深度解读影响冷作模具寿命的四大因素-模具钢材材质、锻造工艺、热处理和加工

    冷作模具包括冷冲、冷镦、冷挤等冷作状态下工作的模具。它们的失效形式主要有以下四种：⒈磨损：主要表现为塌角，尺寸超差等，约占模具失效的35%～45%；⒉疲劳：主要表现为纵向、横向及角部裂纹等，约占失效模具的38%；⒊变形：如镦粗、弯曲等变形，约占失效模具的5%。⒋断裂：占失效模具的12%。由此可见，冷作模具失效形式主要是磨损和疲劳。有的工厂每班生产至少要更换一付模具，因而冷作模具寿命就是一个亟待解决的问题，从以下四个方面来探讨冷作模具寿命的改善。

模具钢材材质
    国内模具钢材与国外相比差距较大，主要是品种少、质量差、不成系列。以前，常用冷作模具钢钢种有：T10A、Cr12、Cr12MoV、CrWMn、W18Cr4V等。这些材料的缺点是淬透性差，热处理变形大，有的碳化物偏析严重，加之锻造和热处理工艺不当，造成模具寿命普遍偏低。要求较高的冷作模具，建议选择日本大同模具钢DC53或瑞典一胜百模具钢VIKING。
    近年来已研制出几种具有高强度、高韧性的新型模具钢，其主要品种是：LD(7Cr7Mo2V2Si)、65Nb (65Cr4W3Mo2VNb)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)等。LD是以美国专利“VascoDie”钢为基础，调整合金元素量研制的强韧性钢，其抗弯强度高、耐磨性和韧性好，工艺性能优良，适合作要求较高的冷镦模具、冷挤压模具、冷冲模具。65Nb和012Al属基体钢，是在Vasco-MA 基体钢的基础上研制而成的。65Nb适于制造冷挤压模具，也可作冷镦模具、冷冲模具。012Al是一种冷热兼用的模具钢。东莞弘超根据市场需要，专业开发销售国产新型冷作模具钢LD、GD、ER5、Cr5Mo1V、GM、CH-1(火焰淬火钢)及基体钢65Nb、012Al、CG-2、RM2、LM1、LM2等。

锻造工艺
    低合金工具钢，高碳高铬工具钢及高速钢等的主要缺点是碳化物颗粒大、数量多、分布不匀，对钢的机械性能影响很大，特别是淬火变形难于控制。为了改善上述缺点，模块毛坯必须经多次的镦粗和延伸的锻造，并用轻锤快锻方法，即开始轻打，中间重击，最后轻打。这样可防止十字开裂，提高模具使用寿命。
    锻造后的碳化物偏析通常要求在3～5级以下，对于精密模具、高韧性模具及承受高载荷要求高强度的模具，碳化物偏析要求在2～3级以下。碳化物偏析等级直接影响模具寿命，某厂校平模为三级时寿命2000件，二级时则寿命为12万件。LD、65Nb、012Al的碳化物不均匀性随钢材尺寸大小而异，尺寸越大，不均匀越严重。
    锻造加热及冷却规范对材料机械性能及金相组织也有很大影响。许多工厂不重视这些因素，造成不应出现的淬火缺陷，这也是造成模具寿命不高的重要因素之一。了解更多相关的最新动态资讯，敬请关注东莞市弘超模具科技有限公司模具钢材专业网站www.hongchao-dg.cn。

热处理工艺
    据模具失效原因分析，热处理不当造成的模具损坏约占50%。易出现的主要问题有：退火不当；淬火缺陷，温度偏低、过烧、冷却不当等；回火缺陷，温度太高、回火不足、温度太低。
    正确拟定和认真执行热处理工艺是提高模具寿命的重要环节，模具热处理包括基体强韧化和表面强化处理两个方面。基体强韧化在于提高基体的强度和韧性，减少断裂和变形。国内近年研究的细化碳化物，消除链状碳化物组织的预处理工艺可以使模具寿命提高一倍左右。
    模具寿命还可以用表面硬化处理的方法来得到提高。表面硬化处理作用主要是提高表面耐磨性、耐蚀性和润滑性。通常有以下几种方法：
⒈ 表面化学处理方法。如渗碳、氮化、碳氮共渗、渗合金等。
⒉ 表面处理。渗硫、镀硬铬、TiC气相沉积等。
⒊ 表面加工强化处理。喷丸等。
    此外，利用渗硼和渗硫复合处理。使表面获得扩散层、硬化层、减磨层三层组织，大大提高了模具寿命，这种方法使一套冷镦凹模使用寿命从1000件提高到10.3万件。在冲头和型腔上镀硬铬，也能提高寿命6～20倍。

模具设计、加工和管理
    据统计，模具失效原因中，设计和加工因素约占11%～13%，模具设计应保证足够强度、刚度和对中性，尽力减少应力集中，避免尖角、窄槽，增大圆弧半径和模具间隙。这些因素都能有效提高模具的寿命。
    在加工中，磨削加工和电解加工使模具表面产生工艺应力和磨削层、变质层，使模具内部易产生微裂纹而早期失效。为了减少磨削热和磨削应力，磨削后可在260～310℃水温溶液中浸泡90min，然后30℃油冷，或510～570℃皂化。电加工后的变质层可以通过调整电加工能量，放慢电加工速度，以减少变质层厚度。也可用机械、电解、腐蚀、喷射、超声波等方法去掉变质屡或用回火软化变质层。
    模具加工的粗糙度也影响模具寿命。根据国外试验资料表明，最大粗糙度Ramax≈0.2时，能较好的改善模具寿命。
    模具失效的原因中，使用管理不当约占7～11%。许多生产部门对模具使用管理不重视，乱丢乱放，不维护保养，收发制度不健全，没有建立模具卡片。对模具寿命、失效原因心中无数。成都某标准件厂狠抓了模具管理，建立了材料和成品检验制度，制定模具质量标准和消耗定额，建立了废旧模具库，实行以旧换新，颁布模具节约奖制度，取得了明显效果，全年节约模具钢1/3左右。因此，强化管理，以提高模具寿命也是十分重要的。

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