冷作模具在工作中承受拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳和摩擦等机械力的作用,主要以脆断、塌陷、磨损、啃伤及软化等形式失效。因此,冷作模具材料应具有高的抗变形、抗磨损、抗断裂、抗疲劳和抗咬合等性能。具体要求如下:
(1)耐磨性 冷作模具工作时,其表面会与被加工坯料之间产生许多次摩擦,因此对模具的要求是必须在此情况下仍能够保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度,以防止产生早期失效。
模具材料的耐磨性与其硬度和组织密切相关,因此为了提高冷作模具的耐磨性,一般要求模具的硬度要高于被加工件硬度的30%~50%,材料的金相组织为硬度较高的回火马氏体或下贝氏体,并且其上均匀分布有大量细小而坚硬的粒状碳化物。所以,钢中碳的质量分数一般都在0.60%以上。
(2)强度 模具材料的强度是指其在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据,主要有上屈服强度RsH和下屈服强度RsL等。屈服强度是衡量模具材料塑性变形抗力的指标,也是最常用的强度指标。为了获得高的强度,在设计、制造模具时应选用合适的模具材料,并通过适当的热处理来达到性能要求。
(3)韧性 对韧性的要求,应根据工作条件来考虑。受冲击载荷较大(如冷镦模和剪切模)、易受偏心弯曲载荷(如细长的冲头模具)或有应力集中的模具等都需具有较高的韧性。一般工作条件下的冷作模具通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用,其失效形式是疲劳断裂,故模具不必具有过高的冲击韧度值。(www.daowen.com)
(4)抗疲劳性能 由于冷作模具通常是在交变载荷的作用下发生疲劳损坏的,故为了提高模具使用寿命,模具材料应具有较高的疲劳强度。导致模具疲劳失效的因素有钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒,以及模具表面有微小加工刀痕、凹槽及截面尺寸变化过大、表面脱碳等。
(5)抗咬合性 抗咬合性是指当被冲压材料与模具表面接触,在压应力和摩擦力的作用下润滑油膜被破坏时被冲压材料对“冷焊”的抵抗力。影响抗咬合力的主要因素是成形材料的性质,如奥氏体不锈钢、镍基合金及精密合金等有较强的咬合倾向。模具材料及润滑条件对抗咬合性有较大的影响。
(6)良好的工艺性能 冷作模具的工艺性能要求包括:可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性能(如淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形及开裂倾向等)等。
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