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模具鋼的工藝性能
模具鋼的工藝性能

在模具生產成本中,材料費用一般占10%~20%,而機械加工、熱處理、裝配和管理費用占80%以上,所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產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,因此必須嚴格控制熱加工和冷加工的工藝參數,以避免產生缺陷和廢品。另一方面,通過提高鋼的純凈度,減少有害雜質的含量,改善鋼的組織狀態,以改善鋼的熱加工和冷加工性能,從而降低模具的生產成本。

為改善模具鋼的冷加工性能,自20世紀30年代開始,研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或導致模具鋼中碳的石墨化的元素,發展了各種易切削模具鋼,以進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。

淬透性和淬硬性

淬透性主要取決于鋼的化學成分和淬火前的原始組織狀態;淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對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,對于形狀復雜容易產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,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。

淬火溫度和熱處理變形

為了便于生產,要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些,特別是當模具采用火焰加熱局部淬火時,由于難于準確地測量和控制溫度,就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。

模具在熱處理時,尤其是在淬火過程中,要產生體積變化、形狀翹曲、畸變等,為保證模具質量,要求模具鋼的熱處理變形小,特別是對于形狀復雜的精密模具,淬火后難以修整,對于熱處理變形程度的要求更為苛刻,應該選用微變形模具鋼制造。

氧化、脫碳敏感性

模具在加熱過程中,如果發生氧化、脫碳現象,就會使其硬度、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。對于含鉬量較高的模具鋼,由于氧化、脫碳敏感性強,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。

其他因素

在選擇模具鋼時,除了必須考慮使用性能和工藝性能之外,還必須考慮模具鋼的通用性和鋼材的價格。模具鋼一般用量不大,為了便于備料,應盡可能地考慮鋼的通用性,盡量利用大量生產的通用型模具鋼,以便于采購、備料和材料管理。另外還必須從經濟上進行綜合分析,考慮模具的制造費用、工件的生產批量和分攤到每一個工件上的模具費用。從技術、經濟方面全面分析,以最終選定合理的模具材料。

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