冷镦模具和冷镦钢与模具汇报材料

1、冷作模具钢的性能 (2008/12/26 19:20)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，所以冲南韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载， 易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。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，无特殊要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Crl2MoV 高，

2、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以下可以完全淬透， 且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比 Crl2 钢低很多，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、承受较大冲击负荷的冷作模

3、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，所以钢的淬透性良好，碳化物分布均匀，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，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒， 细化了晶粒， 减小了过热敏感性。 碳

4、化物不均匀性比 CrWMn 钢好。用途：用于制造各种精密量具、样板，以及一般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。 根据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，所以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感，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

5、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，碳化物分布均匀且颗粒细小。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，性能较稳定，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，分布均匀，具有较高的淬透 性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。但钢的热加工温度围较窄，变形抗力较大。用途：用于制造各种冲模、冷镦模、落料

6、模、拉延模、冷挤压凹模和搓丝板等。 生产品种：热轧材、锻材。根据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，所以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。根据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

7、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，其热加工温度围稍窄，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。冷镦钢成型用钢，冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载 ，广泛用于生产螺钉，销订，螺母 等标准件冷镦工艺可节省原料，降成本，而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度 ，改善性能,格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的 冷镦性 能力学性能要求1. 屈服强度us及变形抗力尺可能的小， 这样可使单位变形力相应减小

8、，以延长模具寿命。2. 钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下 不致引起产品开裂。3. 钢材的加工硬化敏感性可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。二、化学成份要求1. 碳（C碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度 us约提高27.4Mpa;抗拉强度 ub提高58.878.4Mpa ;而伸长率S则降低4.3%，断面收缩率“降低7.3%。由此可见，钢中含碳 量对于钢材的冷塑性变形性能的影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行

9、球化退火。对于变形程度为65%80的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2. 锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+Fe&MnO+Fe ,主要是为钢脱氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS>MnS+Fe ,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可 改善钢的切削性能。 锰使钢的抗拉强度 ub和屈服强度us有所提高，塑性有所降低，对于 钢的冷塑性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过 0.9%。3. 硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉强度 ub

10、提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时， 对钢材的塑性降低有很大的影 响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过 0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火， 也不会软化，降低钢的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。4.硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在 冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹,6.其它合金元素碳钢中其它合金元素，如铬（ Cr），钼（M0,镍（Ni）,等，都作为杂质存在，对钢的影响远不及碳那样大，含量也极其微小。用途用冷镦加工方法

11、制造紧固件、 连接件（如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等）用的钢称为 冷镦钢， 俗称铆螺钢。通常使用的有调质型合金钢、低温回火型合金结构钢、低碳低合金高强度钢、铁素体-马氏体双相钢等。冷镦是在常温下利用金属塑性成形的。采用冷镦工艺制造紧固件，不但效率高、质量好，而且用料省、成本低。但是 冷镦工艺对原材料的质量要求较高。冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一。冷镦钢应具备的主要性能是，具有良好的冷成形性； 对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和可能高的变形能力。为此，一般要求 冷镦钢的屈强比为0.50.65，断面收缩率大于50%此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求钢材表面质量 良好，同时钢材的表面脱碳要尽可能小。标

12、准规定钢材应进行冷顶试验。要求试样冷顶锻后冷顶锻前高度之比为高级；1/4 ;较高及；1/3 ;普通级；1/2。一般标准规定为1/2。冷镦钢因冷成型性能良好， 在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切削机加工，这种工艺的优点是在节约大量工时的同时，金属消耗可以降低10%30%而且产品尺寸精度高，表面光洁度好，生产率高，是近年来兴起的较先进的机加工工艺。详细资料冷镦钢盘条一般为低、中碳优质碳素结构钢和优质合金结构钢，用来冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件。因 冷镦工艺要求该钢具有高的洁净度，控制钢中的Si、Al的含量，采用控制轧制和控制冷却工艺，避免出现马氏体、贝氏体和氏体组织， 使钢材具有细晶和碳化物

13、球化组织，以提高钢材的塑性和冷顶锻性能。介绍了国外冷镦钢的开发和生产情况，化学成分对 冷镦性能的影响，冷镦钢的生产工艺特长。冷镦钢盘条的钢种一般为低、 中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。冷镦钢因冷成型性能良好， 在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切削机加工，这种工艺的优点是在节约大量工时的同时，金属消耗可以降低10%30%而且产品尺寸精度高，表面我国马钢和湘钢从20世纪80年代开始开发 冷镦钢。据中国冶金报刊有关 冷镦钢数据资料 表明，冷镦钢市场2003年全国紧固件需求量达到300万吨，2005年需求量预测将增

14、至500万吨,近几年来，我国开发的 冷镦钢品牌在增加，产量在增长，质量在改进。如马钢:光洁度好，生产率高，是近年来兴起的较先进的机加工工艺。SWRCH18A、1018、ZL10A、ZL15A、ZL18A;湘钢：XSWRCH10K SWRCH35KSWRCH6A22A、ML40C r、ML35CrMo 宝钢：SWRCH35K天钢：SWRCH18ASWRCH22A莱钢：ML35;石钢；ML35 M L40、ML45 45# ;杭钢：ML35 ML40 CH35ACR 包钢：ML35 ML42CrMo SWRM12 太钢： ML07A ML20MnTiB CH1T 首钢：ML35 ML15;江阴兴澄

15、： ML35;沙钢：SWRCH35K15MnC rNiCu ;金牛股份： ML35 ML15MnVB ML20MnVB ML20MnTiB ML35CrMo ML40C、ML35M n ML20Cr等品种。显然，冷镦钢的开发生产已经形成了一定的批量和规模。1.2国外冷镦钢的生产日本爱知制钢公司近年开发了AUS系冷锻用不锈钢。公司开发的AUS系列产品，按产品使用的方法不同而分别将其分为奥氏体（A）、铁素体（F）、马氏体（及沉淀硬化系列。冷锻用线材的典型用途是制作螺栓，其强度围大，从抗拉强度400MPa到1200MPa以上,且形状多。俄罗斯生产的紧固件品种和种类接近世界水平。制造了约10%虽度级别

16、8.8以上高强度紧固件。进口钢丝与国35#中碳钢相近，但它的金相组织非常细小均匀，白色小粒状的先共析铁 素体非常均匀地弥散分布在基体上，没有网状组织存在。晶粒大小仅为12卩m为国产中碳钢丝的1/10左右。并且具有良好的强塑性， 在拉拔过程中显示出优良的拉拔性能，断丝率较低。研究认为，进口钢丝可能在热处理时并没有完全奥氏体化，而仅仅加热到奥氏体和铁素体的两相区进行保温后再冷却至室温，进口钢丝的奥氏体化温度低，保温时间短，从而热处理后的组织细小，渗碳体与正常奥氏体化处理的渗碳体相比，尺寸更小，厚度更薄，分布更加均匀，呈现出进口钢丝特殊的“两相组织”。基本上为完全珠光体组织，仅有少量小块状（尺寸约5

17、卩m先共析铁素体。2冷镦钢的生产工艺2.1冷镦钢的主要成分钢中碳含量一般按中下限控制为宜。钢中硅含量超过0.10%，随硅含量增加，钢的抗拉强度、硬度有所提高，但延伸率低，断面收缩率下降更显著，不利于冷变形。钢中锰含量适 中，可改善钢中硫的存在形态和分布，有利于提高钢的冷成型性。主要冷镦钢的牌号和成分见表1。SWRCH35KC 0.320.37 0.120.20 0.450.60 < 0.030 < 0.035宝钢 SWRCH35K 0.320.38 0.10'0.35 0.600.90 < 0.030 < 0.035-天钢 SWRCH18A SWRCH22A 0

18、.150.200.180.23 < 0.10< 0.10 0.600.900.700.10 < 0.030< 0.030 < 0.035< 0.035 > 0.02> 0.02包钢ML35ML42CrMo 0.320.400.380.45 < 0.20< 0.30 0.300.600.500.80 < 0.035< 0.035Cr0.901.20 < 0.035< 0.035Mo0.150.25 -0.020.05Ni < 0.20莱钢 ML35 0.320.40 < 0.20 0.300.60&l

19、t; 0.035 < 0.035 Cr、 Ni、ClK 0.20石钢ML35、ML40ML45 0.320.400.370.450.420.50 < 0.20< 0.20< 0.20 0.300.600.300.600.300.60 < 0.035< 0.035< 0.035 < 0.035< 0.035< 0.035 Cr、Ni、Cu< 0.25Cr、Ni、Cu<0 .25Cr、Ni、Cu< 0.25连轧-钢坯修磨-高线热轧盘条-成品检验-入库。冶炼冷镦钢的关键是要提高钢水的纯净度,降低钢水的非金属夹杂物的污染度。

20、钢水终点碳含量稳定在规定围是降低钢水氧化程度和减少钢水非金属夹杂污染的主要措施。冷镦钢的冶炼工艺在金属制品生产中广泛使用ML35和ML45冷镦钢，结合各钢厂的生产工艺和产品开发，具体介绍ML35钢的有关情况（表2）。表2 ML35钢的力学性能项目 屈服强度 d s/MPa抗拉强度 d b/MPa延伸率 S 5/%断面收缩率 /%标准 >315 >5 30 >20 >45首钢优化目标 380 575 31 60首钢和包钢用转炉生产ML35钢，莱钢和江阴兴澄用电弧炉生产ML35钢。ML35钢的生产按照GB6478-86标准生产，主要用于制造 8.8级高强度标准件。首钢提出：

21、ML3鈴镦钢屈服强度平均值为 380MPa合格的屈服强度> 380MPa ML3鈴镦 钢抗拉强度的平均值为 576MPa合格的抗拉强度> 576MPa ML35冷镦钢断面收缩率的平均值 为56% 合格的面缩率> 56%首钢和包钢生产ML35冷镦钢采用80吨转炉冶炼。包钢造渣制度是用单渣法，供氧制度 定氧压、变枪位，终点控制是拉碳补吹，炉后增碳。装入制度是造渣分批、多次加入，严格 控制好过程温度，防止钢水过氧化。钢包的钢水在全程吹氩状态下进行精炼。用低级速到高级速逐渐提高升温速度的方式加热并适时加入造渣料，配加CaC21530kg, Al粒2550kg。在还原性气氛下深脱硫，脱

22、硫率平均为59.2%。江阴兴澄钢铁开发了 ML35钢并形成批量生产。30t电弧炉冶炼t 40t钢包炉精炼t R8m 连铸140方坯t坯料精整合格后轧制成材。该钢厂为提供纯净度高、温度、成分均匀合适的 钢水采取的措施：1）加强电弧炉出钢过程及精炼前期预脱氧工作。电弧炉出钢时顺流加吨 钢1kg硅钡，LF前期吨钢喂0.3kg铝丝，同时保证1600C左右的精炼温度，使脱氧产物有时 间充分上浮。2）精炼后期补喂铝丝，由于此时钢水含氧量较低，补喂的铝大部分以溶解铝 的形式存在于钢中。3）加铝完毕后再喂入吨钢 1kg硅钙，能防止连铸过程中的结瘤并改善 夹杂物的形态和分布。包钢将温度和成分合格的 ML35钢水

23、用铸机浇铸成规格为 280mm*325mr和280mm*380m两 种铸坯，中包钢水达13吨时，压塞棒开浇，结晶器采用同位素自动液面监控装置准确控制钢 液面高度，防止溢钢与漏钢。浇铸前期用进口保护渣，后期改用自产保护渣。江阴兴澄开发生产高质量连铸坯，值得一提的关键技术措施是尽量减轻连铸过程中钢水 的二次氧化并确保连铸坯低倍表面质量：1 ）保护浇铸：大包、中包、结晶器采用长水口、浸入式水口、覆盖剂、保护渣。2 ）采用设置挡渣堰的中包并使钢水深度超过650mm保护渣w（AI2O3） < 4%使浇铸过程中产生的AI2O3夹杂物被保护渣吸收并控制较低的拉速。3 ）采用小振幅、高振频的参数，并控制

24、结晶器液面波动不超过+20mm无液面控制系统）；保护渣采用预溶型颗粒，少加勤加。4 ）中包钢水过热度在2035C以，为防止中包钢水湿度波动过大，大包、中包加盖浇铸；优化连铸二冷制度，采取气雾冷却技术弱冷；拉速w1.6m/min，矫直温度950C。轧制首钢第一型材厂使用130mm连铸方坯试轧盘圆。该厂设备：加热炉为三段式推钢加热炉； 轧机为16架，其中粗轧8架，精轧8架；冷床为齿条步进式。130mm连铸方坯在加热过程中严 格控制加热炉各段温度，开轧温度围在10381073C，平均为1054C。晶粒度为 8.5级。为细化晶粒水冷，冷却段长度12m总流量234m3/h,穿水冷却后钢材平均温度由终轧时

25、的1130C 降为960Co ML35的18mm冷镦钢力学性能屈服强度<rs364MPa抗拉强度 <r b559MPa延伸率S 528%断面收缩率 “ 853%基本上能满足标准要求。莱钢用下注法铸锭（678kg）,钢锭修磨后轧制成60mm*60mr方坯，再轧成盘圆。3冷镦钢的质量热点问题高档次标准件对原料的质量要求如下： 盘条具有较高的塑性指标， 断面收缩率及延伸率 较高；在冷塑性变形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的ds/ db值小；盘条硬度HB适当，不要过高；盘条具有良好的表面质量，一定的表面光洁度，不允许有折叠、裂缝等表面缺陷；钢的组织致密，无部缺陷。30C之间，使盘

26、条成品具有适中的晶粒度大小，以66.5级为宜。2）提高盘条表面质量。使用时通过调整拉拔变形量和在适当的工序采用相应的退火工艺，可改善冷镦成型性能。拉拔后直接 冷镦造成的。为满足用户的这种要求而提出的措施：C、Mn含量按中下限控制;负偏差轧制，减小拉拔的总变形量；改进轧制工艺，降低盘条的强度，减少或避免氏组织。ML35 ML45为典型中碳 冷镦钢丝，当 冷镦变形量60%寸，在冷镦前应进行720C、保温4h的 球化退火，使珠光体球化组织达到46级，保证钢丝的加工塑性。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用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 国外硬质合金模具相

27、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 不够稳定。检测对比，发现有诸多差异性。结构形状与尺寸国产模具使用寿命低的主要原因并非尺寸比例问题，国厂家设计的模套孔和模芯外圆均是圆柱形，模芯底部与模套孔底部均是平面，此结构简单，加工容易。当采用冷镶时，由于 无导向角度，易压歪，挤伤模套孔表面，甚至模芯会产生微裂纹，崩裂，使压镶质量难以稳日本厂家的模套孔与模芯的接触部位，采用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孔底

28、面中心接触部位，采用双凸面结构，有利于受力最大的中心部位紧密压靠，四周留下的空隙又可供过盈配合时，储藏从孔壁挤出的多余金属。模具硬度国厂家选用 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原因。对 高碳合金钢硬度则在6062HRC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。国厂家生 产的模具会出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。日本厂家采用圆锥面冷压配合，过盈系数取0.85%，与俄

29、罗斯采用的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 Ra0.32Ra0.16卩m甚至 Ra0.08卩m。模芯外表面粗糙度对模具使用寿 命有影响，表面粗糙度差，特别是表面有凹陷、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。模芯孔工作表面的粗糙度对寿命影响更大。3、采用冷压镶工艺时，模芯外径与模套孔应设计成圆锥形，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11.5mm,模芯工作端的孔径应倒圆，R为0.30.6mm,模套

30、孔底面应有藏屑槽，模套孔底面和模芯底面加工成凸面，模套硬度为4044HRC,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：采用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45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65Cr4