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模具材料與熱處理工藝選擇問(wèn)題研究
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摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和不斷提高，模具材料的熱處理工藝的選擇問(wèn)題得到了很好的解決。近幾年，我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展迅速，不過(guò)模具材料的水平和熱處理工藝跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有很大的差距。目前模具市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，如何提高模具的生產(chǎn)質(zhì)量和減少產(chǎn)生周期是一個(gè)很重要的問(wèn)題。延長(zhǎng)模具的性能會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。從理論上講，模具的性能主要包括精度和表面光潔度。
關(guān)鍵詞：模具材料 問(wèn)題研究 熱處理工藝
在現(xiàn)階段，模具是一種很重要的加工工藝裝備，也是我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)模具材料的性能要求越來(lái)越高，對(duì)模具材料的需求也相應(yīng)的增加。模具材料的性能好壞決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。而模具的壽命對(duì)于加工效率和成本也有非常大的影響。從理論上講，模具的失效分為工作失效和偶然失效，工作失效指的是模具在正常工作時(shí)發(fā)生破損而導(dǎo)致模具壽命的結(jié)束。偶然失效指的是模具由于設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤從而導(dǎo)致模具過(guò)早的破損。影響模具壽命的因素包括五點(diǎn)：第一熱處理不當(dāng)，占百45%[1]。第二，選材不當(dāng)導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)的不合理，占25%。第三，工藝問(wèn)題，占大約10%。第四，潤(rùn)換問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)備損壞，占大約20%。由此可見(jiàn)，模具材料與熱處理之間的關(guān)系是影響模具壽命最主要的因素。解決熱處理工藝問(wèn)題是增加模具壽命的關(guān)鍵。
一、模具材料簡(jiǎn)介
1.1 冷作模具材料
在模具材料中，冷作模具的種類一般比較多，而且形狀結(jié)構(gòu)的差異也比較大。這種模具材料的工作條件和性能不是很相同。因此，在選擇冷作模具時(shí)候，要進(jìn)行綜合的考慮，才能發(fā)揮材料的功能。目前，我國(guó)常用的冷作模具材料主要分為四大類：高速鋼、硬質(zhì)合金、碳素工具鋼和合金工具鋼[2]。
1.2 熱作模具材料
在模具材料中，熱作模具的選用比較苛刻，熱作模具通常要在600℃左右的高溫下進(jìn)行工作，因此對(duì)于模具材料的選擇有更高的要求，模具材料的強(qiáng)度，硬度，耐磨性和抗冷熱疲勞度都要很好。此外，模具材料還要具備抗氧化性和抗腐蝕性。為了更好地適應(yīng)先進(jìn)的加工技術(shù)，很多新設(shè)備對(duì)于模具材料的韌性也做出了比較高的要求，隨著一些新型熱加工技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，新型模具材料也應(yīng)運(yùn)而生。例如，鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和難熔合金用來(lái)做高溫的熱作模具材料[3]。
1.3 塑料模具材料
隨著石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模具已經(jīng)成為了非常重要的工業(yè)原料。近年來(lái)，塑料制品越來(lái)越多，因此用于制品的塑料模具消耗量也很多。與傳統(tǒng)的冷作和熱作模具相比，塑料模具的性能更為特殊。塑料模具具有較高的硬度，一般的耐磨性和足夠的深化深度。此外，塑料模具還有較低的耐熱性，在200℃-250℃的溫度下工作，塑料模具不變形，不養(yǎng)化，穩(wěn)定性很好。最后，塑料模具的耐腐蝕性比熱作和冷作模具要好很多。
1.4 玻璃模具材料
玻璃模具材料是一種新型的模具，目前，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，很多大型公司都在研制性能更好的玻璃模具材料來(lái)代替其他模具[4]。
二、冷作模具材料及其熱處理的選擇
對(duì)于冷作模具來(lái)講，其使用壽命與模具的硬度，強(qiáng)度和耐磨性有很大的關(guān)系。因此，對(duì)于冷作模具的熱處理工藝要求很高。對(duì)于冷作模具材料的主要性能要求是：首先要有很好的耐磨性，高強(qiáng)度和足夠的韌性;其次要具有很好的抗疲勞性，抗擦傷性以及咬合性。
2.1 低淬透性冷作模具鋼及其熱處理
滿足以上性能要求的冷作模具材料包括低淬透性冷作模具鋼，低變形冷作模具鋼和高合金工具鋼等。在低淬透性冷作模具鋼中使用最多的是碳素工具鋼，其主要特點(diǎn)是含碳量比較高，耐熱性比較好，可以在臨界迅速地冷卻并產(chǎn)生熱應(yīng)力的變形，這種變形可以主導(dǎo)模具的收縮方向。碳素工具鋼的含碳量越高，其收縮量也就越大[5]。
除此之外，碳素工具鋼的收縮會(huì)導(dǎo)致模具內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力必須通過(guò)回火或者其他的方法進(jìn)行消除。當(dāng)然對(duì)于這種變形量的大小也要受到模具截面尺寸和淬火加熱溫度的影響。因此，影響低淬透性冷作模具鋼冷作模具壽命的主要因素就是淬火的工藝。
2.2 低變形冷作模具鋼及其熱處理
對(duì)于低變形冷作模具鋼來(lái)講，其主要是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上添加少量的合金元素發(fā)展起來(lái)的。其中CrWMn是典型的鋼種，這種鋼結(jié)構(gòu)具有很好的高淬透性。并且在淬火的時(shí)候不需要進(jìn)行強(qiáng)烈的冷卻，淬火的變形量也比碳素工具鋼要明顯減少。但是，這類鋼的變形也同樣受到淬火加熱溫度和模具截面尺寸的影響。低變形冷作模具鋼淬火溫度在選擇的時(shí)候，由于鎢形式碳化物，這種鋼在淬火低溫回火時(shí)都具有很多的碳化物，并且具有很高的硬度。當(dāng)采用800℃進(jìn)行加熱淬火時(shí)，可以得到較高的硬度(63HRC)，還可以獲得較高的抗彎強(qiáng)度和韌性。如果繼續(xù)提高淬火溫度時(shí)，低變形冷作模具鋼的硬度就會(huì)慢慢地降低，而且抗彎強(qiáng)度也會(huì)降低。當(dāng)淬火溫度大于850℃時(shí)，硬度不斷開(kāi)始下降。所以，為了減少低變形冷作模具鋼的變形量和提高耐磨性，淬火的溫度不宜過(guò)高[6]。
2.3 高合金工具鋼及其熱處理
對(duì)于高合金工具鋼來(lái)講，其主要性能與碳素工具鋼有一定的區(qū)別，高合金工具鋼的高強(qiáng)度和耐磨性都比碳素工具鋼要好很多。高合金工具鋼的含碳量很高，同時(shí)還具有大量的碳化物元素，因此高合金工具鋼具有很高的淬透性、耐磨性和熱硬性。高合金工具鋼在淬火時(shí)候不需要進(jìn)行快速的冷卻，因此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力比較小。
高合金鋼模具的淬火溫度的選擇，首先要考慮控制淬火的變形。而冷卻的方法則要根據(jù)模具的具體要求和情況而定。高合金工具鋼的回火抗力很高，因此，在回火的時(shí)候很容易導(dǎo)致馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，這兩種轉(zhuǎn)變和分解都會(huì)影響模具尺寸的變形。因此高合金工具鋼一般都采用低溫淬火和低溫回火。這樣可以很好地獲得高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性。此外，在模具材料生產(chǎn)過(guò)程中，要根據(jù)模具的工作條件來(lái)確定何種方法淬火和回火。
三、結(jié)語(yǔ)
在整個(gè)模具制造行業(yè)中，模具的材料是其物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)的基礎(chǔ)。模具材料性能的好壞時(shí)時(shí)刻刻影響著模具的壽命。因此要提高模具的壽命必須要對(duì)模具進(jìn)行熱處理，模具的熱處理工藝是保證模具性能的重要過(guò)程，與模具的壽命息息相關(guān)。如果模具材料的熱處理工藝不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致模具性能不良，例如模具的韌性，冷熱疲勞性能和抗磨損性能的下降。從而嚴(yán)重地影響模具的工作壽命，還會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。因此。對(duì)于不同的冷沖模具應(yīng)該選擇不同的模具材料以及相應(yīng)的熱處理工藝。
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