010年我国模具行业收入从2003年的140亿元快速增长到1400亿元,8年间增长10倍,年平均增长率在28%以上。金融危机仅仅使行业增速放缓到12.5%,仍然远远高于GDP的增速,可见我国模具行业的发展势头十分强劲。
前瞻产业研究院《中国模具钢行业市场前瞻与投资预测分析报告前瞻》显示,我国模具工业进入了快速发展时期,这极大地促进了模具钢消费、应用技术的进步。2010年我国的模具钢消费额达到129亿美元,同比增长20%,我国连续五年成为全球模具钢消费量的国家,占全球消费量的21%,同期国内模具钢产值只有70亿美元,虽然已经是全球第三大模具钢生产国,但是供需缺口达到59亿美元,进口依存度高达46%,且模具和出口模具的材料几乎全部依靠进口。
《模具行业十二五发展规划》提出发展总目标,十二五期间我国模具工业总额销售要达到1740亿元左右,其中出口额占15%(即达到40亿美元,在5年内实现翻一番);国产模具自配率达85%以上,中模具自配率占40%以上;模具生产周期提高20%-30%;使用寿命提高20%-30%。前瞻产业研究院中国模具钢行业研究小组表示,上述目标的实现,无疑将对我国的模具材料,特别是模具钢提出更高、更严格的要求,同时也为我国模具钢行业提供了更广阔的的发展空间。
3 工艺性能
在模具生产成本中,材料费用一般占10%~20%,而机械加工、热处理、装配和管理费用占80%以上,所以模具材料的工艺性能是影响模具的生产成本和制造难易的主要因素之一。
3.1 可加工性
热加工性能,指热塑性、加工温度范围等;热作模具用钢冷加工性能,指切削、磨削、抛光、冷拔等加工性能。
冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢,热加工和冷加工性能都不太好,因此必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数,以避免产生缺陷和废品。另一方面,通过提高钢的纯净度,减少有害杂质的含量,改善钢的组织状态,以改善钢的热加工和冷加工性能,从而降低模具的生产成本。
为改善模具钢的冷加工性能,自20世纪30年代开始,研究向模具钢中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素,发展了各种易切削模具钢,以进一步改善其切削性能和磨削性能,减少刀具磨料消耗、降低成本。
3.2 淬透性和淬硬性
淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态;淬硬性则主要取决于钢中的含碳量。对于大部分的冷作模具钢,淬硬性往往是主要的考虑因素之一。对于热作模具钢和塑料模具钢,一般模具尺寸较大,尤其是制造大型模具,其淬透性更为重要。另外,对于形状复杂容易产生热处理变形的各种模具,为了减少淬火变形,往往尽可能采用冷却能力较弱的淬火介质,如空冷、油冷或盐浴冷却,为了得到要求的硬度和淬硬层深度,就需要采用淬透性较好的模具钢。
3.3 淬火温度和热处理变形
为了便于生产,要求模具钢淬火温度范围尽可能放宽一些,特别是当模具采用火焰加热局部淬火时,由于难于准确地测量和控制温度,就要求模具钢有更宽的淬火温度范围。
模具在热处理时,尤其是在淬火过程中,要产生体积变化、形状翘曲、畸变等,为保证模具质量,要求模具钢的热处理变形小,特别是对于形状复杂的精密模具,淬火后难以修整,对于热处理变形程度的要求更为苛刻,应该选用微变形模具钢制造。
3.4 氧化、脱碳敏感性
模具在加热过程中,如果发生氧化、脱碳现象,就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低;因此,要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于含钼量较高的模具钢,由于氧化、脱碳敏感性强,需采用特种热处理,如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。
3.5 其他因素
在选择模具钢时,除了必须考虑使用性能和工艺性能之外,还必须考虑模具钢的通用性和钢材的价格。模具钢一般用量不大,为了便于备料,应尽可能地考虑钢的通用性,尽量利用大量生产的通用型模具钢,以便于采购、备料和材料管理。另外还必须从经济上进行综合分析,考虑模具的制造费用、工件的生产批量和分摊到每一个工件上的模具费用。从技术、经济方面分析,以终选定合理的模具材料。