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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,其使用寿命提高几倍至十几倍。因此在小规格M5以下螺钉等冷镦生产中,获得日益广泛的应用。但与国外硬质合金模具相比,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,国内厂家设计的模套内孔和模芯外圆均是圆柱形,模芯底部与模套内孔底部均是平面,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,挤伤模套内孔表面,甚至模芯会产生微裂纹,崩裂,使压镶质量难以稳定。

    日本厂家的模套内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内孔底面中心接触部位,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

    国内厂家选用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60~62HRC,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。国内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

    国内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Ra0.32~Ra0.16μm,甚至Ra0.08μm。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。模芯内孔工作表面的粗糙度对寿命影响更大。结语

    1、冷镦小规格M5以下螺钉用硬质合金组合模具,采用单套结构,模芯外径与内径的比值取2~3,模套外径与模芯内径比值取2~2.5是合理的。模芯与模套高度视具体情况确定。

    2、模芯材质可选YG20C、YG20和YG15,选择YG15或YG15C会比YG20C更耐磨,使用寿命更长。

    3、采用冷压镶工艺时,模芯外径与模套内孔应设计成圆锥形,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1~1.5mm,模芯工作端的内孔径应倒圆,R为0.3~0.6mm,模套内孔底面应有藏屑槽,模套内孔底面和模芯底面加工成凸面,模套硬度为40~44HRC,冷镶过盈系数取模芯的0.8%~1.0%较理想。