模具材料及应用教案精选.doc

模具材料及制造工艺 教师：郭秀艳 教研室：材料成型 第1章 模具材料概述 1.1 模具及模具材料分类 模具是一种高效率的工艺装备，在冶金、电子、轻工、机械制造等行业的生产中广泛应用。 模具分类 模具 → 冷作模具、热作模具、型腔模具三类。 冷作模具 → 冷冲裁模具（落料、冲孔）和冷变形模具（弯曲、拉深）两类； 热作模具 → 热冲切模具（切边）、热变形模具（锻造）和压铸模具（铝合金、铜合金等压铸模具）三类； 型腔模具 → 塑料模具（注塑、挤出模具）、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。 模具材料分类 模具材料 → 钢铁材料、非铁金属和非金属材料三类。 钢铁材料 按合金元素的含量分类：碳素工具钢（0.65%-1.35%C），共8各牌号，T7 T8、T10、T12、T13，随C含量增加，硬度增大，耐磨性增大） 低合金模具钢：在碳素钢中加入适量的合金元素。例如：CrWMn 中合金模具钢 高合金模具钢，例如 Cr12 Cr12MoV 按用途分类：冷作模具钢 主要是碳素工具钢 T7A 、T8A、T10A，高碳低合金钢，高碳高铬合金钢。 热作模具钢（耐热）主要是中碳合金钢（0.3-0.6%C） 5CrNiMo，3Cr2W8V 塑料模具钢 成型塑料制品用的模具 45钢，40Cr调制处理。 非铁金属材料 铜基材料、低熔点合金、高熔点合金、难溶合金、硬质合金、钢结硬质合金 等 硬质合金：难溶金属碳化物和起粘结作用的金属组成的烧结材料，具有高强度、高耐磨性。 非金属材料 陶瓷、橡胶、塑料 模具材料的选用原则 在选取材料时，应考虑以下几个因素： 生产批量、冲压材料性能、凸凹模工作条件、材料性能、生产使用情况。 模具材料的使用性能 硬度——衡量材料软硬程度的性能指标。 冷作模具硬度在52-60HRC、热作模具硬度在40-52HRC。 对于同一种钢，在一定硬度值内，硬度与变形抗力成正比，单如果组织不同， 同一硬度值但变形抗力却有很大差别。 热硬性（红硬性）——指高温状态的热作模具，保持其组织和性能的稳定，保持高硬度的能力。 钢的硬度和热硬性取决于钢的化学成分、热处理工艺及表面处理工艺。 耐磨性——衡量模具使用寿命的重要指标。 磨损形式：冷作模具（磨粒磨损、粘着磨损）、热作模具（氧化磨损）、疲劳 磨损等。 影响因素：硬度、组织。 铁素体耐磨性差、马氏体耐磨性好、下贝氏体耐磨性最好。 强度 ——衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。 冷作模具变形抗力——常温下的屈服点； 热作模具变形抗力——高温屈服点。 冷作模具断裂抗力——常温下抗拉强度、抗压强度、抗弯强度； 热作模具断裂抗力——抗拉强度、热疲劳导致的断裂韧度。 韧性——反映模具的脆断抗力（折断、崩刃）。 疲劳抗力——反映材料在交变载荷下抵抗疲劳破坏的性能指标。 模具材料的工艺性能 可加工性 切削、磨削、抛光、冷拔和锻压等。 淬硬性和淬透性 淬硬性——指钢经淬火后能达到的最高硬度。它取决于钢中马氏体碳含量。 马氏体硬度随碳含量的增加而增加，但马氏体硬度不能代表钢的硬度，当碳含量在0.6%时，钢硬度下降，马氏体硬度增加。 淬透性——指获得淬硬层深度的能力。或者说是获得马氏体的能力。淬硬层 越深、淬透性越好。 淬火温度和热处理变形 淬火温度应尽可能宽 模具在切削加工后通过热处理可获得所需组织和性能。 脱碳敏感性 脱碳敏感性指钢铁材料在热处理过程中表面碳元素是否易于逸出的特性。 如果热处理过程中工件表面的碳元素易于逃逸到环境中，就说该材料的脱碳敏感性大，反之则小。通常工件碳含量越小、碳化物形成元素越多脱碳敏感性就越小。 第2章 冷作模具材料 2.1 冷作模具的工作条件及性能要求 一、冲裁模 1.工作条件：工作部分为刃口，易受摩擦，凸模因摩擦会变短，凹模因摩擦会变薄，直至无法工作而失效。 2.性能要求：高的硬度和耐磨性，抗压、抗弯和适当的韧性。 二、冷镦模 1.工作条件：凹凸模表面受剧烈冲击性摩擦，温度可达300℃，凸模易受弯曲应力。 失效形式：工作表面产生摩擦磨损导致凹模开裂，凸模镦粗、凹模模口胀大、棱角堆踏。 2.性能要求：足够的硬度，高的抗压强度和高的冲击韧性。 三、冷挤压模 1.工作条件：受强大的挤压力作用，受坯料塑变流动的剧烈摩擦，凸模受强烈的弯曲应力。 2.性能要求：高的强韧性，良好的耐磨性。 四、拉拔模及成形模 包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。 1.工作条件：模具表面受到强烈的摩擦，凹模主要受径向张力的作用，凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。 2.性能要求：高的耐磨性。 2.2 冷作模具用钢 一、低淬透性冷作模具钢 1. 碳素工具钢 T7A、T8A、T10A、T12A、T13 ，都属于高碳钢，含碳量在0.65%-1.