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模具材料的分类及用途,模具钢为何是主要原材料?

模具材料的分类

模具的制造范围已从金属材料扩展至塑料、橡胶、玻璃、陶瓷及纸张等众多材料。模具应用广泛,种类多样,工作环境复杂多样,并且模具内部各个部件承受的应力状况不同,导致其损坏原因也各不相同。部分部件需要具备优异的强度和韧性,部分部件需要拥有出色的抗磨损能力或耐腐蚀性能,还有部分部件则要求具备极高的表面处理精度和表面平整度。因此,制作模具以及模具组件所用的材料种类繁多,例如钢、铸铁、非铁金属及其合金、耐热合金、硬质合金、钢基硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。从广义角度来说,木材、陶瓷、石膏、造型砂等同样可以视为模具制造所用的基础材料。

模具钢的分类

钢材是制作模具的基本材料。它使用量大,适用范围宽,价格便宜,容易获取。而且,可以通过加热处理来改变它的多种特性,无论是柔软还是坚硬,是刚强还是韧性,都可以根据需要适当调整。

我国对于钢材的归类已有国家标准GB/T 13304-1991作为依据,该标准规定以化学成分作为划分依据,主要分为三种类型,即普通钢、少量合金钢以及多种合金钢。在进一步细分时,可以区分为铬系、铬镍系、钼系以及铬钼系等类别;而高速钢则主要包括钨系、钨钼系和钴系等不同系列。分类的目标各异,或分类的准则相异,便会产生不同的分法;各个国家,因为自身状况有别,其分类的准则、习俗、成效也各不相同。

分类方法常有按用途区分的。中国钢材分为四大类别,包括结构型钢、器具型钢、特殊功能型钢和专用型钢。模具属于器具,主要选用器具型钢是合乎情理的。器具型钢是为了制造各类刀具、模具、测量器具、冲击器具、手工器具等而研发、制造的一系列优质钢材。其中,用于制作模具核心部件的合金器具型钢属于特种质量钢材。工具钢依据化学成分差异,可以划分为碳素工具钢,即非合金工具钢,合金工具钢,以及高速工具钢这三种主要类型。这种分类方法是行业内普遍采用的标准。

合金工具钢根据功能划分,依据GB/T1299-2000标准,可以细分为多种类型,包括测量工具用钢、切削工具用钢、抗冲击工具用钢、冷加工模具用钢、热加工模具用钢、塑料成型模具用钢以及非磁性模具用钢。工具钢是模具钢的上位类别,模具钢则属于工具钢的下位类别,其中冷加工、热加工、非磁性及塑料成型模具用钢均属于模具钢的下位类别。一个下位类别与其他下位类别相区别的标志,称为下位类别差异。

模具加工的客体是金属材质,依据作业时温度的差异,以钢的再结晶温度为划分基准,可分为两大类别,即冷作模具与热作模具。塑料在后来成为关键材料,广泛应用于工业生产与民用物品制造领域,针对塑料模具的特殊性能要求,科研人员专门研发了多种新钢材,这些钢材形成了完整的系列,由此构成了一个独立的分类,当前全球部分国家仍将塑料模具钢纳入热作模具钢的范畴。

模具钢有多种区分方式,根据其材质特点、运作表现和制作工艺,可将冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢进一步细分,例如有超耐磨材质、超强韧材质、超耐热材质、抗冲击材质、耐腐蚀材质等类别。依据模具钢的应用场景,又可划分为压铸用钢、冷冲压用钢、冷挤压用钢、热挤压用钢、锻造用钢等类型。根据模具钢的化学构成,可以划分为不含合金成分的钢材,含高碳高铬的钢材,低合金成分的钢材,中等合金含量且适合空冷硬化的钢材,以及高合金含量的钢材等类别。根据模具钢的制造工艺,可以归类为适合水冷却硬化的钢材,适合油冷却硬化的钢材,适合空冷硬化的钢材,易于切削加工的钢材,通过火焰加热硬化的钢材,经过渗碳处理的钢材,预先硬化处理的钢材,以及经过时效处理以增强硬度的钢材。

同一种型号的模具钢材,比如常见的4Cr5MoSiV1钢,在中国模具钢材市场上,会出现以下六种情形,具体包含几十种不同的牌号

中国的国家标准钢材牌号为4Cr5MoSiV1,而行业的钢材标准牌号为SM4Cr5MoSiV1。

中国模具钢生产企业的牌号包括FT413,这是抚顺特钢公司制造的4Cr5MoSiV1;还有SW(Q),由上海五钢公司制造,也是4Cr5MoSiV1;此外,还有HCC722和HCC821,它们是江苏市美港特殊钢材有限公司研发的。

中国仿制的国外钢材标记为SW(P)H13,这个牌号在美国对应的是H13钢。

国外规范钢材牌号有D2、H13、P20(AISI)、SKD11、SKD61(JIS)。

某些国外公司的产品标识例如DHA1、DHA-WORLD、DH31-S、DH31-EX、NAK80、NAK-PRM、NAK101、S-ST

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