延长模具寿命是降低挤压加工成本的重要因素。模具可能由于凹模纵裂或成形型腔和型孔的磨损,使挤压件的尺寸和形状误差超过允许值。前者通过正确的设计和制造可以避免;后者靠正确选择模具材料及其热处理和表面处理工
热挤压模具钢
热挤压是塑性的金属坯料在压力的作用下通过挤压模具型腔形成所要求形状的型材或管材的过程。常用金属热挤压坯料的温度见表1-1-15。
表1-1-15 常用金属的热挤压坯料加热温度范围 金属种类 坯料加热温度范围/℃ 铅合金 90~260 镁合金 340~430 铝合金 340~510 铜合金 650~1100 钛合金 870~1040 镍合金 1100~1260 钢 1100~1260 热挤压模具主要由挤压筒、压头、挤压顶头、垫块、凹磨和心棒(用于挤压管材)等主要部件组成。热挤压模具的失效,主要是破裂、磨损、冲刷腐蚀、过热和热疲劳裂纹等原因造成的。
当进行轻合金挤压时,凹模垫块和心轴材料主要采用铬钼系中合金热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢等,热处理硬度为HRC45~50。心棒头及镶块则采用通用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等,热处理为HRC55~60。压力筒一般采用中碳合金结构钢,硬度为HRC35~40;压力筒内衬材料则采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等,热处理硬度为HRC42~47。
铜和铜合金热挤压模具,凹模和垫块材料则采用4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V等钢种,心棒材料仍采用4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1钢种。当挤压含镍量较高的铜镍合金时,心棒头及镶块有时采用镍基高温合金制造,挤压筒衬有时采用铁基高温合金制造。
冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷,甚至在较高的温度下工作(如冷挤压),工作条件复杂,易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此,模具材料的性能对模具的寿命影响较大,不同材质的模具寿命往往不同,对模具工作零件材料的要求比普通零件也高。
①根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材,应尽可能选用品质好的钢材。
a材料的使用性能应具有高硬度(58~64HRC)和高强度,并具有高的耐磨性和足够的韧性,热处理变形小,有一定的热硬性。
b材料的工艺性能良好,具有可锻性、淬硬性、淬透性、淬火裂纹敏感性和磨削加工性、热稳定性和耐热疲劳性等。通常根据冲压件的材料特性、生产批量、精度要求等,选择性能优良的模具材料,同时兼顾其工艺性和经济性。
在大批量生产选用模具材料时,应选用长寿命的模具材料,如硬质合金,高强韧、高耐磨模具钢(如SKD11,SLD,DC53等);对小批量或新产品试制可采用国产的45#、Cr12等模具材料;对于易变形、易断裂失效的通用模具,需要选用高强度、高韧性的材料DF-2;热冲模则要选用具有良好的韧性、强度、耐磨性和抗冷热疲劳性能的材料( 如DAC)。
②对模具材料要进行质量检测,模板要符合供货协议要求,模板的化学成份要符合国际上的有关规定。只有在确信模具材料合格的情况下,才能使用。
③模具钢材生产厂家采用电渣重熔钢H13时要确保内部质量,避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷,要采用超声波探伤等无损检测技术检查,确保钢材内部质量良好,避免可能出现的冶金缺陷,将废品及早剔除。根据碳化物偏析对模具寿命的影响,必须限制碳化物的不均匀度,对精密模具和负荷大的细长凸模,必须选用韧性好强度高的模具钢,碳化物不均匀度应控制为不大于3级。Cr12钢碳化物不均匀度3级要比5级耐用度提高1倍以上。如果碳化物偏析严重,可能引起过热、过烧、开裂、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。而对于直径小于或等于50mm的高合金钢,其碳化物不均匀性一般在4级以内,可满足一般模具使用要求。通过锻造能有效改善工具钢的碳化物偏析,一般锻造后可降低碳化物偏析2级,最多为3级。
金属的挤压成型是在强烈的三向压应力状态下完成的,凸模既受强大的压应力,又受各种不均衡侧向力,在回程时瞬间易引起断裂,受力复杂的凸模,特别是在凸模尺寸变化处应力集中,易产生脆性断裂,而凹模有胀裂的可能以及由于金属剧烈流动而引起模腔严重磨损。冷挤压模具的结构尺寸、工艺、模具加工、润滑都对模具寿命有很大影响,但首先要重视选材和热处理工艺。传统的冷挤压模具材料有:T10A、CrWMn、60Si2Mn、Crl2、Crl2MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等钢,使用过程都发现凸模易折断,凹模易胀裂,这表明了强韧性较差。用国产新型模具钢如:基体钢6W6(6W6Mo5Cr4V2)、LD(7Cr7Mo2V2Si)、65Nb (6Cr4W3Mo2VNb)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)、RM2(5Cr4W5Mo2V)、LM1(65W8Cr4VTi)、LM2(65Cr5Mo3W2VSiTi)以及高碳低合金钢GD(6CrNiSiMnMoV)、CH-1(7CrSiMnMoV)等可大大提高强韧性,其耐磨性可通过表面处理来达到。冷挤压模具选用老钢种时,可采用与提高厚板冲裁模强韧性的相同措施来解决,例如重载冷挤压凸模常用高速钢制作,抗压强度和耐磨性都很好,缺点是韧性差,易脆断,降低淬火温度或减少高速钢中的碳化物可提高高速钢的断裂抗力。新型就是一个例子。在加工两端带有凹坑的冷挤压件时,原用Wl8Cr4V钢制作凸模、Cr12MoV钢制作凹模,寿命为1万多件,模具为断裂失效。
3铬2钨8钒 3Cr2W8V
牌号3Cr2W8V
化学成分%:
C030~040,
Si小于等于040,
Mn小于等于040,
Cr220~270,
W750~900,
V020~050,
p小于等于0030,
S小于等于0030;
用途:常用的压铸模具钢。碳含量较低,有较高韧性和良好的导热性;同时,含有较多的碳化物形成元素铬、钨、钒,相变温度提高,使钢有高的高温强度、硬度和良好的耐热疲劳性;淬透。适于制造高温、高应力,但不受冲击负荷的压铸铜、铝、镁合金用附模、型芯、浇口套、分流钉、高应力压腊、热剪切刀、热顶锻模、平锻机凸凹模、镶块等。
热处理:渗氮热处理
可显著提高材料表面的硬度,使其具有高的耐磨性、疲劳强度,抗蚀能力及抗烧伤性等,