锻件对模具材料的选用原则是什么?

2019-11-27 admin

  模具材料的选用原则首先要根据模具的热负荷和机械负荷性质、锻造工艺(工序)和设备特性等模具的工作环境,以及企业的综合技术水平、选材理念和习惯等因素进行综合考虑。此外还要贯彻实用、安全和经济的基本原则。根据这些基本因素和原则,需要有针对性地考虑如下各点:
1.热负荷性质

  模具材料必须满足模具工作的热负荷环境,例如,模具工作全过程中的最高温度及其变化幅 度等。
  (1)热锻模具材料不但在400°C〜600°C应具有优良的强度和韧性,还应在1000°C〜200°C温度区间具有良好的抗冷热疲劳性能。
  (2)等温锻造模具材料则需要在锻造温度(如900°C或1000°C)条件下,不但始终具有很高的高温硬度、好的耐磨性、足够的韧性和高的抗蠕变性能,而且模具材料在其工作温度下的抗拉强度应该达到锻造温度下锻件材料流变应力的3倍〜5倍。
2.机械负荷性质

  模具材料必须满足模具工作的机械负荷环境。例如,模具是在冲击负荷、还是在静压负荷下 工作,负荷的大小和应力状态,以及在加压条件下炽热锻件与模具的接触时间等。
  (1)锤锻模具承受极大的冲击负荷,除要求模具材料具有髙的强度和耐磨性外,还要求模具材料具有优良的冲击韧性。
  (2)液压机模具承受静压负荷,模具材料对机械负荷的要求不如锤锻模具高,但是在加压条件下炽热锻件与模具的接触时间长,对模具材料的高温耐磨性有更高的要求。
  (3)机械压力机和螺旋(含摩擦)压力机模具所承受的负荷性质介于锻锤和液压机之间,对模具材料的要求是二者的折中,但是,这类设备生产锻件批量大,因此要求模具材料具有更高的耐磨性。
  (4)冷锻和冷挤压模具的工作应力极高(甚至接近模具材料的屈服强度),但冷锻和冷挤压往往是在静态负荷的压应力状态下进行,因此,应选择低温强度高但塑性和冲击韧性适度的模具材料。
 轴锻件
 3.模具结构
  根据模具的大型整体结构、小型镶块结构和预应力结构的不同,应按照模具材料的特性有针 对性的选材。
  (1)大型整体结构的锤锻模具应该选择淬透性好、材质均匀稳定、冲击韧度高的模具材料,如传统的模具钢5CrNiMo和5CrMnMo等。大型液压机的镶块模具尺寸较大,也多选择 5CrNiMo 和 SCrMnMo 等。
  (2)小型镶块结构的模具多用于机械压力机和螺旋(含摩擦)压力机,这类模具生产锻件批量大,应该选择优质模具钢3Cr3W8V、4Cr5W2VSi和4Cr5MoVlSi(H13),以及更高档次的新型 模具钢 3Cr3Mo3VNb和SRM-1 等。

  (3)预应力结构的模具多用于冷挤压和冷锻等工作应力极高的场合,如W6Mo5Cr4V2、 SLM- 11和基体钢等,热挤压模具镶块常选择303W8V和SRM- 1。
4.锻件批量

  锻件批量的大小对模具材料的选择影响很大。
  (1)大批量生产的汽车、工具和五金锻件的模具,宜选择性价比高的优质模具钢,如热作模具钢 3Cr3Mo3VNb、3Cr2MoWVNi(B3)、SRM- 1,冷作模具钢 7Cr7Mo2V2Si(LD)、SLM- 11和 钢结硬质合金等。
  (2)航空航天锻件以及胎模锻件的批量小,多数模锻件的批量只有几十件,部分只有几百件,不宜过分追求模具材料的先进性,建议选择基本能满足要求的模具材料,以降低锻件成本。建议选择材质稳定的5CrNiMo和5CrMnMo等普通模具钢,甚至可以选择更加价廉的铸造模具钢ZG45Mn2以及T7、45、40Cr等。但是,对于高合金化难变形合金的小批量航空航天锻件,由于变形抗力高,也应该选用高强度的优质模具钢,如3Cr3Mo3VNb、3Cr2MoWVNi(B3)和SRM-1等。
5.综合经济性
  无疑,上述模具的热负荷、机械负荷性质、模具结构和所生产的锻件批量都与模具选材的经 济性密切相关。此外,企业的工艺、操作水平和加工条件等综合技术水平以及选材的理念和传统 习惯等因素也都影响选材的综合经济性。
  1)以企业整体经济效益为原则
  模具选材的综合经济性问题十分复杂,除考虑模具的经济性外,还应该包括选材对锻件的综合成本乃至零件成本的经济性。
  这样,既要考虑模具材料的价格,又要考虑模具材料的性价比,更要考虑选材对锻造全过程 经济性的影响。例如,选材对模具的维护和维修成本以及延误锻造工时及辅助费用的成本等的影响;还应该考虑由于选材对锻件几何形状和尺寸公差的影响。另外,锻件几何形状和尺寸公差 的一致性对后续的检验(如分组)和机械加工(如装卡)工时都有影响。
  (1)选用性价比高的模具材料。选购模具材料不仅要看价格,更要看质量(使用寿命),即它的性价比或模具寿命与价格的比。一般,模具材料费仅占模具成本的25%左右,而模具加工、热处理、安装、调试和管理约占75%。以普通模具材料的性价比为1作为基准,假设优质模具材料比普通模具材料价格提高1倍,使用寿命也提高1倍,由于模具材料费用的增加使模具成本增加25%,即模具成本变为1. 25,而模具寿命变为2,则优质模具材料的性价比为1. 6。
  例如,沈阳嘉泰模具材料开发有限公司开发的高强高韧新型热作模具材料SRM- 1的强度 比H13高50%,硬度可达到55HRC〜58HRC,韧性较好(见表2-3-8和表2-3 -9),使用寿命为H13和3Cr2W8V材料的3倍〜5倍,而价格仅为它们的2倍左右。按照上述材料费用仅占模 具成本25%计算,模具材料费用提高1倍,粗略地计算,使模具整个寿命期的总成本增加25%, 即便取最低的3倍寿命,其性价比也可以达到3 : 1.25(即2. 4),可见综合经济性十分显著。
锻件
  (2)选用先进工艺生产的模具材料.相同牌号的模具材料,由于生产工艺(冶炼、锻造和热处理)不同,其冶金质量、性能和使用寿命差别很大。例如,采用优质原料和ESR整体工艺精炼、
精锻等工艺制作的模块比一般工艺生产的H13钢可提高一倍或更高的使用寿命。

  (3)选用双金属模具模块。有些锤锻模体积大,可以选用双金属模块,以节约贵重材料,降低模具材料费用。例如模膛部分可以采用3Cr3Mo3VNb或SRM- 1,而后部或燕尾可以采用 5CrNiMo,或40Cr材料。挤压冲头工作部位需高强、高硬度、高韧性的优质模具材料,而杆部可用普通模具钢,这样既能满足生产要求又能降低模具材料费用和提高经济效益。
  2)按照企业条件选材
  对于综合技术(锻造工艺和操作、模具加工和热处理等)水平和管理水平高、实力强的企业, 建议选择优质模具材料及新开发的有发展前途的模具材料,这样有利于企业的综合效益和发展。 对于目前实力相对较弱的企业,则应根据本企业的选材传统习惯,稳妥一些,建议选择成熟的质量稳定的传统模具材料,当然,从长远发展考虑,也应逐步扩大优质模具材料及新型有发展前途的模具材料的应用。总之,以企业当前和长远的整体经济效益为原则。
 
 


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