世界模具鋼的發(fā)(fā)展概況
?模具是從錘、斧、鑿等手工業(yè)(yè)工具逐步發(fā)(fā)展而來(lái)(lái)的。人類(lèi)(lèi)從鐵器時(shí)(shí)代開(kāi)(kāi)始,就采用鋼鐵材料制造手工工具??脊艑W(xué)(xué)家在埃及金字塔中就已經(jīng)(jīng)發(fā)(fā)現了約五千年前的鐵制工具殘片。經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)漫長(cháng)(cháng)的發(fā)(fā)展過(guò)(guò)程,早期的工具鋼是屬于簡(jiǎn)(jiǎn)單的普通碳素工具鋼。自從18世紀中期歐洲進(jìn)(jìn)人蒸汽機時(shí)(shí)代后,工業(yè)(yè)品由手工制造變?yōu)闄C器制造。金屬切削機床的使用,切削加工的速度提高,成形負荷增大,對工具材料的質(zhì)(zhì)量、使用性能、工藝性能的要求越來(lái)(lái)越高,碳素工具鋼已無(wú)(wú)法滿(mǎn)(mǎn)足需要。19世紀末期英國的一些工廠(chǎng)(chǎng)研制出了一批具有良好性能的合金鋼,如1895年泰勒(F~W.Taylor)發(fā)(fā)現有些合金工具鋼提高淬火溫度可以得到紅硬性,使工具能在較高的切削速度下使用,提出了“高速鋼”的概念,成為現在W18Cr4V型高速鋼的雛型。20世紀20年代一系列的合金模具鋼出現,主要有冷作模具鋼、熱作模具鋼,并進(jìn)(jìn)行了易切削模具鋼的研究。20世紀50年代以后,隨著(zhù)(zhù)石化工業(yè)(yè)的迅速發(fā)(fā)展,塑料迅速成為一種重要的工業(yè)(yè)材料,為了滿(mǎn)(mǎn)足塑料制品成型模具的需要,世界各國迅速發(fā)(fā)展了一批不同類(lèi)(lèi)型的專(zhuān)(zhuān)用塑料模具鋼,目前先進(jìn)(jìn)工業(yè)(yè)國家已經(jīng)(jīng)形成專(zhuān)(zhuān)用的鋼種系列。
近年來(lái)(lái),工業(yè)(yè)生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)迅猛發(fā)(fā)展,各種新材料不斷出現,模具的工作條件日益苛刻,對模具鋼的性能、質(zhì)(zhì)量、品種等方面的要求不斷提高,先進(jìn)(jìn)工業(yè)(yè)國家近年來(lái)(lái)開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)了各種具有不同特性、適應不同要求的新型模具鋼,不僅品種增加、質(zhì)(zhì)量提高,而且生產(chǎn)(chǎn)工藝和生產(chǎn)(chǎn)裝備也有很大改進(jìn)(jìn),主要有以下幾個(gè)(gè)特點(diǎn)(diǎn):
(1)研制出先進(jìn)(jìn)的各種類(lèi)(lèi)型的冷、熱作模具鋼,并有較完整的系列。它們各具
特點(diǎn)(diǎn),適應冷、熱作模具的特殊要求。
(2)塑料模具鋼高速發(fā)(fā)展并系列化。20世紀70年代以后工程塑料品種大量開(kāi)(kāi)發(fā)(fā),塑料已經(jīng)(jīng)成為一個(gè)(gè)重要的工業(yè)(yè)材料得到廣泛地應用。從航天器到艦艇,從建筑材料到農業(yè)(yè)生產(chǎn)(chǎn),從家用電器到兒童玩具都離不開(kāi)(kāi)塑料制品,而塑料制品大部分采用模壓成型,不少工業(yè)(yè)發(fā)(fā)達國家塑料模具的產(chǎn)(chǎn)值已經(jīng)(jīng)居模具產(chǎn)(chǎn)值的第一位,塑料模具鋼也迅速發(fā)(fā)展并成為一個(gè)(gè)專(zhuān)(zhuān)用鋼種系列。
(3)模具鋼的品種規格迅速向多樣化、精料化、制品化方向發(fā)(fā)展。近年來(lái)(lái),由于模具工業(yè)(yè)標準化、系列化程度不斷提高,設計和制造過(guò)(guò)程中C/①&CAM技術(shù)(shù)廣泛應用,使得模具制造業(yè)(yè)的生產(chǎn)(chǎn)效率和材料利用率大大提高,模具制造周期大大縮短。主要有以下幾個(gè)(gè)特點(diǎn)(diǎn):首先是品種規格多樣化。模具制造中,相當部分的模具大部分是由幾塊扁平形部件組裝而成的。在國外,模具制造需要的各種各樣扁鋼和厚板已經(jīng)(jīng)標準化、系列化,并制定了詳細的技術(shù)(shù)規范。如鍛造扁鋼、熱軋扁鋼、熱軋板材、冷拉扁鋼等,都由模具鋼廠(chǎng)(chǎng)供應可直接使用的成材;其次是日趨精料化。
由鋼廠(chǎng)(chǎng)直供不同要求經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)機械加工的高精度、無(wú)(wú)脫碳層的精料。國外有些主要的模具鋼生產(chǎn)(chǎn)廠(chǎng)(chǎng)的模具鋼精料已占60%左右;再次是向制品化方向發(fā)(fā)展。由鋼廠(chǎng)(chǎng)供應經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)淬、回火和精加工的模板、模塊等制品,模具制造廠(chǎng)(chǎng)可以直接采購標準模塊,只對模具的型腔或刃部進(jìn)(jìn)行精加工后即可與標準模架配套組裝后交貨。由于模具成型后不需要再進(jìn)(jìn)行最終熱處理就可以直接使用,這樣既保證模具的使用性能,又可以避免由于熱處理而引起的模具變形、氧化、脫碳、開(kāi)(kāi)裂等質(zhì)(zhì)量問(wèn)(wèn)題。該類(lèi)(lèi)制成品適宜制造形狀復雜、大型、精密、長(cháng)(cháng)壽命的塑料模具,應用越來(lái)(lái)越廣泛。
(4)模具鋼性能高級化。目前工業(yè)(yè)發(fā)(fā)達國家為了提高模具的質(zhì)(zhì)量和使用壽命,把提高模具鋼的質(zhì)(zhì)量和性能放在重要位置,應用了一系列先進(jìn)(jìn)工藝方法。比如,生產(chǎn)(chǎn)高純凈度模具鋼,不但可以改進(jìn)(jìn)鋼的原有性能,而且可以賦予鋼新的性能,提高鋼材的內在質(zhì)(zhì)量,這是延長(cháng)(cháng)模具壽命的根本途徑之一。日本有的鋼廠(chǎng)(chǎng)把鋼中含硫、磷質(zhì)(zhì)量分數從0.03%降到0.01%以下,沖擊韌度提高一倍以上。再如生產(chǎn)(chǎn)等向性模具鋼,改善鋼的橫向韌性和塑性,使其與縱向性能接近。由于模具大部分是多向受力,這樣就可以大幅度提高模具的使用壽命。同時(shí)(shí),采用了許多新工藝、新技術(shù)(shù)和新裝備,提高了模具鋼的各種性能。如采用精煉、大斷面無(wú)(wú)缺陷連鑄、高剛度連軋機及高精度軋制等等生產(chǎn)(chǎn)工藝。