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日本模具鋼的發展
上海市模具技術協會-上海模具信息網 時間:2015/6/7 16:17:32

1.冷作模具鋼

在上世紀60年代,日本就已經使用SKD11。從1975年開始,隨著電火花加工技術的普及,日本開始采用高溫回火處理技術,但對于SKD11來說,存在著高溫回火硬度比低溫回火硬度低的缺點。而且,隨著TRDCVD處理技術應用的擴大,對提高高溫回火硬度的要求越來越高,因此,在80年代前期,日本山陽特殊鋼公司開發了QCM8、大同特殊鋼公司開發了DC538%Cr鋼。8%Cr鋼的碳和鉻含量只有SKD112/3,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到60-62HRC,已被廣泛采用。

在上世紀90年代,隨著切削機械和切削工具的改進,汽車制造廠家對降低模具費用的要求越來越高。為此,日本高頻鋼業公司開發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元素,可減少碳化物的材料。還開發了與SKS相同的切削性非常好的材料。

2000年左右,隨著高強度鋼板應用的擴大,8%Cr鋼和重視切削性的冷作模具鋼出現了模具粘模和模具磨損的問題。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,在2004年,日立金屬公司開發了SLD-MAGIC

可應用于金屬薄板沖壓模具的表面處理技術以TRD法和CVD法為主,但再處理時不會產生變形的PVD法可以改善表面特性并降低成本,故其應用不斷擴大。隨著PVD法應用的不斷擴大,應用TRD法和CVD法制作的模具存在著皮膜密封性不好的問題,使得原本應用受限的原模制作材料的應用增加了。日本高頻鋼業和大同特殊鋼公司分別開發了NOGADCMX,這些鋼的組織非常適合PVD法的表面處理,自2008年以來開始銷售。

雖然開發了許多新材質,但推測冷作金屬模材料的使用量有一半是SKD11SKD11因成分值和制造方法等的不同,特性也會產生很大的變化。

某新興國生產的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,已開發SKD61改進鋼等高性能鋼材。熱加工的用途很多,因用途的不同,技術開發的動向也不同。

為滿足用戶對大型零件的壓鑄化生產和高速循環成型的要求,以及應對全球化的發展需求,各公司都提出了各種鋼的開發方案。另外,不僅金屬模材料,而且優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象。最近,對實際壓鑄金屬模的壽命評價進行了研究,認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,目前技術積累是不可或缺的,日本和歐洲老牌廠家在這一行業具有很大的優勢。

SKD61和各種改進鋼的沖擊值變化隨時間進行歸納的數據還未見到過相關的報道。1984年日立金屬公司在研究各向同性現象時指出,改進鋼T方向的2U夏氏沖擊值是市面上銷售的SKD611.8倍,1989年指出,改進鋼T方向的2U夏氏沖擊值是市面上銷售的SKD612.0倍。另外,到90年代,在產品目錄中才有試樣熱處理的2U夏氏沖擊值的數據,最近對金屬模沖擊值的報道很多,但這使數據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提高模具鋼的強度來提高模具壽命,同時為滿足大件制品制作的需要,還要求提高大型模具的材質。為應對這些要求,日本高頻鋼業公司開發了KDA1,日立金屬公司開發了DAC3。但是,自1995年以來,降低模具成本已成為擠壓廠家的主要課題,因此沒有開發新的模具材質。

在熱鍛模具方面,從80年代后期開始,日本開發了用于等速噴射的熱鍛模具用的高速模具鋼。從90年代開始,隨著熱鍛用白色脫模劑應用的不斷擴大,析出硬化型熱鍛工具鋼的使用量變得越來越少。因廠家的不同,變化的內容和時間的差異很大,整個鍛造行業的發展動向、特殊鋼廠家對整個業界的應對措施處于無法斷定的狀態中。

3.塑料模具用鋼

對于塑料模具用鋼,滿足用戶要求的新材質的開發和為防止模具發生微細氣孔而提高鋼水潔凈度的技術已成為塑料模具用鋼的發展趨勢。下面就塑料模具用鋼的發展動向進行歸納。

32HRC預硬化鋼中,作為解決大件模具焊接裂紋問題的鋼種,在90年代初期大同特殊鋼公司開發了PX5,在SCM級用于主體的鋼種中,主要使用低碳材。32HRC預硬化鋼主要用于汽車用的燈模制作,日立金屬公司通過降低HPM7等鋼的非金屬夾雜物來防止微細氣孔的發生。

40HRC預硬化鋼方面,在70年代左右,大同特殊鋼公司開發了析出硬化型易切削系塑料金屬模用鋼NAK55,將32HRC預硬化鋼的硬度提高到40HRC。尤其是,在80年代,開發了非易切削系的NAK80,使析出硬化型成為了40HRC預硬化鋼的標準。雖然各公司都生產了相同的鋼種,但最近在中國已能大量生產NAK80的產品。

析出硬化型的缺點是耐蝕性差和韌性低。1999年,日立金屬公司開發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,會出現散熱孔生銹和模具表面燒毛的問題,因此,從2004年左右開始,韓國等國家開始采用CENA1。自2007年以后,為適應全球化的發展需要,日立金屬公司開發了韌性比析出硬化系更高,在成本方面更具競爭優勢的HPM-MAGIC等材料。

4.結束語

根據用戶企業的技術動向和相關技術的發展趨勢,已開發了模具鋼的新型材質。最近,特殊鋼廠家對新材質的開發面臨嚴峻的挑選,因此,在模具技術專業會議上發表的新材質研究論文也正在減少,但可以推測,各公司通過不斷與用戶企業的技術交流,加快了新一代材料的開發。目前的技術積累,以及與要求嚴格的日本用戶企業的技術交流,使日本模具鋼廠家的開發步伐大大領先于新興發展中國家。

另外,在生產現場,正在不斷推進計算機管理,在模具鋼生產方面模塊化技術也有很多,對穩定產品質量有很大的幫助,因此,日本和新興發展中國家在產品質量穩定性方面的差異今后將會縮小,但關鍵性方面的差異仍將會繼續存在。

 

(來源:微信平臺模具人雜志2015427日,由華南理工大學研究生吳成龍供稿)

 

 


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