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模具材料的冶金質量及其他應考慮的因素

 冶金質量也對模具材料的性能有很大的影響,只有具有優秀的冶金質量,才能充分發揮模具材料的各種性能。因此對于生產精密、復雜、長壽命的模具,必須選用瀚超合金鋼質量優秀的適宜的材料。國內外主要冶金生產部門也千方百計致力于模具材料冶金質量的提高。主要有以下幾個方面:


  1.冶煉質量對于高質量的模具鋼,國內外廣泛采用爐外精煉、真空處理、真空冶煉、噴粉處理、電渣重熔等工藝、降低鋼中的有害元素、氧、氫和夾雜物的含量,進行化學成分和澆注溫度的微調。通過電渣重熔還能夠有效地改善鋼的低倍組織和致密度,提高材料的等向性。國內一些生產廠的試驗說明電弧爐生產的4Cr5MoSiVI鋼的橫向沖擊韌度值只相當于縱向的31%,通過電渣重熔以后的4Cr5MoSiVI鋼鋼材,橫向沖擊韌度值可相當于縱向的70%,提高1倍以上。對于特殊要求的模具材料,則采用粉末冶金工藝生產的粉末高速鋼和粉末高合金模具鋼,可以更好地改善鋼的組織和性能。


  2.鍛造軋制工藝在保證一定的鍛造比的基礎上,盡可能采用鐓粗一拔長鍛造和交叉軋制工藝,以提高模具材料的等向性。


  為了減少加工余量,提高材料的利用率,廣泛采用精鍛機、快鍛水壓機、高精度連軋機生產,提供高精度的鋼材適應模具制造的需要。


  3.熱處理和精加工鍛、軋材的熱處理,應采用可控氣氛或真空熱處理,避免氧化脫碳,對有些塑料模具鋼和熱作模具鋼應由冶金部門進行預硬處理。對有些要求高的熱作模具材料應由冶金部門預先進行組織細化處理,消除鋼中的粗大碳化物和鏈狀分布的碳化物,得到細小、均勻分布的碳化物組織,以進一步改善鋼的各種性能,特別是等向性。根據國外的一些報道,有些熱作模具鋼通過電渣重熔一多向鍛造(軋制)一組織細化處理,生產出高質量高等向性的模具鋼,其橫向的沖擊韌度值可以相當于縱向的90%以上。不少鋼廠對這種工藝生產的鋼命名了商品牌號如奧地利伯樂鋼廠的ISODISC;日本日立金屬公司的ISOTROPY,日本高周波鋼業公司的MICROFINE等‘7],我國不少冶金生產部門也在致力于這項工作。


  另外從鋼材各部位的冶金質量考慮,制造模具時應注意使模具的主要工作面(如型腔或刃部)選擇接近鋼材的表面位置;因為在一般情況下鋼材的表面是鋼材比較清潔的部位,而鋼材的心部是鋼材低倍缺陷比較集中的區域;特別是在大截面萊氏體鋼材中,中心部位鋼的共晶碳化物不均勻度會比表面部位高出2~3級。還有模具的主要承受載荷的方向最好能選擇與鋼材的變形方向相一致,以減少鋼材的各向異性對模具的不利影響。


  4.導熱性導熱性也是模具材料,特別是有些熱作模具材料和塑料模具材料的主要性能指標之一。導熱性好的模具材料,能把加工中產生的熱量和加工工件傳來的熱量迅速傳出,避免模具工作表面產生過熱現象改善模具的工作條件。對一些熱塑性塑料成形用的模具和一些壓鑄模具,為了加快生產節奏希望壓制的工件迅速降溫脫模,以提高生產率,為了解決這一問題,有時選用一些比鋼鐵導熱性更好的模具材料,如高強度銅合金、高強度鋁合金等。


  5.精料和制品化為了縮短了模具的制造周期,模具制造部門在選購模具材料時,應可能選用精料和制品,如經過剝皮,冷拔或磨削加工的精品鋼材,經過粗加工、精加工、甚至精加工淬火回火的模塊。模具制造部門利用這些精料和制品稍進行加工即可與標準模架裝配使用。既可以有效地縮短模具制造周期,適應模具使用部門的需要,又因為前一階段精料和制品的生產是在冶金廠高效率大批量生產的,可以降低生產費用,提高材料利用率。


  6.其他應考慮的因素在進行模具材料選擇時,根據模具的使用條件和要求,除了必須考慮以上各種因素,特別是材料的主要性能必須與模具的使用條件要求相適應外,還需要考慮選用的模具材料的價格和通用性。


  一般情況下,當生產的工件批量很大,模具的尺寸較小時,模具材料在模具制造費用中所占的份額很小,材料的價格可不作為主要考慮的指標,可以盡量選擇比較高級的適用的模具材料。而對于大型或特大型形狀較簡單的模具,由于模具材料的費用將在模具總的成本中占較大的份額,所以可以根據生產工件的批量,選用價格較低的模具材料,或者模具本體選用價格低的材料,而在模具的關鍵工作部位,如型腔或刃口處,采用鑲塊或堆焊的方法將高級的模具材料鑲上去或堆焊上去,既能提高模具的使用壽命,又能降低材料費用。


  模具材料的通用性,也是選用模具材料時必須考慮的因素。模具材料一般用量不大,品種、規格很多,為了便于在市場上采購和備料,應該考慮材料的通用性。除了特殊要求以外,盡可能采用大量生產的通用型模具材料,由于通用型模具鋼技術比較成熟,積累的生產工藝和使用經驗較多,性能數據也比較完整,便于在設計和制造過程中參考。另外選用通用型模具材料,可以便于采購、備料和材料管理工作。


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