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汽车模具一般是用什么材料

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:互联网发布时间:2018年11月08日浏览:178

  通过对汽车模具设计标准的研究,介绍了几种常用模具材料的使用性能,以及模具材料的成本、使用寿命等的比对。结果表明,合理的选用模具的材料,会降低成本、缩短制造周期、方便维修、减少钳工劳动强度。

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  模具是冲压生产的关键工艺装备,随着模具行业的不断发展,模具在兵器工业、机械工业及日用品的生产中应用越来越广泛。我国的模具行业已步入了高速发展时期,但模具的制造水平和使用性能与世界上发达国家相比,还有很大的差距[1]。现代汽车90%以上的白车身零件,都靠冲压模具实现大批量生产。

  根据汽车冷冲模具的使用寿命要求:在正常使用、维修状态下,能多批次、小批量生产出50万辆合格零件。故模具材料的性能、质量对模具的使用寿命有极大的影响。因此,模具材料的研究和开发,一直受到模具钢生产厂商的重视,并得到了迅速的发展。

  1.模具材料的现状

  近年来,我国模具钢生产技术发展较快,用于制造冷冲压模具材料主要分为以下几类:

  (1)高碳低合金冷作模具钢,如:9SiCr、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS、等。

  (2)抗磨损冷作模具钢,如:6Cr4W3Mo2VNb、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等。

  (3)抗冲击冷作模具钢,如:4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。

  (4)冷作模具用高速钢,如:W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V等。

  2.汽车模具材料的使用性能

  (1)冲裁模材料的使用要求

  对于薄板冲裁模具的用材要求具有高的耐磨性和硬度,而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外,为防止模具断裂或崩刃,还应具有高的断裂抗力、韧性。

  (2)拉延、整形模材料的使用要求

  要求模具工作零件材料具有高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能、良好的抗粘附性(抗咬合性),而且热处理时变形要小。

  根据汽车厂生产冲压件的模具现状,汽车模具主要采用的材料为:钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢。

  钼铬铸铁:属于镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁的一种,由于其共晶组织由一种M7C3型碳化物和奥氏体其它转变物组成,其基体退火成马氏体后能表现出很高的耐磨性,同时其含有的铬能显著提高强度、硬度和耐磨性、锰能显著提高韧性,而且钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性。其热处理的方法为表面淬火,大量节省热处理时间,淬火后硬度HRC 50以上,热处理后变形量小。由于其铸造性好,且铸造成本较低,可实现整体铸造,减轻钳工的工作强度,缩短模具的制造周期。同时由于其硬度相对空冷钢低,加工时对刀具的磨损较小,具有良好的切削加工性能,加工成本低。在模具工作时,由于钼铬铸铁的散热性能优于其他几种模具材料,尤其模具在机械压力机上工作时,其具有良好的抗粘附性(抗咬合性)能最大化的保护模具,延长模具使用寿命。维修时,可以直接对其表面进行冷焊,大量节约维修时间。但由于其淬火后的硬度相对较低,耐磨性差,生产高强板的模具不会采用钼铬铸铁。

  Cr12MoV:属于高碳高铬钢,其含有大量的碳化物和高合金度的马氏体。使钢具有高硬度、高耐磨,其硬度与耐磨性要高于钼铬铸铁。其含有的钒能细化晶粒增加韧度,又能形成高硬度的VC,以进一步增加钢的耐磨性;铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。经整体淬火后,需要1~2次的回火,热处理时间较长。火后硬度可以达到HRC 60-62。但热处理后变形量要大于空冷钢,消除变形困难,容易降低模具的精度。生产Cr12MoV模具钢的方法为锻造,生产成本较高,同时由于锻造工艺的局限性,Cr12MoV钢只能分块锻造,制造模具时还需要拼装镶块,增加了钳工的劳动强度,延长了模具的制造周期,成本也随之增加。同时由于其硬度相对空冷钢高,加工时对刀具的磨损较大,增加了切削加工的时间和成本。另外,由于Cr的大量存在,钢液结晶时析出的大量共晶碳化物,形成带状或网状碳化物脆性区,其塑性、韧度差,裂纹很容易在这里萌生与扩展,往往成为裂纹产生的主要原因,使其使用寿命降低。对其维修时,由于焊接性能差,不能直接对其表面进行冷焊,需要加热并保温一段时间后,再对其表面进行焊接,大量浪费维修时间。

  铸态空冷钢:是一种以铸代锻的高碳低合金钢,其含有的锰使钢有较高的强度和硬度,提高钢的淬性。其热处理的方法也为表面淬火,然后空冷即达到淬火的目的,大量节省了时间和成本。火后硬度可达HRC 55以上,不须其他加工,所以变形很小,并且随淬火温度的升高变形量逐渐减小[2]。空冷钢进行表面淬火后,淬硬层下有高韧性基体作衬垫,韧性高于Cr12MoV,工作时不容易产生开裂、崩刃现象。但由于铸态空冷钢不能整体铸造,在加工模具前,需要钳工将镶块拼接好后在进行机加,钳工劳动强度增加,延长了制造周期,增加了制造成本。但由于其可以使用泡沫板材制造成近型模具型,可以节省铸造费用以及部分加工费用,又可以降低部分成本。其硬度相对钼铬铸铁高,加工时对刀具的磨损较大,增加了切削加工的时间,增加了加工成本。另外,空冷钢具有良好的焊接性能,从而模具获得较高的使用寿命。制造有偏差时可以直接进行补焊,经打磨修整即可达到理想的效果,大量的节约了维修时间。

  基于以上性能介绍,适用于拉延凸模、凹模、压料圈的材料为钼铬铸铁和Cr12MoV;适用于整形模的材料为钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢;适用于修冲模具的材料为Cr12MoV、铸态空冷钢。

  3.结论

  故经过上述材料性能对比以及对生产现状的经验积累,对于普通钢板(如DC01、DC04、DC06、B170P1等),料厚在1.2以下时,由于板材的屈服强度在260MPa以下[3]、硬度比较低的钢板,拉延模具的材质选用钼铬铸铁即可;修冲模具的材质选用铸态空冷钢即可;翻边整形模具工作部分的包容型面等要求高韧性的地方,镶块材质选用铸态空冷钢即可,工作部分的被包容型面等要求具备高耐磨性的地方,镶块材质选用钼铬铸铁即可。

  对于高强钢板(车身常用材料,如B280VK、B340/590DP、B400/780DP、SAPH440等),以及料厚在1.2以上时,由于板材的屈服强度在260MPa以上,590MPa以下[3]、硬度比较高的钢板,拉延模具的材质选用Cr12MoV即可;修冲模具的材质选用Cr12MoV即可;翻边整形模具工作部分的包容镶块材质与被包容镶块材质选用Cr12MoV即可。

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