▇ 冷作模具概述
冷模具是在室溫下對(duì)材料進(jìn)行壓力加工或其他加工的模具。它種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜模具在使用過程中受到壓縮、拉伸、彎曲、沖擊、摩擦等機(jī)械力的影響。冷模的正常故障形式主要包括磨損、脆性斷裂、彎曲、咬合、坍塌、咬合、軟化等。因此，冷模鋼在相變熱處理后需要具有較高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨性、耐疲勞性、抗咬合性等能力，以確保模具具有一定的耐久性。
▇ 冷作模具的性能要求
冷作模具鋼應(yīng)具有以下基本性能：
? 高硬度、高耐磨性，工作時(shí)保持鋒利的刃口
? 強(qiáng)度和韌性高，熱硬度高，工作時(shí)刃部不易開裂或塌陷。
? 淬透性好，硬度高，淬透深度高。
? 加工工藝和成型性好，淬火安全性好，熱處理變形小，復(fù)雜段不易淬裂。
★ 模具的耐磨性
冷模工作時(shí)，表面與坯料之間有許多摩擦。在這種情況下，模具必須保持較低的表面粗糙度和較高的尺寸精度，以防止早期故障。為了提高冷模的耐磨性，通常要求模具硬度高于加工件硬度的30%~50%。材料組織為回火馬氏體或下貝氏體，分布均勻、細(xì)小的粒狀碳化物。因此，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.6%以上。
★ 模具的韌性
模具材料的韌性應(yīng)根據(jù)模具的工作條件確定。對(duì)于強(qiáng)沖擊載荷模具，如等沖擊載荷強(qiáng)的模具，沖擊載荷大，韌性高；一般工作條件下冷模具的故障形式為疲勞斷裂，模具不必具有過高的沖擊韌性值。
★ 模具的強(qiáng)度
模具的強(qiáng)度是模具零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)是冷模具設(shè)計(jì)和材料選擇的重要依據(jù)，主要包括拉伸屈服點(diǎn)、壓縮屈服點(diǎn)等。屈服是衡量模具零件塑性變形阻力的指標(biāo)，也是最常用的強(qiáng)度指標(biāo)。為了獲得高強(qiáng)度，在模具制造過程中，應(yīng)選擇合適的模具材料，并通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚌M足其要求。
★ 抗疲勞模具
冷作模具通常是在交變載荷的作用下發(fā)生疲勞破壞的，因此為了提高模具的使用壽命，需要有較高的抗疲勞性能。導(dǎo)致模具疲勞的因素有：鋼中帶狀和網(wǎng)狀碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、凹槽及截面尺寸變化過大和表面脫碳等。
★ 抗咬合模具
當(dāng)沖壓R當(dāng)材料與模具表面接觸時(shí)，在高壓摩擦下?lián)p壞潤滑膜。此時(shí)，沖壓金屬冷焊在模具腔表面形成金屬瘤，從而在工件表面劃出痕跡。咬合阻力是冷焊的阻力。
▇ 模具的工藝性能要求
★ 可鍛性
鍛造不僅減少了模具材料的機(jī)械加工余量，節(jié)約了鋼材，而且改善了碳化物分析、減少有害物質(zhì)、改善鋼材組織狀態(tài)等模具材料的內(nèi)部缺陷。為了獲得良好的鍛造質(zhì)量，鍛造的要求是：熱鍛變形阻力低、韌性好、鍛造溫度范圍廣、鍛造裂紋、冷裂紋、網(wǎng)狀碳化物傾向小。
★可加工性
對(duì)可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨損小以及加工后模具表面光潔。冷模具鋼主要屬于過分析鋼和萊氏體鋼，大多數(shù)切割加工困難，為了獲得良好的切割加工，需要熱處理，表面質(zhì)量要求高的模具可選擇硫、鈣等元素的易切割模具鋼。
★ 可磨削性
為了保證模具具有良好的表面粗糙度和尺寸精度，大多數(shù)模具必須磨削。可磨性的要求是：對(duì)砂輪質(zhì)量和冷卻條件不敏感，不易磨損和開裂。如果模具鋼的磨削能力得到加強(qiáng)，則可以在煉鋼過程中添加變劑，如硅、鈣、稀土元素等。
★ 熱處理工藝
熱處理工藝能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，過熱敏感性化脫碳傾向，淬火變形和開裂傾向等。
★ 淬透性和淬硬性
淬火主要取決于鋼的化學(xué)成分、合金元素含量和淬火前的組織狀態(tài)。淬火良好的模具鋼可以通過使用溫和的冷卻介質(zhì)獲得較深的硬化層。對(duì)于形狀復(fù)雜的小模具，采用淬火模具鋼制造，減少模具的變形和開裂；對(duì)于大截面、深腔模具，采用高淬火鋼制造，淬火后心也匕獲得良好的組織和硬度。淬火主要取決于鋼的碳含量，因此對(duì)于耐磨性高的冷模具，一般采用高碳合金鋼制造。
★ 耐回火性
耐回火性是隨著回火過程中溫度的升高而降低鋼硬度的能力。具有相同回火溫度和較低硬度的鋼具有良好的耐回火性。耐回火性越高，鋼的熱硬度越高。在相同的硬度下，其韌性也越好——一般來說，對(duì)于擠壓和摩擦強(qiáng)的冷模具，模具材料也需要具有良好的耐回火性。
★ 過熱敏感性
在模具加熱過程中，過熱現(xiàn)象會(huì)得到粗馬氏體，降低模具韌性，增加模具早斷的風(fēng)險(xiǎn)，因此冷模具鋼有過熱傾向要求。
★ 氧化脫碳傾向
如果模具在加熱過程中發(fā)生氧化和脫碳，將改變模具的形狀和性能，嚴(yán)重降低模具的硬度、耐磨性和使用壽命，使模具早期失效，因此冷模具的氧化和脫碳傾向較小。對(duì)于容易氧化和脫碳的鉬含量較高的模具鋼。應(yīng)采用真空熱處理、可控溫?zé)崽幚?、鹽浴熱處理等，以避免模具鋼的氧化和脫碳。
★ 淬火變形和開裂傾向
模具鋼淬火變形、開裂傾向與材料成分和原始組織狀態(tài)、工件幾何形狀、熱理工藝方法和參數(shù)密切相關(guān)，必須考慮模具設(shè)計(jì)和材料選擇。特別是一些形狀復(fù)雜的精密模具，淬火后難以修復(fù)，要求材料淬火和回火后變形程度小，一般選用微變形鋼。
▇ 冷作模具材料的選擇
合理選擇模具材料，進(jìn)行精確的成型加工和適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可有效提高模具的使用壽命。例如，碳工具鋼通常用于形狀簡單、不易變形、截面小、承載能力輕的冷模具，T9，T10，T高碳低合金鋼91Mn2V，CrWMn，Cr2.制造；對(duì)于形狀復(fù)雜、易變形、截面大、承載能力大的冷模，應(yīng)選用高耐磨模具鋼Crl2模具鋼、Crl2MoV模具鋼、Cr4W2V模具鋼、Cr2Mn2SiWMoV模具鋼、SKD11模具鋼、D2.制造模具鋼；對(duì)于承受大沖擊載荷的冷模具，常選用沖擊韌性高的模具鋼，如DC53模具鋼、4Cr4MoSiVA模具鋼、Cr5MoSiVlS模具鋼、CrNiMo模具鋼、4CrMnSiMoV模具鋼、7CrSiMnMoV模具鋼等制造。硅鋼板冷沖模具要求使用壽命長，一般選用輕載或重載Crl2模具鋼、Crl2MoV模具鋼、Cr2Mn2SiWMoV模具鋼、鋼制造。在選擇模具材料時(shí)，往往需要考慮生產(chǎn)批量。碳工具鋼或高碳低合金模具鋼常用于生產(chǎn)批量小或中等的產(chǎn)品；如果生產(chǎn)批量大，則選用高耐磨模具鋼。
鑒于沖頭和凹模的工作條件和性能要求不同，所選鋼材也不同。例如，在冷擠壓鋼件和硬鋁件時(shí)，通常選擇凹模Crl2模具鋼、Crl2MoV模具鋼；為延長沖頭的使用壽命，可選用高速工具鋼W18Cr4V模具鋼、W6MoSCr4V2模具鋼、W12M03Cr4V3N模具鋼，如果沖頭也選擇，Crl2模具鋼、Crl2MoV模具鋼使用壽命低，一般只有凹模的一半或更低。
▇ 結(jié)束語
模具材料的選擇應(yīng)考慮優(yōu)勢和限制的平衡、需求和可能的平衡，結(jié)果有不同的結(jié)果。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)模具的工作條件和故障形式、工廠設(shè)備、市場需求和反映、材料價(jià)格等非技術(shù)因素，考慮材料的使用性能。
合理選擇模具材料，實(shí)施正確的熱處理工藝實(shí)施正確的熱處理工藝。影響冷模的使用壽命是一個(gè)綜合因素；原材料選擇的合理性、原材料內(nèi)部冶金質(zhì)量、設(shè)計(jì)制造工藝的合理性、使用條件和操作人員的技術(shù)水平。然而，模具材料的選擇和相應(yīng)的熱處理工藝是一個(gè)重要因素。調(diào)查顯示，在所有模具故障因素中，模具材料和熱處理約占70%，成為影響模具壽命的主要因素。因此，在模具的整個(gè)設(shè)計(jì)和制造過程中，模具材料的選擇和熱處理工藝是否合適尤為重要。
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