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汽車模具一般是用什么材料

通過對汽車模具設計標準的研究,介紹了幾種常用模具材料的使用性能,以及模具材料的成本、使用壽命等的比對。結果表明,合理的選用模具的材料,會降低成本、縮短制造周期、方便維修、減少鉗工勞動強度。

 

  模具是沖壓生產的關鍵工藝裝備,隨著模具行業的不斷發展,模具在兵器工業、機械工業及日用品的生產中應用越來越廣泛。我國的模具行業已步入了高速發展時期,但模具的制造水平和使用性能與世界上發達國家相比,還有很大的差距。現代汽車90%以上的白車身零件,都靠沖壓模具實現大批量生產。

 

  根據汽車冷沖模具的使用壽命要求:在正常使用、維修狀態下,能多批次、小批量生產出50萬輛合格零件。故模具材料的性能、質量對模具的使用壽命有極大的影響。因此,模具材料的研究和開發,一直受到模具鋼生產廠商的重視,并得到了迅速的發展。

 

  1.模具材料的現狀

 

  近年來,我國模具鋼生產技術發展較快,用于制造冷沖壓模具材料主要分為以下幾類:

 

  (1)高碳低合金冷作模具鋼,如:9SiCr、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS、等。

 

  (2)抗磨損冷作模具鋼,如:6Cr4W3Mo2VNb、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等。

 

  (3)抗沖擊冷作模具鋼,如:4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。

 

  (4)冷作模具用高速鋼,如:W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V等。

 

  2.汽車模具材料的使用性能

 

  (1)沖裁模材料的使用要求

 

  對于薄板沖裁模具的用材要求具有高的耐磨性和硬度,而對厚板沖裁模除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點外,為防止模具斷裂或崩刃,還應具有高的斷裂抗力、韌性。

 

  (2)拉延、整形模材料的使用要求

 

  要求模具工作零件材料具有高的耐磨性和硬度、一定的強韌性以及較好的切削加工性能、良好的抗粘附性(抗咬合性),而且熱處理時變形要小。

 

  根據汽車廠生產沖壓件的模具現狀,汽車模具主要采用的材料為:鉬鉻鑄鐵、、鑄態空冷鋼。

 

  鉬鉻鑄鐵:屬于鎳硬白口鑄鐵系中高鉻白口鑄鐵的一種,由于其共晶組織由一種M7C3型碳化物和奧氏體其它轉變物組成,其基體退火成馬氏體后能表現出很高的耐磨性,同時其含有的鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性、錳能顯著提高韌性,而且鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性。其熱處理的方法為表面淬火,大量節省熱處理時間,淬火后硬度HRC 50以上,熱處理后變形量小。由于其鑄造性好,且鑄造成本較低,可實現整體鑄造,減輕鉗工的工作強度,縮短模具的制造周期。同時由于其硬度相對空冷鋼低,加工時對刀具的磨損較小,具有良好的切削加工性能,加工成本低。在模具工作時,由于鉬鉻鑄鐵的散熱性能優于其他幾種模具材料,尤其模具在機械壓力機上工作時,其具有良好的抗粘附性(抗咬合性)能最大化的保護模具,延長模具使用壽命。維修時,可以直接對其表面進行冷焊,大量節約維修時間。但由于其淬火后的硬度相對較低,耐磨性差,生產高強板的模具不會采用鉬鉻鑄鐵。

 

  :屬于高碳高鉻鋼,其含有大量的碳化物和高合金度的馬氏體。使鋼具有高硬度、高耐磨,其硬度與耐磨性要高于鉬鉻鑄鐵。其含有的釩能細化晶粒增加韌度,又能形成高硬度的VC,以進一步增加鋼的耐磨性;鉻又使鋼具有高的淬透性和回火穩定性。經整體淬火后,需要1~2次的回火,熱處理時間較長。火后硬度可以達到HRC 60-62。但熱處理后變形量要大于空冷鋼,消除變形困難,容易降低模具的精度。生產Cr12MoV模具鋼的方法為鍛造,生產成本較高,同時由于鍛造工藝的局限性,Cr12MoV鋼只能分塊鍛造,制造模具時還需要拼裝鑲塊,增加了鉗工的勞動強度,延長了模具的制造周期,成本也隨之增加。同時由于其硬度相對空冷鋼高,加工時對刀具的磨損較大,增加了切削加工的時間和成本。另外,由于Cr的大量存在,鋼液結晶時析出的大量共晶碳化物,形成帶狀或網狀碳化物脆性區,其塑性、韌度差,裂紋很容易在這里萌生與擴展,往往成為裂紋產生的主要原因,使其使用壽命降低。對其維修時,由于焊接性能差,不能直接對其表面進行冷焊,需要加熱并保溫一段時間后,再對其表面進行焊接,大量浪費維修時間。

 

  鑄態空冷鋼:是一種以鑄代鍛的高碳低合金鋼,其含有的錳使鋼有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性。其熱處理的方法也為表面淬火,然后空冷即達到淬火的目的,大量節省了時間和成本。火后硬度可達HRC 55以上,不須其他加工,所以變形很小,并且隨淬火溫度的升高變形量逐漸減小。空冷鋼進行表面淬火后,淬硬層下有高韌性基體作襯墊,韌性高于Cr12MoV,工作時不容易產生開裂、崩刃現象。但由于鑄態空冷鋼不能整體鑄造,在加工模具前,需要鉗工將鑲塊拼接好后在進行機加,鉗工勞動強度增加,延長了制造周期,增加了制造成本。但由于其可以使用泡沫板材制造成近型模具型,可以節省鑄造費用以及部分加工費用,又可以降低部分成本。其硬度相對鉬鉻鑄鐵高,加工時對刀具的磨損較大,增加了切削加工的時間,增加了加工成本。另外,空冷鋼具有良好的焊接性能,從而模具獲得較高的使用壽命。制造有偏差時可以直接進行補焊,經打磨修整即可達到理想的效果,大量的節約了維修時間。

 

  基于以上性能介紹,適用于拉延凸模、凹模、壓料圈的材料為鉬鉻鑄鐵和Cr12MoV;適用于整形模的材料為鉬鉻鑄鐵、Cr12MoV、鑄態空冷鋼;適用于修沖模具的材料為Cr12MoV、鑄態空冷鋼。

 

  3.結論

 

  故經過上述材料性能對比以及對生產現狀的經驗積累,對于普通鋼板(如DC01、DC04、DC06、B170P1等),料厚在1.2以下時,由于板材的屈服強度在260MPa以下、硬度比較低的鋼板,拉延模具的材質選用鉬鉻鑄鐵即可;修沖模具的材質選用鑄態空冷鋼即可;翻邊整形模具工作部分的包容型面等要求高韌性的地方,鑲塊材質選用鑄態空冷鋼即可,工作部分的被包容型面等要求具備高耐磨性的地方,鑲塊材質選用鉬鉻鑄鐵即可。

 

  對于高強鋼板(車身常用材料,如B280VK、B340/590DP、B400/780DP、SAPH440等),以及料厚在1.2以上時,由于板材的屈服強度在260MPa以上,590MPa以下、硬度比較高的鋼板,拉延模具的材質選用Cr12MoV即可;修沖模具的材質選用Cr12MoV即可;翻邊整形模具工作部分的包容鑲塊材質與被包容鑲塊材質選用Cr12MoV即可。


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