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模具鋼知識科普——模具鋼的分類

2022-01-25

美國按模具服役條件將模具鋼分為四大類,美國金屬學(xué)會工具鋼委員會列出了:冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼,塑膠模具鋼四大類。其中,冷作模具鋼又分出12小類,熱作模具鋼9小類,塑料模具鋼2小類,塑膠模具鋼5小類。每個小類的選材又取決于三個主要因素:

◆ 尺寸大小和形狀的復(fù)雜性,

◆ 被加工的材料,

◆ 耐久性要求或設(shè)計壽命。


1.冷作模具鋼

(1)分為五組:W組、O組、A組、D組、S組。

◆ W組即水淬模具鋼,有11個鋼種,7個碳素模具鋼,含碳量從0.7%-1.3%。

◆ O組即油淬冷作模具鋼(俗稱油鋼),有4個鋼種,含碳量在0.85%-1.55%,

◆ A組即空淬中合金冷作模具鋼,有9個鋼種,含碳量從0.5%-2.25%。

◆ D組即高碳高鉻冷作模具鋼,有7個鋼種,含碳量0.9%-2.5%。

◆ S組即耐沖擊工具鋼,有7個鋼種,含碳量0.4%-0.6%。

用于冷作模具還有高速鋼(HSS組)和超高速鋼(SHSS組),鈷基硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金(HA組),粉末鋼和工程陶瓷(PIM組),碳鎢工具鋼(F組),特殊用途工具鋼(L組)。

(2)冷作模具鋼的選用

冷作模具鋼的主系列是高硬冷作類,主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具,硬度高于HRC60-62。對于要求耐沖擊、韌性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S類和部份A類和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對于大型沖壓模,如汽車外型沖壓件,主要用鑄鐵類。簡易或壽命數(shù)量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。

高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長。主要是有高的"抗壓強(qiáng)度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。

粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命,硬度不大高HRC60-62,應(yīng)用相當(dāng)多。

碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。


2.熱作模具鋼

美國熱作模具鋼分二大類:熱作模具鋼,和超級熱強(qiáng)合金。

熱作模具由于在有溫度的條件下工作,要求材料具有熱強(qiáng)性和熱耐磨性,為了保證模具的使用壽命模具要冷卻,熱冷交替模具會出現(xiàn)龜裂,即熱疲勞裂紋,所以材料又要求有抗裂紋能力和抗熱疲勞性能。


按熱強(qiáng)性排列的主系列進(jìn)行選材:

低合金調(diào)質(zhì)模具鋼(6G,6F2,6F3)→中鉻熱作模具鋼(H11、H12、H13)→鎢熱作模具鋼(H21,H22)。

非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼:例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現(xiàn)了不能滿足熱耐磨性時,可以選擇6H1,6H2。

當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時,可以選擇D2,D4→M2,M4→粉末鋼。鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金的高溫耐磨性是很高的,但其熱疲勞性(即冷熱抗疲勞裂紋)很差,不能在急冷急熱狀態(tài)下使用。


3.塑料模具鋼

美國是最早在工具鋼中列出塑料模具專用鋼的國家,以P來表示為主,共分為五類。

◆ 滲碳型塑料模具鋼:P1,P2,P3,P4,P5,P6。這類鋼含碳量很低,主要是美國早期及用擠壓成型制模法,要求冷塑性好,有高的擠壓性能,成型后表面滲碳淬火提高表面硬度,使用壽命長。芯部超低碳可使淬火時變形量最小。

◆調(diào)質(zhì)型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成為主體,大多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時使用。

◆ 中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13,而L2和S7,O1和A2也有應(yīng)用。這一類的特點是:

(1)基本屬二次硬化金鋼,500-600oC時的熱強(qiáng)性好。

(2)含鉻較高,大氣腐蝕性好。

(3)淬透性極好,適用于大模塊。

◆ 不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模,主要鋼號有420,414L,440,416。

◆ 時效鋼是經(jīng)過時效處理而獲得高的使用性能。有兩種,一種是P21低碳Ni-A1時效鋼;另一類是18Ni馬氏體時效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無碳高純度、高強(qiáng)度、高韌性的材料。用于力學(xué)性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。


塑料模具鋼的選用

薄壁的塑料箱體,生產(chǎn)批量在小于10萬件時,用P20,P21預(yù)硬態(tài)(HB250~300),腐蝕性較強(qiáng)時用414L。

高壽命的普通塑料模,用P6或P20,經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大時,可用O1,S7。腐蝕性較強(qiáng)時用420。

非高溫的熱固性模用P6,P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強(qiáng)用420。

高溫?zé)峁绦运芰夏S肏13和S7或滲碳鋼P(yáng)4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。


4.塑膠模具鋼

塑膠模具鋼分預(yù)硬普通塑膠模具鋼,預(yù)硬優(yōu)質(zhì)塑膠模具鋼,預(yù)硬高硬度塑膠模具鋼,預(yù)硬抗腐鏡面塑膠模具鋼,抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類塑膠模具鋼質(zhì)量等級分配

模具類別以美國SPI-SPE 為標(biāo)準(zhǔn)分下列各類.

一. 101 類模(SPI-SPE 標(biāo)準(zhǔn)1,000,000 啤或以上,長期精密生產(chǎn)模)

1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

2. 模胚材料硬度最低為 280BN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)

3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材一定要見硬至 48~50HRC.其余零件如行位,壓鎖,壓條等亦應(yīng)為硬件.

4. 頂針板要有導(dǎo)柱.

5. 行位要有硬片.

6. 如有需求的話,上模,下模及行位要有溫度控制.

7. 所有運(yùn)水道,建議采用無電浸鎳或用420 不銹鋼做模板.這樣可防止生銹及清理垃圾.

8. 需要直身鎖或斜鎖.

二. 102 類模. (不超過1,000,000 啤,大量生產(chǎn)模具.)

1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

2. 模胚材料硬度最低為 280BHN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)

3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材要見硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦應(yīng)同一處理.

4. 建議采用直身鎖或斜鎖.

5. 下列項目可能或不需要.視乎最終生產(chǎn)數(shù)量而定.建議報價時如采用下列項目要檢查

清楚是否需要:

A. 頂針板導(dǎo)柱.

B. 行位硬片.

C. 電鍍運(yùn)水孔.

D. 電鍍模腔.

三. 103 類模(少於500,000 啤,中量生產(chǎn)模.)

1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

2. 模胚材料硬度最小為165BHN. (DME #1 鋼 / 1040 鋼)

3. 內(nèi)模鋼材為 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).

4. 其余要求視乎需要而定.

四. 104 類模(少於100,000 啤,少量生產(chǎn)模)

1. 需要模具結(jié)構(gòu)圖.

2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用軟鋼或鋁.(1040 鋼)

3. 內(nèi)模件可用鋁,軟鋼或其它認(rèn)可金屬.

4. 其余要求視乎需要而定.

五. 105 類模. (少於500 啤,首辦?;蛟囼?zāi)?

可用鋁鑄鐵或環(huán)氧樹脂或任何材料只要有足夠強(qiáng)度可生產(chǎn)最少測試數(shù)量便可.


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