冷镦硬质合金模具中外对比差距

来源：作者：发布时间：2007-07-19

    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。
    一、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。
    二、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。
    三、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。
    四、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。
    五、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。