模具钢

2014年03月21日

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模具钢分类

美国按模具服役条件将模具钢分为四大类,美国金属学会工具钢委员会列出了:冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢,塑胶模具钢,五大类。其中,冷作模具钢又分出12小类,热作模具钢9小类,塑料模具钢2小类,塑胶模具钢5小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素:

 

 尺寸大小和形状的复杂性,
 被加工的材料,

 

 耐久性要求或设计寿命。

 

1.冷作模具钢

 

(1)分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。

 

 W组即水淬模具钢,有11个钢种,7个碳素模具钢,含碳量从0.7%-1.3%。

 

 O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢),有4个钢种,含碳量在0.85%-1.55%,

 

 A组即空淬中合金冷作模具钢,有9个钢种,含碳量从0.5%-2.25%。

 

 D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。

 

 S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4%-0.6%。

 

用于冷作模具还有高速钢(HSS组)和超高速钢(SHSS组),钴基硬质合金和钢结硬质合金(HA组),粉末钢和工程陶瓷(PIM组),碳钨工具钢(F组),特殊用途工具钢(L组)。

 

(2)冷作模具钢的选用

 

冷作模具钢的主系列是高硬冷作类,主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具,硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S类和部份A类和最普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模,如汽车外型冲压件,主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。

 

高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的"抗压强度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。

 

粉末模具钢有优良的耐磨寿命,硬度不大高HRC60-62,应用相当多。

 

碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。

 

2.热作模具钢

 

美国热作模具钢分二大类:热作模具钢,和超级热强合金。

 

热作模具由于在有温度的条件下工作,要求材料具有热强性和热耐磨性,为了保证模具的使用寿命模具要冷却,热冷交替模具会出现龟裂,即热疲劳裂纹,所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。

 

按热强性排列的主系列进行选材:

 

低合金调质模具钢(6G,6F2,6F3)→中铬热作模具钢(H11、H12、H13)→钨热作模具钢(H21,H22)。

 

非标准的热作模具钢:例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时,可以选择6H1,6H2。

 

当要求模具以热作耐磨性为主时,可以选择D2,D4→M2,M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的,但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差,不能在急冷急热状态下使用。

 

3.塑料模具钢

 

美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家,以P来表示为主,共分为五类。

 

 渗碳型塑料模具钢:P1,P2,P3,P4,P5,P6。这类钢含碳量很低,主要是美国早期及用挤压成型制模法,要求冷塑性好,有高的挤压性能,成型后表面渗碳淬火提高表面硬度,使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量最小。
 调质型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成为主体,大多数在预硬状态时使用。

 

 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13,而L2和S7,O1和A2也有应用。这一类的特点是:

 

(1)基本属二次硬化金钢,500-600oC时的热强性好。

 

(2)含铬较高,大气腐蚀性好。

 

(3)淬透性极好,适用于大模块。
 不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模,主要钢号有420,414L,440,416。

 

 时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种,一种是P21低碳Ni-A1时效钢;另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。

 

塑料模具钢的选用

 

薄壁的塑料箱体,生产批量在小于10万件时,用P20,P21预硬态(HB250~300),腐蚀性较强时用414L。

 

高寿命的普通塑料模,用P6或P20,经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大时,可用O1,S7。腐蚀性较强时用420。

 

非高温的热固性模用P6,P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。

 

高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。

 

4.塑胶模具钢

 

塑胶模具钢分预硬普通塑胶模具钢,预硬优质塑胶模具钢,预硬高硬度塑胶模具钢,预硬抗腐镜面塑胶模具钢,抗腐镜面塑胶模具钢5小类塑胶模具钢质量等级分配

 

模具类别以美国SPI-SPE 为标准分下列各类.

 

一. 101 类模(SPI-SPE 标准1,000,000 啤或以上,长期精密生产模)

 

1. 需要详细模具结构图.

 

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

 

3. 有胶位的内模件钢材一定要见硬至 48~50HRC.其余零件如行位,压锁,压条等亦应为硬件.

 

4. 顶针板要有导柱.

 

5. 行位要有硬片.

 

6. 如有需求的话,上模,下模及行位要有温度控制.

 

7. 所有运水道,建议采用无电浸镍或用420 不锈钢做模板.这样可防止生锈及清理垃圾.

 

8. 需要直身锁或斜锁.

 

二. 102 类模. (不超过1,000,000 啤,大量生产模具.)

 

1. 需要详细模具结构图.

 

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

 

3. 有胶位的内模件钢材要见硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦应同一处理.

 

4. 建议采用直身锁或斜锁.

 

5. 下列项目可能或不需要.视乎最终生产数量而定.建议报价时如采用下列项目要检查清楚是否需要:

 

A. 顶针板导柱.

 

B. 行位硬片.

 

C. 电镀运水孔.

 

D. 电镀模腔.

 

三. 103 类模(少于500,000 啤,中量生产模.)

 

1. 需要详细模具结构图.

 

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

 

3. 内模钢材为 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).

 

4. 其余要求视乎需要而定.

 

四. 104 类模(少于100,000 啤,少量生产模)

 

1. 需要模具结构图.

 

2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用软钢或铝.(1040 钢)

 

3. 内模件可用铝,软钢或其它认可金属.

 

4. 其余要求视乎需要而定.

 

五. 105 类模. (少于500 啤,首办模或试验模)

 

1. 可用铝铸铁或环氧树脂或任何材料只要有足够强度可生产最少测试数量便可.

轴承钢分类

我国已生产高碳铬不锈轴承钢,主要钢号有9Cr18;渗碳轴承钢,主要钢号有G20CrMo;铬轴承钢,主要钢号有GCr15。
轴承钢又称高碳铬钢,含碳量ωc为1%左右,含铬量ωcr为0.5%-1.65%。轴承钢又分为高碳铬轴承钢、无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、中高温轴承钢及防磁轴承钢六大类;

SUJ2轴承钢特性及应用
SUJ2 JIS高碳铬轴承钢,本产品采用日本SUJ2轴承专用钢全硬处HRC58-61具备了轴承的耐磨性也加强了顶针钢性加工性,扁梢可直接加工成型使用模次高於SKD-61(HRC52)全硬体2-3倍。
SUJ2用 途: 一般塑胶模具汽车机床轴承钢球滚子轴套冷轧.

SUJ2化学成份

碳(C)0.95-1.10,硅(Si)0.15-0.35,
锰(Mn)≤0.50,
磷(P)≤0.025,
硫(S)≤0.025,
铬(Cr)1.30-1.60,
钼(Mo)≤0.08,
镍(Ni)≤0.25,
铜(Cu)≤0.25

SUJ2力学性能

抗拉强度 σb(MPa):1617
冲击功 Akv(J):28
硬度:61~64HRC
试样尺寸:某试样



油钢

油钢我国牌号又名CrWM,是9CrWMn模具钢的改进型,提高了C、Cr、W的含量,所以有更高的淬透性,油淬可淬透Φ40~Φ50mm的工件,且淬火变形小,因而习惯称微变形钢。由于W形成钨碳化物,钢在淬火和低温回火后具有比铬钢(Cr2)和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度、耐磨性,此外钨还细化晶粒,提高回火稳定性,从而使钢获得更好的韧度。淬火后残留奥氏体量比其他合金钢多,此外还容易形成碳化物网,对韧性不利、可通过锻后正火予以改善。
此钢在我国有较长的应用历史,应用广泛。
国外同类型的钢号有日本的SKS31(JIS),韩国的STS31(KS),德国的105WCr6(DIN),法国的105WCr5(NF)。其实美国的O1(AISI)是介于9CrWMn和CrWMn之间的钢,O1的主要合金元素Cr、W比CrWMn低,但是含有0.20%的V。性能不如CrWMn。
用途:主要用于碳素工具钢不能满足要求的截面较大,形状较复杂的模具零件,要求淬火变形小。
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来源:东莞市长安中欧金属制品商行