薄板沖裁模具的模具鋼材選材以及熱處理工藝要求
沖裁模具的模具鋼材選材應(yīng)考慮工件生產(chǎn)的批量，若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具鋼材；還應(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具鋼材亦有所不同。對(duì)于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，模具鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質(zhì)點(diǎn)相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性的劣優(yōu)依次為碳素工具鋼、合金工具鋼、基體鋼、高碳高鉻鋼、高速鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金。此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對(duì)模具鋼材選材的影響。

⒈傳統(tǒng)模具鋼材
長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)薄板沖裁模用鋼材為T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。
T10A為碳素工具鋼，有一定強(qiáng)度和韌性，但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡(jiǎn)單、尺寸小、數(shù)量少的沖裁模具。T10A 碳素工具鋼的熱處理工藝為：760~810℃水或油淬，160~180℃回火，硬度59~62HRC。
CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡(jiǎn)便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼，變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應(yīng)用于中等批量、工件形狀較復(fù)雜的沖裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度820~840℃油冷，回火溫度200℃，硬度60~62HRC。9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度780~820℃油冷，回火溫度150~200℃，空冷，硬度60~62HRC。注意回火溫度在200~300℃范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應(yīng)予避開。
Cr12和Cr12MoV為高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時(shí)變形很小，淬透性好，可用于大批量生產(chǎn)的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時(shí)容易出現(xiàn)崩刃或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比Cr12MoV嚴(yán)重，脆性更大一些。Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當(dāng)模具要求比較小的變形和一定韌性時(shí)，可采用低溫淬火、回火（Cr12為950~980℃淬火，150~200℃回火；Cr12MoV 為1020~1050℃淬火，180~200℃回火）。若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火（Cr12為1000~1100℃淬火，480~500℃回火；Cr12MoV為1110~1140℃淬火，500~520℃回火）。高鉻鋼在275~375℃區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。

⒉常用模具鋼材新鋼種
為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)模具鋼鋼種性能的不足，國(guó)內(nèi)開發(fā)或引進(jìn)了以下性能較好的沖壓模具用鋼：
⑴Cr12Mo1V1（代號(hào)D2）鋼為仿美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的D2鋼引進(jìn)的鋼種，屬Cr12型鋼。由于D2鋼中Mo 、V 含量增加，細(xì)化了晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此D2鋼的強(qiáng)韌性（沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度、撓度）比Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩(wěn)定性也比Cr12MoV更高。可用深冷處理，提高硬度并改善尺寸穩(wěn)定性。用D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于Cr12MoV鋼模具。D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差，機(jī)械加工性能和熱處理工藝與Cr12型鋼相似。
⑵Cr6WV鋼為高耐磨微變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低于Cr12型鋼，碳化物的分布狀態(tài)較Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機(jī)械加工性能較好。抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度優(yōu)于Cr12MoV，只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料沖裁模，其效果好于Cr12型鋼。鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度970~1000℃，一般可熱油或硝鹽分級(jí)淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應(yīng)立即回火，回火溫度160~210℃，硬度58~62HRC。
⑶Cr4W2MoV鋼也是高耐磨微變形高碳中鉻鋼，替代Cr12型鋼而研制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于Cr12MoV，適于制作形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強(qiáng)度、韌性較高時(shí)，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度 960~980℃，回火溫度280~320℃，硬度60~62HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時(shí)，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度1020~1040℃，回火溫度500~540℃，硬度60~62HRC 。
⑷7CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)鋼為空淬微變形低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進(jìn)行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（800~1000℃），具有良好的淬透性和淬硬性（可達(dá)60HRC以上），強(qiáng)度和韌性較高，崩刃后能補(bǔ)焊。可代替CrWMn、Cr12MoV鋼，制作形狀復(fù)雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900~920℃，油冷，190~200℃回火1~3小時(shí)，硬度58~62HRC。
⑸6CrNiSiMnMoV(代號(hào)GD)鋼為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強(qiáng)韌性顯著高于CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細(xì)長(zhǎng)、薄片狀凸模及大型、形狀復(fù)雜、薄壁凸凹模。GD鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度870~930℃（900℃最佳），鹽浴爐加熱（45s/mm），油冷或空冷、風(fēng)冷，175~230℃回火2小時(shí)，硬度58~62 HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加熱淬火。
⑹9Cr6W3Mo2V2(代號(hào)GM)鋼為高耐磨高強(qiáng)韌合金鋼，各項(xiàng)工藝性能良好，其耐磨性、強(qiáng)韌性、加工性能均優(yōu)于Cr12型鋼，能夠用于高速壓力機(jī)沖壓下的多工位級(jí)進(jìn)模等精密模具，是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度1080~1120℃，硬度64~66HRC。回火溫度540~560℃，回火二次。
⑺Cr8MoWV3Si (代號(hào)ER5)鋼屬高耐磨高強(qiáng)韌合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強(qiáng)度、韌性、耐磨性都優(yōu)于Cr12型鋼，適用于大型精密沖壓模具。用于硅鋼片沖裁模，一次刃磨壽命為21萬次，總壽命高達(dá)360萬次，是目前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平。ER5 鋼的推薦熱處理工藝：對(duì)高耐磨性、高強(qiáng)韌性的模具，采用1150℃淬火，520~530℃回火3次；對(duì)重載服役條件下的模具，采用1120~1130℃淬火，550℃回火3次。

⒊硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金
當(dāng)工件的批量極大時(shí)，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。用作模具材料的硬質(zhì)合金為鎢鈷類，隨著含鈷量的增加，韌性及抗彎強(qiáng)度提高而硬度降低。對(duì)于承受沖擊力較小的模具，可以選用含鈷量較低的YG10X；承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用含鈷量較高的YG15或YG20。硬質(zhì)合金的缺點(diǎn)為韌性較差、難以加工，作為模具的工作部件可以設(shè)計(jì)為鑲拼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，能夠機(jī)械加工和熱處理，可以用于制作復(fù)雜的高壽命模具。用作沖裁模的鋼結(jié)硬質(zhì)合金有DT、GT35、TLMW50、GW50等。

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