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文檔簡介

5.1模具材料的分類

5.1.1冷作模具材料5.1.2熱作模具材料5.1.3塑料模具材料

5.1.4其他模具材料

5.2模具材料的性能要求

5.2.1使用性能 5.2.2模具鋼力學(xué)性能指標(biāo)的評(píng)述

5.2.3工藝性能5.3模具材料的選用原則

5.3.1滿足使用性能要求 5.3.2滿足工藝性能要求 5.3.3滿足經(jīng)濟(jì)性要求第5章模具材料概述目錄5.1模具材料的分類

5.1.1冷作模具材料1.火焰淬火鋼2.基體鋼3.高韌性低合金冷作模具鋼4.高碳中鉻耐磨模具鋼5.1.2熱作模具材料

5.1.3塑料模具材料

1.預(yù)硬鋼2.時(shí)效硬化鋼3.冷擠壓成型塑料模具鋼5.1.4其他模具材料

在三大類模具材料之外,還有鑄造模具鋼、有色合金模具材料、玻璃模具材料等。5.2模具材料的性能要求

冷沖壓模具要求其材料具有高的強(qiáng)度,良好的塑性和韌性,高的硬度及耐磨性;

冷擠壓模具要求其材料具有高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性和切削加工性;

熱作模具用鋼要求在工作溫度下保持高的強(qiáng)度和韌性、良好的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱疲勞抗力。

5.2.1使用性能

對(duì)各類模具鋼提出的性能要求主要包括硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性等。

1.硬度硬度表示了鋼對(duì)變形和接觸應(yīng)力的抗力,而且是很容易測定的一種性能,同時(shí)硬度與強(qiáng)度也有一定關(guān)系,可通過二者的換算關(guān)系得到材料硬度值??砂从捕确秶鷦澏>哳悇e,如高硬度(52~60HRC),一般用于冷作模具;中等硬度(40~52HRC),一般用于熱作模具。

圖5-1硬度對(duì)三種冷作模具鋼抗壓屈服強(qiáng)度的影響

1-W6Mo5Cr4V2鋼;2-Cr12MoV鋼;3-Cr5Mo1V鋼

2.強(qiáng)度

強(qiáng)度是指鋼在服役過程中,抵抗變形和斷裂的能力。對(duì)于模具來說則是整個(gè)型面或各個(gè)部位在服役過程中抵抗拉伸力、壓縮力、彎曲力、扭轉(zhuǎn)力或綜合力的能力。

3.塑性模具鋼塑性較差,尤其是冷變形模具鋼,在很小的塑性變形時(shí)即發(fā)生脆斷。常采用斷后伸長率和斷面收縮率來衡量模具鋼塑性好壞。

4.韌性

在工作過程中,模具承受著沖擊載荷,為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞,要求模具鋼具有一定的韌性。韌性是模具鋼的一種重要性能指標(biāo),它決定了材料在沖擊試驗(yàn)力作用下對(duì)破裂的抗斷能力。材料的韌性越高,脆斷的危險(xiǎn)性越小,熱疲勞強(qiáng)度也越高。對(duì)于衡量模具脆斷傾向,沖擊韌度試驗(yàn)具有重要意義。

5.耐磨性

模具在工作中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力,要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。圖5-2所示為用不同鋼種制作的標(biāo)準(zhǔn)沖孔模對(duì)冷軋硅鋼片進(jìn)行沖孔的試驗(yàn)結(jié)果,可反映各鋼種的耐磨水平;試驗(yàn)以Cr12MoV鋼為基準(zhǔn)(ε

=1.0)。圖5-3所示是標(biāo)準(zhǔn)模具進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)的結(jié)果,較好地反映了工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性。圖5-2五種模具鋼模擬沖裁試驗(yàn)其耐磨性

圖5-3工模具鋼的磨粒磨損抗力1-高碳高釩高速鋼;2-高碳高釩鋼;3-低合金模具鋼及碳素工具鋼

6.抗熱疲勞性能

熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外,還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用,抗熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命。因此,熱作模具如要獲得高的壽命,模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。

7.咬合抗力

咬合抗力實(shí)際上就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對(duì)于模具材料較重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下,把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料(如奧氏體鋼)進(jìn)行恒速對(duì)偶摩擦運(yùn)動(dòng),以一定的速度逐漸增大載荷,此時(shí),轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大,該載荷稱為“咬合臨界載荷”,咬合臨界載荷愈高,標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。

8.耐蝕性金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力,稱為金屬的耐蝕性。

提高模具材料的耐蝕性,通常采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金,主要包括:(1)提高金屬或合金的熱力學(xué)穩(wěn)定性

(2)加入易鈍化合金元素

(3)加入能促使合金表面生成致密腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的合金元素

不同的服役條件對(duì)模具材料主要力學(xué)性能要求不同對(duì)熱作模具鋼要考慮其抗熱疲勞性能;對(duì)壓鑄模具應(yīng)考慮其耐融熔金屬的沖蝕性能;對(duì)于高溫下工作的熱作模具應(yīng)考慮其在工作溫度下的抗氧化性能;對(duì)于在腐蝕介質(zhì)中工作的模具,應(yīng)注意其耐蝕性;對(duì)高載荷下工作的模具應(yīng)該考慮其抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及斷裂韌度等。

5.2.2工藝性能

在模具生產(chǎn)成本中,材料費(fèi)用一般占10%~20%,而機(jī)械加工、熱處理、裝配和管理費(fèi)用占80%以上。所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易程度的主要因素之一。改善模具的工藝性能,不僅可以使模具生產(chǎn)工藝簡單、易于制造,而且可以有效地降低模具的制造費(fèi)用。

模具材料的工藝性能主要包括可加工性,淬透性和淬硬性,淬火溫度和熱處理變形,氧化、脫碳敏感性及其他因素。

1.可加工性

模具的可加工性包括:熱加工性能(熱塑性、加工溫度范圍等);冷加工性能(切削、磨削、拋光、冷拔等);

特種加工(如電火花加工)。

粉末冶金焊接塑性成形鑄造毛坯預(yù)先熱處理模具零件切削加工最終熱處理

模具零件的加工工藝路線2.淬透性和淬硬性

淬透性是指獲得淬硬層深度的能力,鋼的淬透性取決于鋼中的化學(xué)成分和淬火冷卻方式。

淬硬性是指鋼經(jīng)淬火后能達(dá)到的最高硬度,主要取決于鋼中的含碳量。對(duì)于大部分的冷作模具鋼,淬硬性往往是主要的考慮因素。對(duì)于熱作模具鋼和塑料模具鋼,一般模具尺寸較大,尤其是制造大型模具,其淬透性更為重要。

為了便于生產(chǎn),要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些,特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí),由于難以準(zhǔn)確地測量和控制溫度,所以要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。

模具在熱處理時(shí),尤其在淬火過程中,要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等,為保證模具質(zhì)量,要求模具鋼的熱處理變形小。

3.淬火溫度和熱處理變形

4.氧化、脫碳敏感性

模具在加熱過程中,如果發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象,就會(huì)使其硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。因此,要求模具鋼的氧化、脫碳敏感性好。對(duì)于鉬含量較高的模具鋼,由于氧化、脫碳敏感性強(qiáng),需要采用特種熱處理,如真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。

5.其他因素

在選擇模具鋼時(shí),除了必須考慮使用性能和工藝性能之外,還必須考慮模具鋼的通用性和價(jià)格。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面全面分析,以最終選定合理的模具材料。

5.3模具材料的選用原則

模具材料的選用有三個(gè)原則

一是使用性能原則

材料的使用性能應(yīng)滿足模具的使用要求。對(duì)大量機(jī)器工件和工程構(gòu)件,主要是機(jī)械性能;對(duì)一些特殊條件下工作的工件,則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理化學(xué)性能。

二是工藝性能原則

材料的工藝性能應(yīng)滿足模具生產(chǎn)工藝的要求。

三是經(jīng)濟(jì)性原則

必須考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。采用便宜的材料,把總成本降至最低,取得最大的經(jīng)濟(jì)效益,使產(chǎn)品在市場上具有最強(qiáng)的競爭力。

1.耐磨性

2.強(qiáng)韌性

3.疲勞斷裂性能

4.高溫性能

5.抗熱疲勞性能

6.耐蝕性

5.3.1滿足使用性能要求

模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等工序。為保證模具的制造質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,其材料應(yīng)具有以下特性:(1)良好的可鍛性

(2)良好的退火工藝性(3)良好的切削加工性

(4)較小的氧化、脫碳敏感性

(5)良好的淬硬性

(6)良好的淬透性

(7)較低的淬火變形開裂傾向

(8)良好的可磨削性

5.3.2滿足

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