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沖壓成型模具材料的選擇
沖壓模具材料的選擇是成形工藝的關鍵,材料與成形工藝息息相關,所以決定了沖壓成形模具的質量與性能。因此對沖壓模具材料必須慎重選擇。隨著沖壓技術的不斷發展,對高強度、抗氧化、耐腐蝕的模具材料要求也越來越高,因此,常用的沖壓成型劑和模具材料已由過去使用低強度、弱塑性合金轉變為常用高強度鋁合金。此外,還可以采用石墨/非石墨復合材料。另外還可以使用碳化鎢/氮化硼復合材料等金屬合金。
1、鋁合金
鋁合金具有良好的導電性能和導熱性,它不僅可以提高金屬的導熱性,而且對降低熱損耗有很大的作用。在鋁合金中加入 MgSi或 Cr合金,可降低其導熱性;加入 Ni可提高合金的塑性。常用的鋁合金有6系鋁合金和7系鋁合金。由于鋁合金的密度較小,在模具中有較好的彈性和抗沖擊性;鋁合金中加入 MgSi、 Cr和 Ni等添加劑可提高鋁合金的塑性和抗氧化性能;鋁合金中加入 Ni或 MgSi可以提高合金的強度與韌性;加入 Cr和 Ni后鋁合金的強度比鋼高得多;添加 Ni和 Ni合金后強度高、耐腐蝕性能好且有較好的塑性。因此鋁合金是沖壓模具制造中常用的材料之一。
2、石墨
石墨具有高強度、低密度、易加工、抗氧化性能好等特點,應用十分廣泛。如高強度的金剛石沖模,其剛度達400~600 kg/cm2,而金剛石的剛度為2000~3000 kg/cm2,金剛石的密度是0.96~0.98 g/cm3,與石墨相比有著更好的耐腐蝕性能及硬度。在各種類型的模具中應用也很廣泛。由于石墨具有良好的導熱性以及良好的導電性及電氣性,因此其可以取代各種鑄鐵或低合金材料來制作較大數量的沖模及較大尺寸的沖模和模座。石墨是一種優良的復合材料。它具有優良的耐腐蝕性能以及與鑄鐵相比具有更好的抗腐蝕性及較低的硬度及極佳的導電性以及硬度和韌性等優點。
3、碳纖維增強復合材料及碳化鎢/氮化硼材料
碳纖維增強復合材料是將玻璃纖維增強碳化鎢、鉬和氮化硼等合金或以金屬鎂、鋁、銅、鋅等金屬為強化金屬的復合材料。其成型工藝與鋼、銅及鋁相同,成型能力強,熱膨脹系數低,因此可用于沖壓模具,制造出抗沖擊的模具。用碳化鎢或硼化物替代石墨時,碳化鎢的抗腐蝕性降低;用碳化硼代替石墨時,又降低了韌性和耐磨性。但這兩種材料制備效率高、成本低,主要用于制造成形刀具等零件。不過,目前它們價格較貴。此外,采用石墨制件的沖壓模具也存在一些缺點:如對材料的利用率低;成型工藝復雜帶來加工成本高;不能對成形材料進行熱處理;易受熱影響而出現變形或開裂。