冷镦模具和冷镦钢及模具材料

冷镦模具和冷镦钢及模具材料

Crl2

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于钢中碳质量分数最高可达2.30%，从而钢变得硬而脆，因此冲南韧性较差，几乎不能承担较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不平均的共晶碳化物。

用途：用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。

生产品种：热轧材、冷拉材、锻材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Crl2Mo1V1

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，无专门要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Crl2MoV 高，故钢的组织和晶粒度进一步细化，提高了钢的淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好。

用途：用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具，如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Crl2MoV

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下能够完全淬透，且具有专门高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比Crl2钢低专门多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。

用途：用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承担较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Cr5MolV

性能：合金含量中等，由于含有钼和钒，因此钢的淬透性良好，碳化物分布平均，具有一定的冲击韧性和较好的耐磨性。

用途：用于制造定型模、钻套、冷冲模、冲头、切边模、螺纹滚模、搓丝板和量规等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

9Mn2V

性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性专门好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏锐性。碳化物不平均性比CrWMn钢好。

用途：用于制造各种周密量具、样板，以及一样要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

依照需方要求可供应中小规格的模块。

CrWMn

性能：具有较高的淬透性，由于加入1.20%~1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，因此在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏锐，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。

用途：使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、银亮钢丝、热轧钢板、冷轧钢板。

9CrWMn

性能：低合金冷作模具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形较小，碳化物分布平均且颗粒细小。

用途：用于制造截面不大的，而形状较复杂的冷冲模，以及量规、样板等量具。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、冷轧钢板。

Cr4W2MoV

性能：新中型合金冷作模具钢，性能较稳固，与高合金冷作模具钢Crl2、Crl2MoV相比，用其制成的模具使用寿命明显提高。该钢的共晶碳化物颗粒细小，分布平均，具有较高的淬透性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳固性。但钢的热加工温度范畴较窄，变形抗力较大。

用途：用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、拉延模、冷挤压凹模和搓丝板等。

生产品种：热轧材、锻材。

依照需方要求可供应小规格模块。

6Cr4W3Mo2VNb

性能：高韧性冷作模具钢，其化学成分接近高速工具钢的基体成分，属于一种基体钢。因此，它具有高速工具钢的高硬度和高强度。又因该钢没有过剩的碳化物，因此具有较高的韧性和疲劳强度。该钢含有0.20%~0.35%（质量分数）的铌，使晶粒细化，并提高晶粒精化温度，从而提高了钢的韧性，改善了其工艺性能。

用途：用于制造冷挤压模具、冷镦模、螺钉冲头、冷冲模、拉延模和搓丝板等。

生产品种：热轧材、锻材。

依照需方求可供应部分扁钢或其他条钢。

6W6Mo5Cr4V

性能：低碳高速工具钢类型的冷作模具钢，其淬透性好，并具有类似高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度等综合性能，还具有比高速工具钢韧性好的特性。用该钢制造的冷挤压模寿命较长。因钢中钼含量较高，其热加工温度范畴稍窄，变形抗力较大。此钢易脱碳。

用途：用于制造冷挤压凹模和上下冲头等。

生产品种：热轧材、锻材。

冷镦硬质合金模具的中外对比及差距

螺纹紧固件生产中采纳的硬质合金模具与碳素工具钢、高碳高合金钢模具比较，其使用寿命提高几倍至十几倍。因此在小规格M5以下螺钉等冷镦生产中，获得日益广泛的应用。但与国外硬质合金模具相比，国产模具存在明显差距。例如：半圆头螺钉或沉头十字槽螺钉用硬质合金模具，日本模具的寿命可达700到900万件，国产模具的寿命为200到300万件，且质量不够稳固。检测对比，发觉有诸多差异性。

结构形状与尺寸

国产模具使用寿命低的要紧缘故并非尺寸比例咨询题，国内厂家设计的模套内孔和模芯外圆均是圆柱形，模芯底部与模套内孔底部均是平面，此结构简单，加工容易。当采纳冷镶时，由于无导向角度，易压歪，挤伤模套内孔表面，甚至模芯会产生微裂纹，崩裂，使压镶质量难以稳固。

日本厂家的模套内孔与模芯的接触部位，采纳双锥度和双凸面的配合结构，形状复杂，加工有难度。然而有导向角度，则有利于保证压镶质量。日本模具的模芯底部与模套内孔底面中心接触部位，采纳双凸面结构，有利于受力最大的中心部位紧密压靠，四周留下的间隙又可供过盈配合时，储藏从孔壁挤出的余外金属。

模具硬度

国内厂家选用YG20C、Cr12MoV，Cr12，日本厂家选用YG15、DC53，前者强度略高，硬度略低，而后者则相反，由于硬度高，耐磨性能较好，这是日本模具寿命高的另一个缘故。对高碳合金钢硬度则在60～62HRC，而模套硬度相近，均未超过42HRC。

对盈量

冷镦模具在其它条件相同的条件下，过盈系数小（大）的预紧力小（大）些。国内厂家生产的模具会显现模芯脱出模套的失效现象，可能与过盈系数较小或加工尺寸未保证有关。日本厂家采纳圆锥面冷压配合，过盈系数取0.85%，与俄罗斯采纳的1.3%～1.5%相比较，日本厂家所用数据是偏低的。

表面加工质量

国内厂家模具的模芯外表面磨抛加工质量较差，日本厂家模具的模芯表面磨抛质量较好，整个表面粗糙度在Ra0.32～Ra0.16μm，甚至Ra0.08μm。模芯外表面粗糙度对模具使用寿命有阻碍，表面粗糙度差，专门是表面有凹陷、孔洞或裂纹存在，将是压力集中和产生断裂的起源点，会导致模芯过早开裂而失效。模芯内孔工作表面的粗糙度对寿命阻碍更大。

结语

1、冷镦小规格M5以下螺钉用硬质合金组合模具，采纳单套结构，模芯外径与内径的比值取2～3，模套外径与模芯内径比值取2～2.5是合理的。模芯与模套高度视具体情形确定。

2、模芯材质可选YG20C、YG20和YG15，选择YG15或YG15C会比YG20C更耐磨，使用寿命更长。

3、采纳冷压镶工艺时，模芯外径与模套内孔应设计成圆锥形，圆锥角为1°～2°，模芯圆锥面与模芯底端交界处应圆滑过渡，R为1～1.5mm，模芯工作端的内孔径应倒圆，R为0.3～0.6mm，模套内孔底面应有藏屑槽，模套内孔底面和模芯底面加工成凸面，模套硬度为40～44HRC，冷镶过盈系数取模芯的0.8%～1.0%较理想。

7310E滚子冷镦模寿命的设计工艺

摘要：采纳65Nb预压应力组合模具作为GCr15-7310E滚子冷镦模。对模件施与不同的加工及热处理工艺，使模具具有更加优良的性能及配合。模具平均寿命提高4～5倍，效益可观，有一定的推广应用价值。

关键词：冷镦模；预应力；工艺过程

引言

某轴承厂生产的7310E滚子，所用材料为GCr15。该滚子原用冷镦模材料也为GCr15，模具寿命较低，平均寿命仅有4000件～6000件，需经常换模，单班生产率低。为提高模具寿命，降低生产成本，提高劳动生产率，建议改用新型模具用钢65Cr4W3Mo2VNb(代号65 Nb)生产滚子冷镦模。

?65Nb钢是一种高强韧性、综合机械性能和加工工艺性能良好的冷作模具钢，经适当热处理可使强韧性达到专门高水平。依照钢的特点，设计中一改传统采纳整体模的作法，采纳组合模，施与不同的加工工艺，使模具具有更加优良的性能及配合，从而大大提高了滚子冷

镦模的寿命。

1组合模具的设计

?组合模具的要紧组成有工作套、模座和过渡套。工作套和模座采纳65Nb，经不同热处理达到最佳性能配合。过渡套采纳5CrMnMo，适当处理后与工作套压装组合，使工作套产生预压应力，以抵消冷镦时滚子对工作套所施加的张应力，进一步提高模具寿命。

2主件加工工艺流程

2．1锻造

2．1．1锻造加热、冷却规范

?工作套和模座采纳65Nb圆棒料，按要求锯床下料。锻造时装炉温度≤750℃，最高炉温操纵1150℃～1200℃；始锻温度1100℃～1150℃，终锻温度≥850℃，灰冷至150℃以下。过渡套采纳5CrMnMo棒料，锯床下料后≤750℃装炉，最高炉温1150℃；始锻温度1100℃，终锻温度≥850℃，灰冷至100℃以下。

2．1．2锻造工艺规程

?锻造所用设备包括煤气加热炉和空气锻锤。锻造时采纳三镦三拔，按轻、重、轻多遍反复锻造，锻造比均为6～8。最后用胎模精整，以保证圆柱度。

2．2锻后退火工艺

2．2．1工作套和模座

?工作套和模座在箱式电炉中进行球化退火，工艺曲线见图1，退火后硬度HB220～240。

图1工作套和模座球化退火工艺

2．2．2过渡套的退火工艺

?过渡套在箱式电炉中进行完全退火，工艺曲线见图2，退火后硬度HB197～240。

2．3最终热处理工艺

?退火后的工件按要求车削加工，按车削工艺图要求检验合格后，进行最终热处理。最终热处理淬火采纳盐浴炉加热，回火在箱式电炉中加热。

2．3．1工作套

?工作套淬火回火工艺曲线见图3，要求油淬后停留1小时，赶忙回火，回火后硬度HR C59～61。

2．3．2模座

?模座淬火回火工艺曲线见图4，要求油淬后停留1小时赶忙回火，回火后硬度HRC58～6 0。

2．3．3过渡套

?过渡套淬火回火工艺曲线见图5，回火后硬度HRC45～48。

3模具的组装

?最终热处理后，模件按精度、表面粗糙度等要求进行磨削加工并检验。

检验合格的工作套和过渡套经百吨水压机压装组合，然后等量磨削两平面，使其符合工作套和过渡套组装件图纸要求。

?按模具装配图要求总装后，对冷镦滚子型腔按尺寸要求进行最后磨削，并总检合格方可投入使用。

4试运行结果

?经组装检验合格，共8套模具投入一线使用，模具寿命最高的是36000件，由于冷镦滚子型腔磨损、滚子公差超标而失效；模具寿命最低的是12000件，因工作套口显现崩裂而失效。组合模具平均寿命24000件，比原用模具寿命提高4～5倍，效益可观，有一定推广应用价值。