按照鍛造模具選用的一般原則,冷作模具材料選用同樣需要考慮設備特性、鍛件復雜程度、鍛造工藝方法(冷擠壓、冷鍛、冷精壓和冷切邊等)、模具主要失效形式和生產批量等因素,并進行技術經濟分析,優先選用性價比高的模具材料。
1.冷精鍛和冷擠壓對模具材料性能的要求
由于冷精鍛和冷擠壓模具在常溫下工作,坯料的塑性變形抗力大,模具的工作壓力大,工作條件苛刻,對模具的強度、硬度和耐磨性等要求更高;為防止沖擊折斷,要求具有一定的韌性。此外,還要求高的抗疲勞強度,良好的抗擦傷和抗粘著(咬合)性能以及良好的工藝性能。
1)高硬度和高耐磨性
金屬在冷變形過程中與模具劇烈摩擦,產生磨損和冷焊現象,導致模具早期失效。
2)高韌性
冷變形模具的工作壓力大易發生脆性斷裂,模具材料應具有一定的韌性。對于細長沖頭,優良的韌性尤為重要。
3)抗疲勞斷裂性能
模具長期在脈沖應力作用下,很容易在應力集中處出現疲勞裂紋,進而發生疲勞斷裂。
4)抗回火熱穩定性
冷鍛和冷擠壓模具因金屬變形和摩擦,模具溫度也會升高到400℃,模具在表面強化處理過程的溫度可能超過500℃,所以模具材料應具有較高的抗回火穩定性。
一般,凸模硬度要求為60HRC~64HRC,凹模為58HRC~62HRC。當韌性要求較高時,硬度可降為54HRC~58HRC。由于模具工作時產生較大溫升,所以還應具有一定耐熱疲勞性和熱硬性,這一點對溫擠壓模具尤為重要。
2.按鍛造工藝特點選用模具材料
鑒于冷擠壓,冷鍛、冷精壓和冷切邊等工序使用的設備都是工作(加載)速度比較低的液壓機或曲柄傳動的壓力機,在一般情況下,加載速度對選材的影響不是很大。因此,冷作模具材料的選用主要取決于鍛造工藝特征。常用的冷作模具材料有CrWMn、Cr12、Cr12MoV、9SiCr、60Si2Mn、W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等。
1)冷擠壓和冷鍛模具材料的選用
冷擠壓和冷鍛模具承受力極高,要求高硬度和高耐磨性的模具材料。例如,單位壓力小于1500MPa的輕載(鋁合金)冷擠壓凸、凹模可以選用W18Cr4V、Cr2和Cr6WV,單位壓力2000MPa~2500 MPa的重載冷擠壓凸、凹模可選用W6Mo5Cr4V和基體鋼,而單位壓力大于2500MPa的模具模膛冷擠壓凸模則需要選用W6Mo5Cr4V2和基體鋼。
2)冷鐓模具材料的選用
冷鐓是冷鍛的一種,主要用于制造螺栓和螺母等標準件。鑒于標準件是大量生產的廉價零件,冷鐓工藝十分成熟。因此,經濟性更加重要,即對模具的性價比要求更高。