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    我國的模具材料及其應用技術

    我國的模具材料及其應用技術

    發布日期:2017-12-02 作者: 點擊:

       我國研制的熱作模具鋼序號鋼號代號備注大部分都已列人國家標準和行業標準,并應用于模具制造,取得了很好的效果。其生產量(每一鋼種)在數千噸至數萬噸,有的鋼種累計生產量超過10萬噸。這些新研制的鋼種和已有的工模具鋼種,構成了較完整的模具用鋼系列,基本滿足了我國模具制造業的需要。但認真分析模具鋼的研制過程可以看出,完全新成分系列鋼種的研制進展并不大,而改良型材料的發展較快。這種趨勢也是國際性的,世界上一些合金鋼生產大國,如德國、瑞典、日本等國,都推出了各具特點的改良型模具鋼品種。模具鋼發展的另一個方向是開發和應用先進的模具鋼(或模塊)制備工藝技術,減少中高合金鋼內在的質量缺陷,提高鋼材的強度(高溫強度和常溫強度)、韌性、可加工性(冷加工性能、熱加工性能,包括熱處理工藝性能、拋光性能)等。這些技術包括:爐外精煉、真空精煉、電渣重熔、真空鑄錠、粉末冶金、可控軋制和控制冷卻、晶粒細化和超細化處理等技術,從而降低了鋼中的有害元素,改善了鋼的顯微組織形態和流線分布,有利于提高模具的制造精度,縮短模具制造周期,延長模具的服役壽命。


      我國研制的冷作模具鋼序號鋼號代號備注火焰淬火鋼表3我國研制的塑料模具鋼序號鋼號代號備注鏡面模具鋼易切削鋼進入中國市場的國外模具鋼進入20世紀90年代,我國對復雜、精密模具的需求量增加,特別是外資企業、合資企業的增加,使我國的模具和模具材料市場以很快的步伐與國際市場接軌。國外的合金鋼生產廠家(或公司)的模具鋼材及精制模坯,在我國的汽車、電子、家電、輕工等行業開始得到應用。隨著市場的擴大,國際模具材料生產廠(公司)和銷售公司紛紛在我國大陸設立銷售公司,直接經營模具材料。規模較大的有:經營瑞典模具鋼的一勝百(ASSAB)公司、德國的蒂森公司。經營奧地利百祿鋼材的樂家文公司及日本的大同模具鋼公司等。表4是90年代中期國外進人我國市場的主要模具鋼的牌號對照。1998年以后,更多的國外模具材料供應廠家開始進人中國大陸市場。從歷屆國際模具展覽會(上海)上也可以看到這一快速上升的勢頭:參展的國外模具材料供應商,由1996年以前的1~3家,增加到了2000年的8家之多。


      國外模具鋼以其性能優良、質量穩定、規格齊全、有力的銷售手段和規范的售后服務,占領了我國復雜、精密模具(包括模架、模具標準件)用材模具材料的研究開發在相當長時間里,以金屬材料為主,其中又以鋼鐵材料占主導地位。這主要是因為由模具成形的零件(傳統上大部分采用金屬材料)需要高的變形應力或同時需要高的變形溫度,并要求模具具有高的抗磨損能力,因此合金鋼以外的模具材料很難滿足大規模的工業性生產對模具性能的要求。隨著塑料、橡膠及化纖織物等有機材料的廣泛采用及其成形工藝的發展,以及某些特殊成形工藝的需要,有色金屬及其合金,如銅合金、鋁合金及鉛鋅為主的低熔點合金等材料正在不斷進人模具材料的行列。


      我國模具材料的應用技術模具材料的研究、生產一般都是在獨立于模具設計、制造和使用之外進行的。要設計、制造出高性能的模具,必須開發和掌握模具材料的應用技術,它們主要指:模具材料的選用技術目前國內外廣泛使用的模具材料有近200種,即使按模具類型分,僅熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼也各有數十種。因此模具的設計制造者,必須依據用戶提出的模具性能要求,根據具體模具的工礦條件、失效方式,選用合適的模具材料。目前在模具材料研制、表420世紀90年代中期國外進入我國市場的主要模具鋼的牌號對照(瑞典)(美國標準)(德國標準)(日本標準)(中國標準)主要成分NBC銅合金材料在熱作模具中的應用研究江西省科學院應用物理研究所(南昌330029)陳樂平新余市長城銅產品開發有限公司(江西338025)周水軍、NBC銅合金模具材料技術現狀和發展趨勢在國外,高性能銅合金作為模具材料廣泛用于電子、機械、汽車、冶金、航空等領域,其主要特點是高溫性能和導熱性好,并具有優良的綜合力學性能。在電子行業,目前國外采用高性能銅合金替代鎢銅用于封焊電子元器件方面的封焊模具,與鎢銅相比,其使用壽命提高了34倍,封焊不良品降低4%.由于材料比重的降低,材料成品率提高了50%.目前國內很多企業仍采用鎢銅作封焊模材料,而大部分外資和合資企業則依賴于從國外進口高性能銅合金用于封焊模具。另一方面應用于壓鑄模頭,目前國內壓鑄模頭普遍采用鑄鐵,其壓射壽命不超過3000次。而國外均采用含鈹的高性能銅合金,其壽命超過15 000次,大大提高了使用壽命,減少了更換模頭時造成的壓鑄件報廢。且因含鈹模頭表面形成一層致密的潤滑層,避免了昂貴壓射室的磨損,大大減少了其返修次數,其綜合效益也非常顯著。在國外,對于應用于壓鑄模頭的高性能銅合金有專門的研制、生產企業,如美國的SEMCO公司;在國內,20世紀90年代才剛起步,其產品使用效果和國外差距還很大,處于低層次、低水平狀態。第三方面,國外在精密注塑模中,將高性能銅合金應用于模具材料熱節點,因其具有的優良特性,增加了模具熱節點處的散熱速度,保證模具整體冷卻均勻,提高了模具的使用效率和壽命,注塑速度提高了2倍,且注塑件表面質量也有所提高。雖然國內在這方面也有所研究和實踐,但因材質選擇余地少且材質性能上也有些問題,使用效果不太理想?,F國內主要是以一般鈹青銅系列作為替代品,但國內鈹青銅的品種只有23種,而國外達20余種,實際應用中使用壽命短,導致設備生產效率低,跟進口同類產品差距很大。國外主要廠家有美國Brushwallman、南韓詠日、日本江戶川特殊金屬株式會社等,他們專業分工都很細。國使用的大量實驗和實踐基礎上,結合計算機應用技術,國內外許多機構開展了模具材料數據庫的建立和模具材料選用專家系統的研究工作,國內研制的等向性精制模塊制備技術模具材料,特別是模具鋼,供貨規格比較少,模具制造單位往往需要重新制備模塊,由于技術條件的限制,會造成以下缺陷:材料的組織性能變差(由于鍛造工藝控制不當造成微裂紋、組織偏析、氧化脫碳等);模塊尺寸過大,材料利用率下降,粗加工成本增加。國外的材料供貨已逐步實現型材化,規格已成系列,不論是棒料還是板料,其平整度和尺寸公差都在±0.5mm以下。國內的材料供應商也在向這一方向努力,目前與國外還有相當差距,因此模具廠家仍須掌握好模塊制備技術。


      模具的熱處理技術模具的熱處理技術(包括模具表面處理技術)是模具材料應用的重要技術,國內外都投入過大量的人力物力對模具熱處理工藝、裝備進行研究和開發,對高強度模具的熱處理,大部分采用了保護氣氛熱處理和真空熱處理,并越來越多采用篼壓氣淬技術,不但充分發揮了材料的性能,同時保證了模具變形小,模具工作面精加工余量少留甚至不留。


      模具鋼的預硬化技術隨著加工機床剛性和刀具強度的提高,使得模具熱處理過程有可能提前到模具工作面精加工之前進行。對塑料模具來說,大部分零件的強度(硬度)要求在3545HRC,而目前機床和刀具水平,已經可以實現對這一硬度的材料進行高速大切削量的加工。而預硬化的工藝過程完全可以在材料生產廠實施。進人中國市場的國外塑料模具鋼,許多品種和規格都有預硬化鋼。國內的模具行業開始逐步使用預硬化鋼,但國內的模具材料生產商,能提供這一品種的還很少。


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