模具材料概述概要完整版

1、 2.1 模具的分類(lèi)模具的分類(lèi) 模具的分類(lèi)模具的分類(lèi) 根據(jù)成型材料、成形工藝和成型設(shè)備的不同，模 具分類(lèi)如下圖： http:/ 根據(jù)服役條件的不同，模具分類(lèi)如下： 模具 冷作模具 熱作模具 塑料模 其他模具 返回 http:/ 2.2 模具的服役條件及失效形式模具的服役條件及失效形式 一般情況下，模具的服役條件與安裝模具的機(jī)床 類(lèi)型、噸位、精度、成形次數(shù)、生產(chǎn)效率、被加 工件大小、尺寸、材質(zhì)、變形抗力以及工件加熱 條件、鍛造成形溫度、冷卻潤(rùn)滑條件等等都有關(guān) 系，因而模具的服役條件會(huì)有很大的不同。顯然 不同種類(lèi)的模具，由于工作條件的不同，它們?cè)?服役中發(fā)生失效的形式和特點(diǎn)也將各不相同。 了解模具

2、的服役條件，對(duì)正確選用模具材料及熱 處理工藝相當(dāng)重要。既是對(duì)模具進(jìn)行失效分析的 前提，又是提高模具的必備條件。 http:/ 一、冷作模具的服役條件及失效形式服役條件及失效形式 冷作模具是指在常溫下對(duì)材料進(jìn)行壓力加工或其他 加工所使用的模具。 冷作模具 冷沖裁模 冷拉深模 冷擠壓模 冷鐓模 冷作模具都是在常溫下對(duì)工件材料施力，使其產(chǎn)生 分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的成品或半 成品件。 http:/ 冷沖模具工作對(duì)象是金屬或非金屬板材依靠冷沖模 具的刃口完成冷沖壓加工中的分離工序。 1.冷沖裁模課件2動(dòng)畫(huà)-落料沖孔復(fù) 合模.swf 冷沖模具的主要工作部位凸模（沖頭）和凹模的刃 口，靠它們對(duì)

3、板料施加壓力，使其產(chǎn)生彈性變形、 塑性變形和分離過(guò)程。 冷沖模具的最常見(jiàn)的失效形式是模具刃口的磨損， 厚板沖裁模還會(huì)塑性變形、斷裂或崩刃。 凸模（沖頭）承受壓力同時(shí)還要承受沖擊力、剪切 力和彎曲力的作用。凹模的刃口端面和側(cè)面承受擠 壓和摩擦力的作用。 http:/ 模具局部斷裂示意圖 返回 http:/ 模具的塑性變形 沖頭彎曲 沖頭鐓粗 凹模?？诿洿?返回 http:/ 2.冷拉深模課件2鋁煲沖壓.ram 依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得 一定尺寸、形狀的產(chǎn)品 最常見(jiàn)的失效形式是磨損，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生咬合、 擦傷、變形等失效形式。 承受的沖擊力不大，受到摩擦力十分強(qiáng)烈。凸模承 受壓力和摩擦力

4、；凹模承受徑向張力和摩擦力的作 用。 http:/ 3.冷鐓模 在沖擊力的作用將金屬棒狀坯料鐓成一定尺寸、 形狀的產(chǎn)品。 最常見(jiàn)的失效形式是磨損失效和疲勞斷裂失效。 在室溫條件下工作，塑性變形大，工作環(huán)境差，凸 模承受巨大的沖擊力和摩擦力；凹模承受脹力和摩 擦力的作用。 http:/ 4.冷擠壓?；脽羝?11 依靠模具使金屬坯料在強(qiáng)大而均勻的近似靜擠壓 力的作用下，產(chǎn)生塑性變形流動(dòng)而形成產(chǎn)品 主要的失效形式是磨損失效、 塑性變形失效、凸模折斷失 效、疲勞斷裂失效及縱向開(kāi) 裂失效，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生脹裂 失效。 在進(jìn)行冷擠壓加工時(shí)，模具承受強(qiáng)大的擠壓力（如 正擠壓鋼材時(shí)，擠壓力約為20002500MP

5、a），同 時(shí)產(chǎn)生很大的摩擦力，由于摩擦和變形，模具的局 部表面溫度可達(dá)400以上。此外由于金屬坯料不平 整，凸模和凹模之間的間隙不均勻和中心線(xiàn)不一致， 還會(huì)使的偏載或橫向彎曲載荷。 http:/ http:/ 二、熱作模具的服役條件及失效形式服役條件及失效形式 錘鍛模在服役時(shí)不僅要承受沖擊力和摩擦力的作用， 還要承受很大的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用， 同時(shí)受到交替的加熱和冷卻的作用。 熱作模具 錘鍛模 壓力機(jī)鍛模 熱擠壓模 熱沖裁模 壓鑄模 熱作模具是指將金屬坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn) 行壓力加工的模具。 主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、 斷裂失效、冷熱疲勞、斷裂失效等。 http

6、:/ 熱擠壓模課件2管材擠出成型.gif 熱擠壓模工作時(shí)，承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時(shí) 承受一定的拉應(yīng)力，受熱溫度較高，如在擠壓銅合金 和結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，模具型腔的溫度可達(dá)600800，后 還要進(jìn)行冷卻。 熱擠壓模是使被加熱金屬坯料在高溫壓力下成形成形 主要的失效形式是磨損失效、塑性變形失效、 斷裂失效、冷熱疲勞斷裂失效及模具型表面的 氧化失效等。 http:/ 壓鑄模具的型腔表面要承受液態(tài)金屬的壓 力、沖刷、侵蝕和高溫作用，每次壓鑄件 脫模后還要對(duì)模具的型腔表面進(jìn)行冷卻和 潤(rùn)滑，而使模具承受急冷、急熱作用； 熱作模具工作時(shí)既承受機(jī)械載荷，又承受熱載 荷，且在循環(huán)狀態(tài)下工作。 壓鑄模 主要的失效形

7、式是磨損失效、粘模失效、侵蝕 失效、冷熱疲勞等。 http:/ 三、塑料模的服役條件及失效形式服役條件及失效形式 塑料模是用于成型塑料制品的模具。 塑料模 注射模 壓縮模 擠出模 氣動(dòng)成型模 塑料模按成型固化不同可分為： 壓注模 根據(jù)成型方法的不同，塑料模可分為： 塑料模 熱固性成型塑料模 熱塑性成型塑料模 http:/ 熱固性塑料模工作溫度為150250，工作壓力約為 20008000MPa，物料以固體粉末狀態(tài)或預(yù)制坯料狀 態(tài)進(jìn)入模具型腔。受力大、易磨損、受熱、有時(shí)腐蝕。 熱塑性塑料模工作溫度為150250，工作壓力約為 20006000MPa，物料以粘流狀態(tài)進(jìn)入模具型腔。受 壓、易磨損、受

8、熱、有時(shí)腐蝕，但不嚴(yán)重。 主要的失效形式是磨損失效、腐蝕失效、塑性 變形失效、斷裂失效、疲勞失效及熱疲勞失效 等。 http:/ 2.3模具的使用壽命及其影響因模具的使用壽命及其影響因 素素 模具的使用壽命 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具的服役條件 影響模具壽命的因素 影響模具壽 命的因素 模具的材料 模具的熱處理與表面強(qiáng)化 模具的制造工藝 http:/ 一、模具材料對(duì)使用壽命的影響 1、材料的類(lèi)別 某螺栓冷鐓凹模，原用Cr12鋼制作，工作中常出現(xiàn)早期 劈裂，壽命僅12千件。先采用增加壁厚，增到40mm 也無(wú)多大收獲。后改用T8A并采用噴水激冷薄殼淬火， 有效克服了早期劈裂現(xiàn)象，壽命高達(dá)2萬(wàn)件以上。 C

9、r12 鋼具有高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性，但塑性、韌性很差，抗 拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度較低，而T8A相對(duì)地韌性較高，經(jīng)處 理后硬度也較高。 材料的類(lèi)別不同，其性能存在差異，直接 決定了它的使用范圍、安全可靠性和使用 壽命；不同材料制成的模具，其使用性能 和壽命差別很大。 某沖裁模，選用9Mn2V鋼時(shí)，壽命為五萬(wàn)余次。選用 Cr12MoV鋼時(shí)，壽命高達(dá)40多萬(wàn)次。 http:/ 應(yīng)合理選擇模具材料 http:/ 2、硬度 T8A鋼制鉚釘模的工作硬度與壽命的關(guān)系 工作硬度工作壽命 5556HRC幾十至幾百件崩裂 5354HRC500至700件崩裂 5153HRC7000件 4749HRC3000件左右 模具零

10、件硬度的高低，對(duì)模具的使用壽命影響 很大，但并不是硬度越高越好，應(yīng)根據(jù)具體的 服役條件及主要失效形式確定硬度的范圍及各 零件間硬度的匹配。 http:/ 冶金質(zhì)量缺陷往往容易造成淬火開(kāi)裂或模具的早 期，主要出現(xiàn)在大、中型截面模具（如錘鍛模、 大型覆蓋件的模具）以及碳和合金元素含量高的 模具鋼（如Cr2、CrWMn、3 Cr2 W8V、 Cr12 、 Cr12MoV、W18 Cr24V）。 3、冶金質(zhì)量 非金屬夾雜物強(qiáng)度低、脆性大，與基體的性能有很大的差 異，可視為鋼中的類(lèi)裂紋缺陷，降低疲勞強(qiáng)度和韌性。 冶金質(zhì)量缺陷具體表現(xiàn)在非金屬夾雜物、 碳化物偏析、中心疏松和白點(diǎn)。 碳化物在結(jié)晶過(guò)程中常呈不均勻結(jié)晶或析出，形成大塊狀、 網(wǎng)狀或帶狀偏析，會(huì)明顯降低塑性、韌性、斷裂抗力及其 它力學(xué)性能。還影響加工和熱處理性能。 大截面模具中，易存在中心疏松和白點(diǎn)，在鍛造毛坯、淬火時(shí)容易 開(kāi)裂以及在服役中發(fā)生脆斷或凹陷。 http:/ 二、模具的熱處理與表面強(qiáng)化對(duì)使 用壽命的影響 通過(guò)預(yù)先熱處理，改善模具材料的組織結(jié) 構(gòu)，清除金屬坯料的內(nèi)部組織缺陷，改善 材料的切削加工性，提高模具的承載能力。 通過(guò)最終熱處理，獲得所需的使用性能。 通過(guò)表面強(qiáng)化，改善模具表面特性，獲得硬 度、耐磨性、韌性、抗疲勞強(qiáng)度等性能指標(biāo) 的良好配合，滿(mǎn)足“外硬里韌”的性能要求。 http:/ 可見(jiàn)：模具的壽命與類(lèi)型及服