模具,是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。 
 
GM 钢的热处理工艺:淬火温度 1080~1120 ℃,硬度 64~66HRC 。 回火温度 540~560 ℃,回火二次。 
 
( 7 ) Cr8MoWV3Si ( 代号 ER5) 钢 属高耐磨高强韧合金钢,具有较好的电火花加工性能,强度、韧性、耐磨性都优于 Cr12 型钢,适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模,一次 刃 磨寿命为 21 万次,总寿命高达 360 万次,是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。 
 
ER5 钢的推荐热处理工艺:对高耐磨性、高强韧性的模具,采用 1150 ℃ 淬火, 520~530 ℃ 回火 3 次;  对重载服役条件下的模具,采用 1120~1130 ℃ 淬火, 550 ℃ 回火 3 次。  
 
  3 .硬质合金及钢结硬质合金 
 
当工件的批量极大时,可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金 或钢结硬质合金 。用作模具材料的硬质合金为 钨钴类 ,随着 含钴量的增加,韧性及抗弯强度提高而硬度降低。对于承受冲击力较小的模具,可以选用 含钴量较低 的 YG10X ;承受冲击力中等或较大的模具,可以选用含钴量较高 的 YG15 或 YG20 。硬质合金的缺点为韧性较差、难以加工,作为模具的工作部件可以设计为镶拼结构。 钢结硬质合金的性能介于硬质合金和高速钢之间,能够机械加工和热处理,可以用于制作复杂的高寿命模具。用作冲裁模 的钢结硬质合金 有 DT 、 GT35 、 TLMW50 、 GW50 等。 
 
厚板冲裁模具 
 
厚板冲裁模承受的冲压力高于薄板冲模,为重载冲裁模,易磨损、崩 刃 和断裂,所以要求模具材料应具有高的耐磨性和强韧性。 
 
传统模具用钢传统的重载冲裁模具钢种主要有 T8A 、 Cr12MoV 、 W18Cr4V 、 
 
W6Mo5 Cr4V2 等。 
 
其中 T8A 为碳素工具钢,虽然淬透性、韧性比 T10A 钢有所改善,但易残存网状碳化物、热硬性差,只能用于工件批量较小的中厚冲裁模。 T8A 工具钢的热处理工艺为: 790~820 ℃水或油 淬, 160~180 ℃ 回火,硬度 58~61HRC 。 
 
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2为高速工具钢,具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性,但韧性较低,工作时有可能产生崩 刃或断裂,而且价格较贵。建议采用低温淬火、快速加温淬火等工艺措施来改善其韧性。对于工件批量较大的厚板冲裁模,可以用W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2钢做 凸 模,Cr12MoV 钢做凹模 。 
 
W18Cr4V 钢的推荐热处理工艺: 1220~1250 ℃ 淬火; 550~570 ℃ 回火 3 次。  
 
W6Mo5Cr4V2 钢的推荐热处理工艺: 1160~1200 ℃ 淬火 : 550~570 ℃ 回火 3 次。


发布时间:2021-04-01 09:09
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