目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元,模具出口4.91亿美元,同时还进口18.13亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产,但总体技术水平不高,与国外先进国家相比,仍有很大差距,特别是模具寿命低的问题非常突出。如:国外硅钢片冲模总使用寿命在500万次以上,而国内一般为50万-60晚次,最高150万次。国内热锻模使用寿命50万次,国内只有3-5万次。国外热锻模使用寿命12000次以上,国内一般为3000-5000次。影响模具寿命的因素较多,但模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。
国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研制出许多高性能模具钢,但大多数是上世纪70-80年代研制的,因种种原因,真正使用的量较少,钢种也不多。每年使用量不足1万吨。故在生产上使用的仍然是老钢种为主,如冷模用CrWMn、Crl2、Crl2MoV等,热模用3CrW8V、6542等,另外,由于模具钢的改锻效果差、选材与热处理不当等原因,也造成模具的寿命低。
一.现从冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三个方面,扼要分析国内模具钢的研究开发情况。
1.冷作模具钢的开发概况
对冷作模具材料的主要性能要求是:良好的耐模性,足够的强度和韧性,高的疲劳寿命,良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。 九十年代以前,国内常用的冷作模具钢有:碳素工具钢T1OA,合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si,高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,轴承钢GCrl5、弹簧钢60Si2WMna,参碳钢20Cr、12CrNi3A、不锈钢3Cr13等。其中用量最大的是Cr12、Cr12MoV、TIOA、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和W18Cr4V。为满足生产要求,国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。
1.1高强韧耐磨钢 7Cr7Mo2V2Si(代号L)、Cr8MoV3Si(代号ER5)、9Cr6W3Mo2V2(代号GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等国内研制的新钢种与Cr12、Cr12MoV相比,碳和铬的含量较低,改善了碳化物不均性,提高了韧性;适当增加了W、Mo、V等合金元素的含量,从而增强了二次硬化能力,提高了耐磨性。所以,此类钢在具有良好的强韧性的同时,还有优良的耐磨性和较好的综合性能,主要用于制造承受应力较大、要求高强韧性和耐磨损的各类冷作模具。
7Cr7Wo2V2Si,代号LD,已被广泛应用于制造冷锻、冷挤、冷冲、冷压、冷弯等承受冲击、弯曲应力较大,又要求耐磨损的各类冷作模具。ER5适用于制造承受冲击力较大,冲击速度较高的精密冷冲,重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。