按照不同鋼種類別,就模具鋼材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了回顧,并展望了模具鋼今后的發(fā)展方向。
1 冷作模具鋼
在60年代,日本就已經(jīng)使用SKD11。從1975年開(kāi)始,隨著電火花加工技術(shù)的普及,日本開(kāi)始采用高溫回火處理技術(shù),但對(duì)于SKD11來(lái)說(shuō),存在著高溫回火硬度比低溫回火硬度低的缺點(diǎn)。而且,隨著TRD和CVD處理技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)大,對(duì)提高高溫回火硬度的要求越來(lái)越高,因此在80年代前期日本山陽(yáng)特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了QCM8、大同特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了DC53等8%Cr鋼。8%Cr鋼的碳和鉻含量只有SKD11的2/3,因此可以減少鉻鋼的一次碳化物量,并且由于一次碳化物的粒度也減小了,因此可以提高鋼的韌性和切削性。另外,SKD11的高溫回火硬度不到60HRC,但鉬含量是SKD11兩倍的8%Cr鋼的高溫回火硬度可以達(dá)到60-62HRC,已被廣泛采用。
在90年代,隨著切削機(jī)械和切削工具的改進(jìn),汽車制造廠家對(duì)降低模具費(fèi)用的要求越來(lái)越高。為此,日本高頻鋼業(yè)公司開(kāi)發(fā)了重視切削性的冷作模具鋼—KD11S,該鋼添加了硫等有助于改善切削性的元素。重視切削性的冷作模具鋼是一種添加了有助于改善鋼的切削性的化學(xué)元素,可減少碳化物的材料。還開(kāi)發(fā)了與SKS相同的切削性非常好的材料。
到2000年左右,隨著高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用的擴(kuò)大,8%Cr鋼和重視切削性的冷作模具鋼出現(xiàn)了模具粘模和模具磨損的問(wèn)題。為了既能確保切削性,又能提高耐磨性,減少熱處理和表面處理后的精整工時(shí),在2004年日立金屬公司開(kāi)發(fā)了SLD-MAGIC。
可應(yīng)用于金屬薄板沖壓模具的表面處理技術(shù)以TRD法和CVD法為主,但再處理時(shí)不會(huì)產(chǎn)生變形的PVD法可以改善表面特性并降低成本,故其應(yīng)用不斷擴(kuò)大。隨著PVD法應(yīng)用的不斷擴(kuò)大,應(yīng)用TRD法和CVD法制作的模具存在著皮膜密封性不好的問(wèn)題,使得原本應(yīng)用受限的原模制作材料的應(yīng)用增加了。日本高頻鋼業(yè)和大同特殊鋼公司分別開(kāi)發(fā)了NOGA和DCMX,這些鋼的組織非常適合PVD法的表面處理,自2008年以來(lái)開(kāi)始銷售。
雖然開(kāi)發(fā)了許多新材質(zhì),但推測(cè)冷作金屬模材料的使用量有一半是SKD11。SKD11因成分值和制造方法等的不同,特性也會(huì)產(chǎn)生很大的變化。
某新興國(guó)生產(chǎn)的SKD11的硬度偏差大,沖擊值低。硬度偏差受成分偏差大小的影響。換言之,受制造工藝的影響大。
2 熱作模具鋼
熱作模具鋼是主要模具鋼鋼種,SKD61已有50多年的使用歷史。作為特殊用途,已開(kāi)發(fā)SKD61改進(jìn)鋼等高性能鋼材。熱加工的用途很多,因用途的不同,技術(shù)開(kāi)發(fā)的動(dòng)向也不同。
為滿足用戶對(duì)大型零件的壓鑄化生產(chǎn)和高速循環(huán)成型的要求,以及應(yīng)對(duì)全球化的發(fā)展需求,各公司都提出了各種鋼的開(kāi)發(fā)方案。另外,不僅金屬模材料,而且優(yōu)化材料特性用的熱處理方法和表面處理方法等也成為了研究對(duì)象。更近,對(duì)實(shí)際壓鑄金屬模的壽命評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,認(rèn)為壓鑄模具的壽命受坯料、熱處理和表面處理等影響。因此,可以說(shuō)目前技術(shù)積累是不可或缺的,日本和歐洲老牌廠家在這一行業(yè)具有很大的優(yōu)勢(shì)。
SKD61和各種改進(jìn)鋼的沖擊值變化隨時(shí)間進(jìn)行歸納的數(shù)據(jù)還未見(jiàn)到過(guò)相關(guān)的報(bào)道。1984年日立金屬公司在研究各向同性現(xiàn)象時(shí)指出,改進(jìn)鋼T方向的2U夏氏沖擊值是市面上銷售的SKD61的1.8倍,1989年指出,改進(jìn)鋼T方向的2U夏氏沖擊值是市面上銷售的SKD61的2.0倍。另外,到90年代在產(chǎn)品目錄中才有試樣熱處理的2U夏氏沖擊值的數(shù)據(jù),更近對(duì)金屬模沖擊值的報(bào)道很多,但這使數(shù)據(jù)的比較變得更加困難。
作為其他用途之一,有鋁擠壓模,但在90年代前后,擠壓廠家便提出通過(guò)提高模具鋼的強(qiáng)度來(lái)提高模具壽命,同時(shí)為滿足大件制品制作的需要,還要求提高大型模具的材質(zhì)。為應(yīng)對(duì)這些要求,日本高頻鋼業(yè)公司開(kāi)發(fā)了KDA1,日立金屬公司開(kāi)發(fā)了DAC3。但是,自1995年以來(lái),降低模具成本已成為擠壓廠家的主要課題,因此沒(méi)有開(kāi)發(fā)新的模具材質(zhì)。
在熱鍛模具方面,從80年代后期開(kāi)始,日本開(kāi)發(fā)了用于等速噴射的熱鍛模具用的高速模具鋼。從90年代開(kāi)始,隨著熱鍛用白色脫模劑應(yīng)用的不斷擴(kuò)大,析出硬化型熱鍛工具鋼的使用量變得越來(lái)越少。因廠家的不同,變化的內(nèi)容和時(shí)間的差異很大,整個(gè)鍛造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向、特殊鋼廠家對(duì)整個(gè)業(yè)界的應(yīng)對(duì)措施處于無(wú)法斷定的狀態(tài)中。
3 塑料模具用鋼
對(duì)于塑料模具用鋼,滿足用戶要求的新材質(zhì)的開(kāi)發(fā)和為防止模具發(fā)生微細(xì)氣孔而提高鋼水潔凈度的技術(shù)已成為塑料模具用鋼的發(fā)展趨勢(shì)。下面就塑料模具用鋼的發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行歸納。
在32HRC預(yù)硬化鋼中,作為解決大件模具焊接裂紋問(wèn)題的鋼種,在90年代初期大同特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了PX5,在SCM級(jí)用于主體的鋼種中,主要使用低碳材。32HRC預(yù)硬化鋼主要用于汽車用的燈模制作,日立金屬公司通過(guò)降低HPM7等鋼的非金屬夾雜物來(lái)防止微細(xì)氣孔的發(fā)生。
在40HRC預(yù)硬化鋼方面,在70年代左右大同特殊鋼公司開(kāi)發(fā)了析出硬化型易切削系塑料金屬模用鋼NAK55,將32HRC預(yù)硬化鋼的硬度提高到40HRC。尤其是,在80年代,開(kāi)發(fā)了非易切削系的NAK80,使析出硬化型成為了40HRC預(yù)硬化鋼的標(biāo)準(zhǔn)。雖然各公司都生產(chǎn)了相同的鋼種,但更近在中國(guó)已能大量生產(chǎn)NAK80的產(chǎn)品。
析出硬化型的缺點(diǎn)是耐蝕性差和韌性低。1999年日立金屬公司開(kāi)發(fā)了抗銹性好的析出硬化鋼CENA1。在用于制作薄型電視外框金屬模具中,如果采用普通的析出硬化鋼會(huì)出現(xiàn)散熱孔生銹和模具表面燒毛的問(wèn)題,因此從2004年左右開(kāi)始,韓國(guó)等開(kāi)始采用CENA1。自2007年以后,為適應(yīng)全球化的發(fā)展需要,日立金屬公司開(kāi)發(fā)了韌性比析出硬化系更高,在成本方面更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的HPM-MAGIC等材料。
4 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)用戶企業(yè)的技術(shù)動(dòng)向和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),已開(kāi)發(fā)了模具鋼的新型材質(zhì)。更近,特殊鋼廠家對(duì)新材質(zhì)的開(kāi)發(fā)面臨嚴(yán)峻的挑選,因此在模具技術(shù)專業(yè)會(huì)議上發(fā)表的新材質(zhì)研究論文也正在減少,但可以推測(cè)各公司通過(guò)不斷與用戶企業(yè)的技術(shù)交流,加快了新一代材料的開(kāi)發(fā)。目前的技術(shù)積累,以及與要求嚴(yán)格的日本用戶企業(yè)的技術(shù)交流,使日本模具鋼廠家的開(kāi)發(fā)步伐大大領(lǐng)先于新興發(fā)展中。
另外,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)正在不斷推進(jìn)計(jì)算機(jī)管理,在模具鋼生產(chǎn)方面模塊化技術(shù)也有很多,對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量有很大的幫助,因此日本和新興發(fā)展中在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性方面的差異今后將會(huì)縮小,但關(guān)鍵性方面的差異仍將會(huì)繼續(xù)存在。
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