基于金属3D打印技术的随形冷却模具设计与应用研究

利用3D打印技术制造随形冷却模具,对3D打印的基材进行研究,添加30%(质量分数)碳化钨(WC)的3D打印复合材料的抗压强度和压缩屈服强度最高分别达到1757 MPa和1677 MPa,较之模具钢基体的压缩性能提升约20%。针对模具设计中存在的冷却时间过长、产品翘曲变形和尺寸不稳定的问题,设计了基于金属3D打印的随形冷却水路模具,并借助Moldflow软件进行模拟分析。结果表明:随形水路方案可以显著提高冷却效率,减小产品变形。金属3D打印技术在随形冷却模具领域中具有广泛的应用价值。

航空、航天、军工配套新材料——系列复合工模具钢

研究并总结了系列复合冷作模具钢在航空、航天、军工配套工模具如拉刀、搓丝板、冲裁模等方面的应用。实际生产情况表明,采用系列复合冷作模具钢可延长模具寿命,并大大降低原材料及加工成本;对采用普通工模具钢和常规热处理后失效的拉刀、搓丝板和冲裁模进行了大量的检测、研究和失效分析后,提出了新的热处理加工工艺。采用系列复合冷作模具钢及新工艺,不但可节省大量的人力成本,缩短加工工时,还可克服工模具因原材料和热处理质量差而造成的瞬间失效和非正常失效难题,为军工行业提供了新的复合工模具新材料。

复合冷作模具钢基材的热处理

用ANSYS软件对复合冷作模具钢制作的冷冲模的工作应力进行了模拟计算,用拉伸试验、冲击试验、硬度试验,断口形貌和显微组织观察等方法研究了淬火温度对复合模具钢基体材料42CrMo、5CrMnMo和60Si2Mn等钢组织与力学性能的影响。当冷冲模具面板厚度为5 mm时,复合模具钢基材的屈服强度应不低于1000～1100 MPa,硬度应不低于34～36 HRC。组织观察和性能测试结果表明,所选3种中碳合金结构钢作为基材与复合模具钢面板一起淬、回火后,性能能够满足复合模具钢的需要。

淬火对60Si2Mn组织及力学性能的影响

采用拉伸试验、冲击试验、硬度试验和显微组织分析等方法研究了淬火温度对复合模具钢基材60Si2Mn组织及力学性能的影响。结果表明:150℃低温回火时,随淬火温度的升高,各项力学性能都有所提高,当与高碳高铬钢复合时,可采用低淬+低回的热处理工艺,即1050℃淬火+150℃回火;550℃高温回火时,随淬火温度的升高,虽然韧性略有下降,但硬度与抗拉强度逐渐升高,当与高速钢等复合时,可采用高淬+高回的热处理工艺,即1150℃淬火+550℃回火。