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概述模具钢及其系 列化的意义


模具钢是模具材料 中用量最大,重要性最显著的一类。材料科学讨论的所谓模具材料,是指在模压加工中直接与工件接触,传递压力对工件施实模压、剪切的型面或剪刃材料,这些材料的选用决定了模具的性能(加工能力)、寿命(耐久性)和成本的级别,模 压加工业的技术进步使模具的结构日趋复杂,在整付模具中,所谓模具材料可能(甚至往往)只占重量的少部分 ;当然,即使如此,仍然是性能和成本的决定性因素。

模具钢,作为一个 工程材料名称,其技术含义有狭义和广义之分。狭义的,乃指冶金产品中被称为“模具钢”或“工具钢”而主要用于模具的那些钢种,我国特殊钢产品(八大类)中的“合金工具钢 ”绝大多数系模具专用或主要用于模具,如CrWMn、Cr12MoV、5CrNiMo、LD(7Cr7Mo2V2Si)、65Nb(65Cr4W3Mo2VNb)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)等等,为狭义的模 具钢。广义的,乃指除上述专用性的钢种之外,还包括在现代模具制造业用材体系中巳占据固有地位的其他类别的钢种,如碳素结构钢45、55,合金结构钢 40Cr,高速钢W6M05Cr4V2,不锈钢2Cr13等等。后面这些钢 种主要不用于模具,但它们都已是模具业不可缺少的,许多规格是按模具钢的要求进行生产。

模压加工在国民经 济制造业部门所占份额不断增加,必然导致对模具材料的性能要求的多样性日益显著。当某种传统并非模具用钢的钢种被选为后续兴起的某种模具用材,并获得良好效益及应用规模,就可能“退出”原有的组别,带着模具专用钢 种特有的工艺和组织性能要求进入专用模具钢行列,如P20(3Cr2Mo)。对传统模具寿命 的要求也越来越高,促使创制性能级别更高的专用模具钢新钢种。上述过程将导致模具钢钢种的不断增多。另一方面,模具行业的专业化和标准化,以及缩短制模周期的竞争,却要求用钢种体系尽可能简单。多样化和简单化两个 过程长期地交互作用,就形成了社会生产中模具钢(广义)的选用系列。

模具钢基本的性能 要求,是在服役条件下具有足够的耐久性。服役条件和耐久性要求的区别,使模具用材必然是系列化的。服役条件分为三大类:冷作、热作和塑料。每大类又分为若干小的类别,如冷作模有冷冲、冷挤、冷剪切等等。美国 (金属学会工具钢委 员会)列出冷作1 2小类,热作 9小类,塑料 2小类,共计 20多个小的类剐。每 个小类别模具的选材又取决于三个(主要)因索:(1)尺寸(大、小)和形状(复杂性);(2)被加工材料,如冷 冲模,有软钢、硬钢、不锈钢、铝、铜、纸质板,塑料板;(3)耐久性要求,即设 计寿命。最后一项是对选材影响最大的因素。现代模具业面对制造业中各类加工,从产品试制到正规投产,从快速换代产品到长期、大量生产的产品,寿命要求从几件、几百件到上亿件,变动幅度极大,因而按设计寿命选材就是 减少模压加工成本不可缺少的手段。

大量的生产实践, 使人们对常用的模具材料与寿命之间的关系已经积累了丰富的数据资料,以美国为代表,三大类模具钢种体系及选用方案早在40年代就已初步形成 ,经多年的优选劣汰和简化,至今已经相当完整、成熟。

模具选材的系列化 ,是针对被加工材料、零件形状和大小、加工内容,按生产批量和质量要求,去选择一种模具材料,以便获得最佳的经济效益,即最高的“产出投入”比。按系列化概念,各种(系列内)模具钢钢种之间, 没有一般性的“好、坏”之分,正如不能说S-STAR钢和S136钢相比何者更“好 ”一样。

不同国家、地区之 间,由于资源及其他条件的区别,可能形成不同的系列,但是,在跨国经济活动日益增多,市场、技术、设备、工艺日益走向一体化的情况下,各国间用钢系列区别将日益缩小。首先是美、欧、日三大工业地区,它们的用钢系列 已经大同小异。


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