模具材料講義

1、HYUNDAInd. Co., Ltd.1/32上海工程技術(shù)大學(xué)上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院材料工程學(xué)院李名堯李名堯手機(jī)：手機(jī)mail：HYUNDAInd. Co., Ltd.2/32模具材料模具的分類模具材料的選用模具材料的熱處理模具的失效HYUNDAInd. Co., Ltd.3/321.1.金金屬屬材料的性能材料的性能金金屬屬材料的性能包括材料的性能包括使用性能使用性能和和工工藝藝性能性能。 1.使用性能是指使用性能是指為為了保了保證證零件的正常工作，材料零件的正常工作，材料應(yīng)應(yīng)具具備備的性能，的性能，它它包括物理包括物理性能、化性能、化學(xué)學(xué)性能和力性能和力學(xué)學(xué)

2、性能性能. 1.1力力學(xué)學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌擊韌性、疲性、疲勞勞強(qiáng)度強(qiáng)度 1.2物理性能：密度、熔點(diǎn)、物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電導(dǎo)電性、性、導(dǎo)熱導(dǎo)熱性、性、熱熱膨膨脹脹性、磁性性、磁性 1.3化化學(xué)學(xué)性能：耐腐性能：耐腐蝕蝕性、高性、高熱熱抗抗氧氧化性化性2.工工藝藝性能是指金性能是指金屬屬材料在被加工材料在被加工過(guò)過(guò)程中，適程中，適應(yīng)應(yīng)各各種種加工工加工工藝藝方法的性能，方法的性能，如如鑄鑄造性能、造性能、焊焊接性能、接性能、熱處熱處理性能和切削加工性能等。理性能和切削加工性能等。 2.1鑄鑄造性能造性能 2.2鍛鍛造性能造性能 2.3焊焊接性能接性能

3、2.4熱處熱處理性能理性能 2.5切削加工性能切削加工性能 2.6沖沖壓壓性能性能HYUNDAInd. Co., Ltd.4/321.1金屬材料的力學(xué)性能1.機(jī)械零件或其他結(jié)構(gòu)件在使用過(guò)程中，會(huì)受到各種外力的作用。金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能稱為力學(xué)性能，它是保證保證零件和構(gòu)件正常工作應(yīng)具備的主要性能。衡量金屬材料力學(xué)性能的指標(biāo)主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等。力學(xué)性能不僅是機(jī)械零件設(shè)計(jì)、選材、驗(yàn)收、鑒定的主要依據(jù)，也是對(duì)產(chǎn)品加工工程實(shí)行質(zhì)量控制的重要參數(shù)。2.金屬材料在加工和使用過(guò)程中所受到的外力成為載荷。1）靜載荷，是指在短時(shí)間內(nèi)以高速度作用于零件上的載荷。2）沖擊載荷

4、，是指在短時(shí)間內(nèi)以高速度作用于零件上的荷重。3）交變載荷，是指大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。3.金屬材料在載荷作用下發(fā)生的尺寸和形狀的變化稱為變形。按去除載荷后變形是否能完全恢復(fù)的情況，變形可分為彈性變形和塑性變形。去除載荷后零件的變形能立即恢復(fù)原狀，即隨載荷的作用而產(chǎn)生，隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形；若去除載荷后零件的變形不能完全消失而是保留一部分殘余變形，這種不能恢復(fù)的殘余變形稱為塑性變形，也稱為永久變形。根據(jù)載荷作用不同，變形又可分為拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等五種變形方式。4.金屬材料在受外力作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部作用著與外力相對(duì)抗的歷，稱為內(nèi)力。單位面積

5、上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。簡(jiǎn)述材料受拉伸載荷或壓縮載荷時(shí)，其橫截面積上的應(yīng)力的計(jì)算公式。HYUNDAInd. Co., Ltd.5/321.1.1強(qiáng)度定定義義：金：金屬屬材料在材料在靜載靜載荷作用下，抵抗塑性荷作用下，抵抗塑性變變形和形和斷斷裂的能力成裂的能力成為為強(qiáng)度。金強(qiáng)度。金屬屬材料的強(qiáng)度越高，抵抗塑材料的強(qiáng)度越高，抵抗塑性性變變形和形和斷斷裂的能力，在工作中所能承受的裂的能力，在工作中所能承受的載載荷就越大。金荷就越大。金屬屬材料的強(qiáng)度按受力材料的強(qiáng)度按受力類類型分型分為為抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、抗、抗壓壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎彎強(qiáng)度和抗強(qiáng)度和抗扭扭強(qiáng)度五強(qiáng)度五種種。一般情。一般情況

6、況下多用抗拉強(qiáng)度作下多用抗拉強(qiáng)度作為為衡量金衡量金屬屬材料強(qiáng)材料強(qiáng)度的依據(jù)。金度的依據(jù)。金屬屬材料的抗拉強(qiáng)度是通材料的抗拉強(qiáng)度是通過(guò)過(guò)拉伸拉伸試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)測(cè)定的。定的。1）拉伸）拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)2）拉伸曲）拉伸曲線線 在拉伸在拉伸試驗(yàn)過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中，程中，試驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)自機(jī)自動(dòng)動(dòng)以拉伸力以拉伸力F為縱為縱坐坐標(biāo)標(biāo)，以拉伸量，以拉伸量L為橫為橫坐坐標(biāo)標(biāo)，畫(huà)畫(huà)出一出一條條拉伸力拉伸力F與與伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)量量L的的關(guān)關(guān)系曲系曲線線，稱為稱為力力-拉伸曲拉伸曲線線或拉伸曲或拉伸曲線線。HYUNDAInd. Co., Ltd.6/323）由拉伸曲）由拉伸曲線線可以看出，低可以看出，低碳鋼試樣碳鋼試樣的拉伸的拉伸過(guò)過(guò)程可分

7、程可分為為以下幾以下幾個(gè)階個(gè)階段：段：-彈彈性性變變形形階階段段(op)：在拉伸：在拉伸試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)時(shí)，若施加在，若施加在試樣試樣上的上的載載荷未超荷未超過(guò)過(guò)Fp，那，那么么在此在此階階段段試樣試樣所所發(fā)發(fā)生的生的變變形均形均為彈為彈性性變變形，即形，即載載荷去除后荷去除后試樣試樣的形的形狀狀和尺寸可以恢和尺寸可以恢復(fù)復(fù)原原狀狀。Fp為試樣為試樣能恢能恢復(fù)復(fù)到原始形到原始形狀狀和尺寸的最大和尺寸的最大載載荷。荷。-屈服屈服階階段段(pe):若若載載荷超荷超過(guò)過(guò)Fp時(shí)時(shí)，試樣開(kāi)試樣開(kāi)始出始出現(xiàn)現(xiàn)微量的塑性微量的塑性變變形，形，則則卸除卸除載載荷后荷后試樣試樣的的變變形不能完全消失，即形不能完全消失

8、，即試樣試樣的形的形狀狀和尺寸不能恢和尺寸不能恢復(fù)復(fù)原原狀狀。當(dāng)載當(dāng)載荷荷達(dá)達(dá)到到Fe時(shí)時(shí)，試樣開(kāi)試樣開(kāi)始始發(fā)發(fā)生明生明顯顯的塑性的塑性變變形。形。-強(qiáng)化強(qiáng)化階階段段(em):當(dāng)載當(dāng)載荷超荷超過(guò)過(guò)Fe后，材料后，材料開(kāi)開(kāi)始出始出現(xiàn)現(xiàn)明明顯顯的塑性的塑性變變形，同形，同時(shí)時(shí)欲使欲使試樣繼續(xù)試樣繼續(xù)伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)，載載荷也必荷也必須須不不斷斷增加增加，即，即隨隨著塑性著塑性變變形量的增加，形量的增加，試樣變?cè)嚇幼冃慰沽σ仓鹦慰沽σ仓饾u漸增加，增加，這種現(xiàn)這種現(xiàn)象象稱為稱為形形變變強(qiáng)化。強(qiáng)化。Fm為試樣為試樣拉拉斷斷前所能承受前所能承受的最大的最大載載荷。荷。-頸縮階頸縮階段段(mz):當(dāng)載當(dāng)載荷增加到最

9、大荷增加到最大值值Fm時(shí)時(shí)，試樣開(kāi)試樣開(kāi)始局部截面始局部截面積縮積縮小，出小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，象，變變形主要集中在形主要集中在頸縮頸縮部位部位。HYUNDAInd. Co., Ltd.7/321.1.2塑性定定義義：塑性是指金：塑性是指金屬屬材料在外力作用下材料在外力作用下產(chǎn)產(chǎn)生塑性生塑性變變形而不形而不斷斷裂的能力。塑性表示了金裂的能力。塑性表示了金屬屬材料在材料在斷斷裂前裂前產(chǎn)產(chǎn)生塑性生塑性變變形的能力的大小。金形的能力的大小。金屬屬材料的塑性也是通材料的塑性也是通過(guò)過(guò)拉伸拉伸試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)測(cè)定的，衡量指定的，衡量指標(biāo)標(biāo)有有斷斷后伸后伸長(zhǎng)長(zhǎng)率和率和斷斷面收面收縮縮率率兩種兩種。材料具材料

10、具備備一定的塑性才能一定的塑性才能進(jìn)進(jìn)行各行各種種成型加工，如冷沖成型加工，如冷沖壓壓、鍛鍛造、造、軋軋制等。制等。鋼鋼的塑性的塑性較較好，能通好，能通過(guò)鍛過(guò)鍛造成型。造成型。鑄鑄鐵鐵的的斷斷后伸后伸長(zhǎng)長(zhǎng)率幾乎率幾乎為為零，塑性很差，所以不能零，塑性很差，所以不能進(jìn)進(jìn)行塑性行塑性變變形加工。另外，具有一定塑性的零件，偶爾形加工。另外，具有一定塑性的零件，偶爾過(guò)過(guò)載載也能由于也能由于發(fā)發(fā)生一定量的塑性生一定量的塑性變變形而不致立即形而不致立即斷斷裂，在一定程度上保裂，在一定程度上保證證了零件的工作安全性，因此了零件的工作安全性，因此對(duì)對(duì)于重于重要的要的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)零件要求必零件要求必須須具具備備一定

11、的塑性。塑性一定的塑性。塑性并并不是越大越好，一般不是越大越好，一般來(lái)說(shuō)來(lái)說(shuō)，各，各種種零件零件對(duì)對(duì)塑性的要求有一定塑性的要求有一定的限度。的限度。鋼鋼材的塑性材的塑性過(guò)過(guò)大，一般其強(qiáng)度大，一般其強(qiáng)度會(huì)會(huì)降低，降低，這這不但不但會(huì)會(huì)降低降低鋼鋼制零件的使用制零件的使用壽壽命，而且命，而且會(huì)會(huì)加大零件的自加大零件的自身重量，浪身重量，浪費(fèi)費(fèi)材料。材料。定定義義：硬度是指金：硬度是指金屬屬材料抵抗其他更硬物體材料抵抗其他更硬物體壓壓入其表面的能力，是衡量金入其表面的能力，是衡量金屬屬材料材料軟軟硬程度的指硬程度的指標(biāo)標(biāo)。（1）布氏硬度）布氏硬度(BH) （2）洛氏硬度）洛氏硬度 (HR) （3）維

12、維氏硬度氏硬度(HV)1.1.3硬度HYUNDAInd. Co., Ltd.8/321.1.4沖擊韌性定定義義：金：金屬屬材料抵抗沖材料抵抗沖擊載擊載荷作用而不被破壞的能力成荷作用而不被破壞的能力成為為沖沖擊韌擊韌性。衡量指性。衡量指標(biāo)標(biāo)是沖是沖擊擊吸收功吸收功AkHYUNDAInd. Co., Ltd.9/321.1.5疲勞強(qiáng)度1）疲）疲勞現(xiàn)勞現(xiàn)象：象：實(shí)際實(shí)際生生產(chǎn)產(chǎn)中有中有許許多機(jī)器零件，如多機(jī)器零件，如齒輪齒輪、彈彈簧、衢州等，都是在交簧、衢州等，都是在交變載變載荷下工作的。承受交荷下工作的。承受交變載變載荷的零件，在工作荷的零件，在工作應(yīng)應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度力低于其屈服強(qiáng)度時(shí)時(shí)，經(jīng)過(guò)較

13、長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作也的工作也會(huì)發(fā)會(huì)發(fā)生突然生突然斷斷裂，裂，這種現(xiàn)這種現(xiàn)象象稱為稱為疲疲勞勞。疲疲勞斷勞斷裂是在裂是在實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)無(wú)明無(wú)明顯顯塑性塑性變變形的情形的情況況下突然下突然發(fā)發(fā)生的，故其具有很大的危生的，故其具有很大的危險(xiǎn)險(xiǎn)性。性。2）疲）疲勞勞強(qiáng)度強(qiáng)度 金金屬屬材料在無(wú)材料在無(wú)數(shù)數(shù)次交次交變載變載荷的作用下而不荷的作用下而不發(fā)發(fā)生生斷斷裂的最大裂的最大應(yīng)應(yīng)力，力，稱為稱為疲疲勞勞強(qiáng)度，用強(qiáng)度，用-1表示。疲表示。疲勞勞強(qiáng)度的強(qiáng)度的數(shù)值數(shù)值 越大，材料抵抗疲越大，材料抵抗疲勞勞破壞的能力越強(qiáng)。破壞的能力越強(qiáng)。3）提高疲）提高疲勞勞強(qiáng)度的措施強(qiáng)度的措施 疲疲勞斷勞斷裂是在零件裂是在零

14、件應(yīng)應(yīng)力集中的局部力集中的局部區(qū)區(qū)域域發(fā)發(fā)生的，疲生的，疲勞斷勞斷裂的宏裂的宏觀斷觀斷口都有一口都有一個(gè)個(gè)疲疲勞勞裂裂紋紋的策源地和裂的策源地和裂紋擴(kuò)紋擴(kuò)展展區(qū)區(qū)。 因此疲因此疲勞勞強(qiáng)度除了強(qiáng)度除了與與材料的材料的屬屬性有性有關(guān)關(guān)外，零件表面外，零件表面狀態(tài)狀態(tài)和和內(nèi)內(nèi)部缺陷部缺陷對(duì)對(duì)疲疲勞勞強(qiáng)度的影強(qiáng)度的影響響也很大，如表面擦也很大，如表面擦傷傷(刀痕、打刀痕、打記號(hào)記號(hào)、磨、磨裂等裂等)、表面粗糙度、加工、表面粗糙度、加工紋紋路、腐路、腐蝕蝕、內(nèi)內(nèi)部裂部裂紋與夾雜紋與夾雜等。表面很小的等。表面很小的傷傷痕都痕都會(huì)會(huì)造成尖造成尖銳銳的缺口，的缺口，產(chǎn)產(chǎn)生盈利集中使生盈利集中使-1大大大大下降

15、。零件的疲下降。零件的疲勞勞強(qiáng)度除了強(qiáng)度除了與與材料材料屬屬性有性有關(guān)關(guān)之外，之外，還還可以采取下列措施可以采取下列措施來(lái)來(lái)加以提高：改善零件的加以提高：改善零件的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式，避免尖角、缺形式，避免尖角、缺口、截面突口、截面突變變等，以避免等，以避免應(yīng)應(yīng)力集中一起疲力集中一起疲勞勞裂裂紋紋；采用化；采用化學(xué)熱處學(xué)熱處理、表面淬火、理、表面淬火、噴噴丸和丸和滾壓滾壓等表面強(qiáng)化等表面強(qiáng)化處處理，提高其表面理，提高其表面強(qiáng)度；降低零件表面粗糙度，提高表面加工強(qiáng)度；降低零件表面粗糙度，提高表面加工質(zhì)質(zhì)量，量，盡盡可能可能減減少可能成少可能成為為疲疲勞勞源的表面源的表面損傷損傷和缺陷等一系列措施均可提

16、高零和缺陷等一系列措施均可提高零件的疲件的疲勞勞強(qiáng)度。強(qiáng)度。HYUNDAInd. Co., Ltd.10/321.21.2金金屬屬材料的工材料的工藝藝性能性能 金金屬屬材料的工材料的工藝藝性能是指在制造機(jī)械零件和工具的性能是指在制造機(jī)械零件和工具的過(guò)過(guò)程中，金程中，金屬屬材料適材料適應(yīng)應(yīng)各各種種加工方法的性能。工加工方法的性能。工藝藝性能性能標(biāo)標(biāo)志著金志著金屬屬材料制成成品的材料制成成品的難難易程度，直接影易程度，直接影響響到工件加工的到工件加工的質(zhì)質(zhì)量、生量、生產(chǎn)產(chǎn)效率和加工成本。工效率和加工成本。工藝藝性能主要性能主要包括包括鑄鑄造性能、造性能、鍛鍛造性能、造性能、焊焊接性能、接性能、熱處

17、熱處理性能以及切削加工性能等。理性能以及切削加工性能等。1.2.1鑄鑄造性能造性能鑄鑄造是指造是指將將熔化后的金熔化后的金屬屬液液澆澆入入鑄鑄模中，待凝固、冷卻后模中，待凝固、冷卻后獲獲得所需形得所需形狀狀和性能的零件的成型方法。和性能的零件的成型方法。鑄鑄造是造是獲獲得得零件毛坯的主要方法之一。零件毛坯的主要方法之一。鑄鑄造性能是指金造性能是指金屬屬的的鑄鑄造成形造成形過(guò)過(guò)程中程中獲獲得得優(yōu)質(zhì)鑄優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。件的能力。鑄鑄造性能通常用金造性能通常用金屬屬液的流液的流動(dòng)動(dòng)性、收性、收縮縮性等表示。金性等表示。金屬屬的流的流動(dòng)動(dòng)性越好，收性越好，收縮縮率越小，率越小，則則表明表明鑄鑄造性能越好

18、。造性能越好。1.2.2鍛鍛造性能造性能鍛鍛造是指利用沖造是指利用沖擊擊力或力或壓壓力使金力使金屬產(chǎn)屬產(chǎn)生生變變形的加工方法。形的加工方法。鍛鍛造性能是指金造性能是指金屬屬材料材料鍛鍛造造時(shí)會(huì)時(shí)會(huì)改改變變形形狀狀而不而不產(chǎn)產(chǎn)生裂生裂紋紋的性能。的性能。鍛鍛造性能好，表面金造性能好，表面金屬屬易于易于鍛鍛造成形。造成形。鍛鍛造性能造性能與與金金屬屬的塑性和的塑性和變變性抗力有性抗力有關(guān)關(guān)，金，金屬屬的塑性越的塑性越好，好，變變性抗力越小，性抗力越小，則鍛則鍛造性能越好。造性能越好。黃銅黃銅和和鋁鋁合金在室合金在室溫狀態(tài)溫狀態(tài)下就有良好的下就有良好的鍛鍛造性能；造性能；鋼鋼在加在加熱狀態(tài)熱狀態(tài)下下

19、鍛鍛造性能造性能較較好，低好，低碳鋼碳鋼的的鍛鍛造性能比中造性能比中碳鋼碳鋼、高、高碳鋼碳鋼，非合金，非合金鋼鋼比相同含比相同含碳碳量的合金量的合金鋼鋼好；好；鑄銅鑄銅、鑄鋁鑄鋁和和鑄鐵則鑄鐵則不能不能進(jìn)進(jìn)行行鍛鍛造。造。1.2.3焊焊接性能接性能焊焊接性能是指在接性能是指在兩塊兩塊分離的金分離的金屬屬之之間間通通過(guò)過(guò)加加熱熱或加或加壓壓，使其牢固地，使其牢固地結(jié)結(jié)合成一合成一個(gè)個(gè)整體的加工方法。整體的加工方法。焊焊接性能是指接性能是指材料在限定的加工材料在限定的加工條條件下，通件下，通過(guò)焊過(guò)焊接方法接方法獲獲得得復(fù)復(fù)合合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求的要求的焊焊接接接接頭頭的性能。的性能。焊焊接性一般根據(jù)接性

20、一般根據(jù)焊焊接接時(shí)產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的裂生的裂紋紋敏感性和敏感性和焊縫區(qū)焊縫區(qū)力力學(xué)學(xué)性能的性能的變變化化來(lái)來(lái)判判斷斷。如低。如低碳鋼碳鋼和低和低碳碳合金合金鋼焊鋼焊接性能良好，其接性能良好，其焊焊接接質(zhì)質(zhì)量容易量容易保保證證，焊焊接工接工藝簡(jiǎn)單藝簡(jiǎn)單；高；高碳鋼碳鋼和高合金和高合金鋼焊鋼焊接性能接性能較較差，差，焊焊接接時(shí)時(shí)需要采用需要采用預(yù)熱預(yù)熱或或氣氣體保體保護(hù)焊護(hù)焊等，等，焊焊接工接工藝藝復(fù)雜復(fù)雜。1.2.4熱處熱處理性能理性能熱處熱處理是通理是通過(guò)對(duì)過(guò)對(duì)固固態(tài)態(tài)下的材料下的材料進(jìn)進(jìn)行加行加熱熱、保、保溫溫、冷卻，、冷卻，從從而而獲獲得所需要的得所需要的組織組織和性能的工和性能的工藝藝。鋼鋼的的

21、熱處熱處理性能理性能包括淬透性、晶粒包括淬透性、晶粒長(zhǎng)長(zhǎng)大大傾傾向、回火向、回火穩(wěn)穩(wěn)定性、定性、變變形形與開(kāi)與開(kāi)裂裂傾傾向等。向等。1.2.5切削加工性能切削加工性能切削加工性能是金切削加工性能是金屬屬材料切削加工的材料切削加工的難難以程度。切削加工性能的好壞，直接影以程度。切削加工性能的好壞，直接影響響零件的表面零件的表面質(zhì)質(zhì)量、刀具的量、刀具的壽壽命命、切削加工成本等。切削、切削加工成本等。切削HYUNDAInd. Co., Ltd.11/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇模具的應(yīng)用：模具的應(yīng)用： 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，諸多產(chǎn)品零件廣泛采用各種先進(jìn)的金屬隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)

22、展，諸多產(chǎn)品零件廣泛采用各種先進(jìn)的金屬無(wú)切削、少切削加工新工藝生產(chǎn)，如精密鍛造、精密鑄造、精密沖壓、恒無(wú)切削、少切削加工新工藝生產(chǎn)，如精密鍛造、精密鑄造、精密沖壓、恒溫超塑性成形等加工新技術(shù)。這些先進(jìn)的加工技術(shù)是離不開(kāi)與產(chǎn)品相適應(yīng)溫超塑性成形等加工新技術(shù)。這些先進(jìn)的加工技術(shù)是離不開(kāi)與產(chǎn)品相適應(yīng)的模具的。模具加工有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、解決能的模具的。模具加工有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、解決能源、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，模具在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中日益廣泛得到應(yīng)源、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，模具在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中日益廣泛得到應(yīng)用。用。 模具的質(zhì)量和性能好壞、壽命的長(zhǎng)短，直接關(guān)

23、系到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和模具的質(zhì)量和性能好壞、壽命的長(zhǎng)短，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和經(jīng)濟(jì)效益。模具材料及熱處理以及表面強(qiáng)化工藝是影響模具質(zhì)量、性能及經(jīng)濟(jì)效益。模具材料及熱處理以及表面強(qiáng)化工藝是影響模具質(zhì)量、性能及使用壽命諸多因素中的主要因素。為了提高模具的質(zhì)量和使用壽命，降低使用壽命諸多因素中的主要因素。為了提高模具的質(zhì)量和使用壽命，降低成本，增加效益，就要求合理選用模具材料，正確選擇熱處理及表面強(qiáng)化成本，增加效益，就要求合理選用模具材料，正確選擇熱處理及表面強(qiáng)化工藝，大力推廣應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)。工藝，大力推廣應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)。 HYUNDAInd. Co., Ltd.12/

24、322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇2.1.1模具的分模具的分類類：1）按模具結(jié)構(gòu)形式分類：沖模中的單工序模(COVER MODULE)、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模等(CORE PLATE)；塑料成型模具中的壓縮模、注塑模(PLATE等)、擠出模(HOSE FEED).2）按模具使用對(duì)象分類：如電工模具、汽車模具、電視機(jī)模具等。3）按模具材料分類：如鋼模、鑄鐵模、硬質(zhì)合金模等。4）按工藝性質(zhì)分類：沖孔模、落料模、拉伸模、彎曲模、塑料成型模、吸塑模、吹塑模5）按模具服役條件分類：冷作模具、熱作模具、塑料模具、玻璃模具、陶瓷模具。6）按模具成型加工工藝性質(zhì)和使用對(duì)象為主的綜合分類：金屬板材成型模具、費(fèi)金屬

25、材料制品成型模具、金屬體積成型模具、簡(jiǎn)易模具（通用模具與經(jīng)濟(jì)模具）等2.1模具及模具材料的分類：模具及模具材料的分類：HYUNDAInd. Co., Ltd.13/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇2.1.2模具材料的分模具材料的分類類： 制造模具的材料一般可分制造模具的材料一般可分為鋼鐵為鋼鐵材料、非材料、非鐵鐵金金屬屬及其合金材料和及其合金材料和費(fèi)費(fèi)金金屬屬材料三大材料三大類類。應(yīng)應(yīng)用最多的是用最多的是鋼鐵鋼鐵材料，其中主要的又是模具材料，其中主要的又是模具鋼鋼。根據(jù)模具。根據(jù)模具的服役的服役條條件，通常件，通常將將模具模具鋼鋼分分為為以下四以下四種類種類型。型。1）冷作模具鋼：目前

26、我國(guó)研制和應(yīng)用過(guò)的冷作模具鋼多達(dá)40多種。按鋼的化學(xué)成分、工藝性能極其承載能力，冷作模具鋼又可分為10類。2）熱作模具鋼：低耐熱高韌性熱作模具鋼、中耐熱韌性熱作模具鋼 高耐熱行熱作模具鋼、特殊用途熱作模具鋼。3）塑料模具鋼：碳素塑料模具鋼、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼。4）其他模具材料：玻璃模具及陶瓷模具所用的材料。2.1模具及模具材料的分類：模具及模具材料的分類：HYUNDAInd. Co., Ltd.14/32Text分分類類CHD實(shí)實(shí)例例圖圖例例冷作模具單工序繼進(jìn)模具沖裁模(blanking die;punching die )使板材分離，

27、得到所需形狀和尺寸的平片毛坯或制件的沖模。 1.COVER MODULE2.PLATE(STEEL)3.CONTACT PLATE4.CORE PLATE5.CLIP(P/REG)彎曲模（bending die ）將毛坯或半成品制件彎曲成一定形狀的沖模。 冷擠壓模extrusion die使金屬擠壓成形的模具 冷鐓模cold heading die 在冷鐓機(jī)上使坯料切斷、預(yù)成形、成形為冷成形件的模具 2.1.2.1.2.1.2.1.冷作模具冷作模具冷作模具鋼的性能要求：冷作模具是在常溫下對(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失效形式主要是磨損、脆斷、彎曲、咬合、啃傷、塌陷、軟化等。H

28、YUNDAInd. Co., Ltd.15/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇2.1.2使用性能要求：使用性能要求： 冷作模具在使用中受到冷作模具在使用中受到較較高的高的壓縮壓縮、拉伸、拉伸、彎彎曲、沖曲、沖擊擊、摩擦等機(jī)械力、摩擦等機(jī)械力的作用。因此，的作用。因此，對(duì)對(duì)冷作模具冷作模具鋼鋼的使用性能要求有以下要求：的使用性能要求有以下要求：1）具有高的耐磨性.硬度5262HRC；模具熱處理后的組織為：細(xì)小針狀回火馬氏體(或下貝氏體)和分布均勻、細(xì)小的粒狀碳化物。2）具有高的強(qiáng)度：被加工材料的變形抗力較大，使模具受到強(qiáng)烈的擠壓、彎曲、剪切和摩擦力的綜合作用，所以應(yīng)具有高的強(qiáng)度。3）具有足

29、夠的韌性。模具材料的韌性要根據(jù)模具的工作條件來(lái)決定，如沖厚板冷沖模，在工作時(shí)要承受較大的沖擊載荷，故應(yīng)選擇高韌性的冷作模具鋼；而沖薄板的冷沖模，通常受到的是小能量多次沖擊載荷的作用，模具常見(jiàn)的失效形式是疲勞斷裂，因此，韌性不比要求過(guò)高，可選擇強(qiáng)度和韌性配合較好的冷作模具鋼。4）具有較強(qiáng)的抗咬合性。咬合是指金屬材料在拉伸受力流動(dòng)成形的過(guò)程中，潤(rùn)滑油膜在高壓摩擦下被破壞，此時(shí)被拉伸件金屬”冷焊”在模具型腔表面出現(xiàn)金屬瘤的現(xiàn)象，繼續(xù)拉伸將增加成形工件的表面粗糙度值或出現(xiàn)劃痕，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法繼續(xù)工作。影響咬合性的主要因素是成形材料的性質(zhì)，鎳基合金、奧氏體不銹鋼等有較強(qiáng)的咬合傾向。模具工作表面進(jìn)行氮化或鍍硬

30、鉻并拋光，可有效提高拉伸模具的抗咬合性。HYUNDAInd. Co., Ltd.16/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇5）具有較高的疲勞抗力。冷作模具通常是在交變載荷作用下發(fā)生疲勞破壞的，因此冷作模具需要有較高的疲勞抗力。導(dǎo)致模具疲勞失效的因素有：模具表面有粗糙、有微笑刀痕，模具表面脫碳、鋼中有帶狀和網(wǎng)狀碳化物、晶體粗大等。2.工藝性能要求1）良好的可鍛性。鍛造不僅能減少模具材料的切削加工余量，節(jié)約鋼材，而且能改善鋼的組織狀態(tài)機(jī)減少鋼的內(nèi)部缺陷。為了獲得良好的鍛造質(zhì)量，模具材料應(yīng)具備熱鍛變形抗力小、鍛造溫度范圍寬、塑性好，鍛裂、冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物的傾向小的優(yōu)點(diǎn)。2）良好的可切削加工性

31、。3）良好的可磨削加工。通常為保證模具具有較小的表面粗糙度值和較高的尺寸精度，模具都需經(jīng)磨削加工。4）良好的熱處理工藝性。冷作模具一般都需要經(jīng)過(guò)淬火回火處理，因此模具材料應(yīng)具有良好的熱處理工藝性，主要包括淬透性、淬硬性、回火穩(wěn)定性、過(guò)熱敏感性、氧化脫碳敏感性、淬火變形和開(kāi)裂傾向等。HYUNDAInd. Co., Ltd.17/32冷作模具冷作模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理冷作模具冷作模具鋼鋼的主要性能要求：的主要性能要求：高變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、抗黏著性能常用材料常用材料包括：包括：碳碳素工具素工具鋼鋼，T10A，T12A低合金低合金鋼鋼，9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr

32、15高合金高合金鋼鋼，Cr12、Cr12MoV合金合金鋼鋼主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：含C量高、含較多合金元素、合金元素降低鋼的馬氏體相變點(diǎn)Ms冷作模具冷作模具主要用于金屬或非金屬材料的沖裁、拉伸、彎曲等工序。工作零件承受拉壓、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等多種機(jī)械力作用。主要失效形式主要失效形式：斷裂、堆塌、磨損、黏著（咬合）、啃傷、軟化等冷作模具鋼冷作模具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。 冷作模具鋼熱處理特點(diǎn)：冷作模具鋼熱處理特點(diǎn)：加熱方式(預(yù)熱或階梯式升溫）、加熱介質(zhì)（采用控制氣氛爐、真空爐）、冷卻方式（較緩和的冷卻方式以減少變形）、表面處理（深冷處理、滲氮）、工序

33、間防護(hù)（及時(shí)清理）碳素工具鋼的熱處理：用于要求不太高的小型簡(jiǎn)單冷作模具工作零件，（T8A,T10A)，T10A應(yīng)用最普遍，強(qiáng)度和韌性較高。碳素工具鋼淬透性差，常規(guī)淬火后淬硬層1.53.0mm。低合金鋼的熱處理：俗稱油淬鋼，這類鋼一般淬火溫度較低，在油中冷卻，變形小，尺寸穩(wěn)定性好。主要有：鉻鎢錳鋼(CrWMn，9CrWMn)，錳釩鋼(9Mn2V)，高碳鉻鋼（Cr2），鉻硅鋼(9SiCr)高合金鋼的熱處理高合金鋼的熱處理：主要是高鉻高碳鋼，淬透性極高，具有微變形性，也叫微變形鋼，是高級(jí)冷作鋼。 代表鋼號(hào)Cr12，Cr12MoV，Cr12W，Cr5MoV等火焰淬火冷作模具鋼火焰淬火冷作模具鋼的熱處理

34、：為簡(jiǎn)化大型、特大型冷作模具的生產(chǎn)過(guò)程而專門(mén)研制的，其熱處理特點(diǎn)是：淬火溫度范圍很寬（880-1150），適合手工操作；淬透性很高，空冷后表面硬度高，芯部性能也好；淬火變形傾向性小。應(yīng)用較普遍的是：7CrSiMnMoVHYUNDAInd. Co., Ltd.18/32HYUNDAInd. Co., Ltd.19/32（日立金屬HITACHI） SKD11 (56.00元/公斤 )是一種耐磨性能較佳的通用冷作模具鋼.有著良好的淬火性,并且淬火變形量小。用用 途途:此鋼易于車削,并宜制鋒利刀口,剪刀,圓鋸,冷或熱作修整模,滾簡(jiǎn)邊,螺絲紋,線模,銑刀,沖壓模,圓形滾邊,制電力變壓器心沖模,切割鋼皮軋

35、刀,鋼管成型滾簡(jiǎn),首筋匠滾簡(jiǎn),特殊成型滾簡(jiǎn),精密規(guī),形狀繁雜之冷壓工具,治金,錫作模,塑膠模,螺釘打頭模等. 冷作模具冷作模具鋼與熱鋼與熱作模具作模具鋼鋼的的區(qū)別區(qū)別：冷作模具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。 熱作模具鋼對(duì)硬度要求適當(dāng)，側(cè)重于紅硬性，導(dǎo)熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。 HYUNDAInd. Co., Ltd.20/32Text2.1.2.1.2.1.2.1.熱熱作模具作模具熱作模具鋼的性能要求：熱作模具處在反復(fù)受急熱急冷的情況下，同事承受著較大的復(fù)雜應(yīng)力，以及模具型腔與塑性變形的熾熱金屬之間還存在著相

36、互摩擦力，從而致使模具型腔產(chǎn)生熱疲勞裂紋及磨損，精度降低，壽命縮短。分類實(shí)例圖圖例例熱作模具熱鍛模(forging die )鍛造師利用鍛壓設(shè)備,通過(guò)工具或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形,從而獲得具有一定形狀,尺寸和內(nèi)部組織的工件的一種壓力加工方法。 （熱，溫，冷）熱：提高金屬塑性,降低變形抗力,使之易于流動(dòng)成形并獲得良好的鍛后組織。1.COVER-RAW2.BODY-RAW壓鑄模(Diecasting)壓鑄是一種利用高壓強(qiáng)制將金屬熔液壓入形狀復(fù)雜的金屬模內(nèi)的一種精密鑄造法。這些材料的抗拉強(qiáng)度，比普通鑄造合金高近一倍，對(duì)于鋁合金汽車輪轂、車架等希望用更高強(qiáng)度耐沖擊材料生產(chǎn)的部件 橡膠模具HYUND

37、AInd. Co., Ltd.21/32熱熱作模具作模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理熱熱作模具主要有鍛模、作模具主要有鍛模、熱擠壓熱擠壓模、模、壓鑄壓鑄模等模等主要失效形式：主要失效形式：斷裂（開(kāi)裂或機(jī)械疲勞裂紋）、塑性變形或型腔堆塌、熱疲勞、熱磨損和熱熔損.熱熱作模具作模具鋼鋼的主要特點(diǎn)：的主要特點(diǎn)：除良好的工藝性能外，還要求在不同溫度下具有高的強(qiáng)度、韌性、硬度、熱穩(wěn)定性。一般含C量較低，多元合金化（含Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等）較較高高韌韌性性熱熱作模具作模具鋼鋼：用于制造受沖擊載荷較大的熱作模具工作零件。典型典型鋼號(hào)鋼號(hào)：5CrNiMo和5CrMnMo。HYUNDAInd. Co

38、., Ltd.22/32熱熱作模具作模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理高高熱熱強(qiáng)性強(qiáng)性熱熱作模具作模具鋼鋼：主要制作主要制作壓鑄壓鑄模、機(jī)模、機(jī)鍛鍛模的工作零件。要模的工作零件。要求有求有較較高的高的熱熱強(qiáng)性、強(qiáng)性、熱熱疲疲勞勞性、性、熱熱熔熔損損、回火抗力、回火抗力、熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性。一般定性。一般含含較較多多Cr、W、Si、Mo、V等合金元素。代表等合金元素。代表鋼號(hào)鋼號(hào)有：有： 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(國(guó)國(guó)外牌外牌號(hào)號(hào)H13)、4Cr3Mo3SiV高耐磨性高耐磨性熱熱作模具作模具鋼鋼：具有具有紅紅硬性和良好的硬性和良好的熱熱磨磨損損性，有性，有較較高的高的高高溫溫強(qiáng)度、高強(qiáng)度、

39、高溫韌溫韌性和性和熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性。代表定性。代表鋼號(hào)鋼號(hào)：3Cr2W8V，含含W量高量高。淬火。淬火溫溫度高：度高：1100-1150 ，為減為減少少變變形，要形，要緩緩慢升慢升溫溫，對(duì)復(fù)雜對(duì)復(fù)雜、大型件大型件應(yīng)預(yù)熱應(yīng)預(yù)熱HYUNDAInd. Co., Ltd.23/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇2.1.2使用性能要求：使用性能要求：1）具有足夠的硬度和高的熱硬性、高溫耐磨性及良好的韌性。硬度4250HRC；熱硬性是指模具材料在一定溫度下保持硬度、組織穩(wěn)定性及抗軟化性的能力。對(duì)于熱作模具來(lái)說(shuō)，熱硬性是其重要的性能指標(biāo)。同時(shí)，高的高溫硬度也是高溫耐磨性的重要保證，如果模具鋼不具備高的強(qiáng)度

40、和良好的沖擊韌性，模具在使用中就容易開(kāi)裂而失效。2）具有高的熱疲勞強(qiáng)度。模具工作時(shí)反復(fù)受到急熱急冷的作用，其型腔表面就會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋(龜裂)，這種現(xiàn)象稱為熱疲勞，這是熱作模具失效的主要原因之一。3）具有良好的導(dǎo)熱性。為了降低模具的表面溫度，減小其內(nèi)外部的溫差，要求模具鋼具有良好的導(dǎo)熱性，以避免力學(xué)性能下降，模具的型腔尺寸密度降低。HYUNDAInd. Co., Ltd.24/322.2.模具材料的模具材料的選擇選擇2.工藝性能要求1）具有良好的可加工行。為了降低模具的制造成本，提高模具的加工質(zhì)量，模具應(yīng)具有良好的冷加工和熱加工性（如可鍛性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等）。2）具有高的淬透

41、性和回火穩(wěn)定性。熱作模具的幾何尺寸一般都較大，尤其是急用熱鍛模，為保證模具整個(gè)截?cái)嗝娅@得均勻一致的力學(xué)性能，尤其是韌性，則要求模具鋼具有高的淬透性。另外，為保證模具的高溫強(qiáng)度和高溫硬度不降低，要求熱作模具鋼具有高的回火穩(wěn)定性。3）具有較高的抗氧化性和抗腐蝕能力。尤其是受熱較高的壓鑄模，不僅要具有良好的抗氧化性能，還要具有抵抗液態(tài)金屬對(duì)模具型腔沖刷和腐蝕的能力，以確保模具的尺寸精度和使用壽命。HYUNDAInd. Co., Ltd.25/32Text2.1.2.1.2.1.2.1.塑料模具塑料模具塑料模具鋼的性能要求： 通常塑料制品成形是由塑料在模具模腔中經(jīng)過(guò)流動(dòng)、保壓和冷卻三個(gè)主要階段完成的。

42、在塑料制品成形過(guò)程中，模具在承受各種應(yīng)力(如鎖模力、注塑力、壓塑力以及熱應(yīng)力等)的作用下，會(huì)產(chǎn)生變形和疲勞。分類實(shí)例圖圖例例塑料模具塑料注塑模具塑料首先在注塑機(jī)加熱料筒內(nèi)受熱熔融，然后再注塑機(jī)的螺桿或柱塞推動(dòng)下，經(jīng)注塑機(jī)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔，塑料冷卻硬化成型，脫模得到產(chǎn)品。 1.PLATE2.CUP3.BRACKET4.CAP塑料壓塑模具 (包括壓縮成型和壓注成型兩種結(jié)構(gòu)模具類型 )它們是主要用來(lái)成型熱固性塑料的一類模具，其所對(duì)應(yīng)的設(shè)備是壓力成型機(jī)。壓縮成型方法根據(jù)塑料特性，將模具加熱至成型溫度（一般在103108），然后將計(jì)量好的壓塑粉放入模具型腔和加料室，閉合模具，塑料在高熱，

43、高壓作用下呈軟化粘流，經(jīng)一定時(shí)間后固化定型，成為所需制品形狀。 1.BRUSH2.BEARING C/P&U/B塑料擠出模具用來(lái)成型生產(chǎn)連續(xù)形狀的塑料產(chǎn)品的一類模具，又叫擠出成型機(jī)頭，廣泛用于管材、棒材、單絲、板材、薄膜、電線電纜包覆層、異型材等的加工。與其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備是塑料擠出機(jī)，其原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機(jī)的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓條件下熔融，塑化，通過(guò)特定形狀的口模而制成截面與口模形狀相同的連續(xù)塑料制品。1.05L-CAP塑料吹塑模具是用來(lái)成型塑料容器類中空制品（如飲料瓶、日化用品等各種包裝容器）的一種模具，吹塑成型的形式按工藝原理主要有擠出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工藝原理主要有擠

44、出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗稱“注拉吹”），多層吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。HYUNDAInd. Co., Ltd.26/32塑料模具塑料模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理塑料模具塑料模具鋼鋼的主要特點(diǎn)：的主要特點(diǎn)：范范圍圍廣：廣：從從普通普通鋼鋼到到專專用用鋼鋼。專專用用鋼鋼已自成體系，已自成體系，鋼鋼號(hào)號(hào)前加前加SM性能要求性能要求嚴(yán)嚴(yán)格，格，熱處熱處理理難難度大，要求可拋光性和度大，要求可拋光性和鏡鏡面面質(zhì)質(zhì)量量避免避免變變形形耐腐耐腐蝕蝕易切削性易切削性HYUNDAInd. Co., Ltd.27/32塑料模具塑料模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理各各種鋼種鋼型

45、的型的熱處熱處理理預(yù)預(yù)硬化型塑料模具硬化型塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理易切削易切削預(yù)預(yù)硬化型塑料模具硬化型塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理非合金中非合金中碳碳塑料模具塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理滲滲C型塑料模具型塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理耐腐耐腐蝕蝕型塑料模具型塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理時(shí)時(shí)效硬化塑料模具效硬化塑料模具鋼鋼的的熱處熱處理理HYUNDAInd. Co., Ltd.28/32塑料塑料模具模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理預(yù)預(yù)硬化硬化鋼鋼泛指泛指鋼廠鋼廠已已進(jìn)進(jìn)行最行最終熱處終熱處理（淬火回火）的理（淬火回火）的鋼鋼材。材。典型典型預(yù)預(yù)硬化塑料模具硬化塑料模具鋼為鋼為：SM3Cr2Mo.其

46、其熱處熱處理工理工藝藝為為：840-880淬火，油冷，淬火，油冷，600-650600-650回火，空冷回火，空冷，供，供應(yīng)應(yīng)硬度硬度32HRC32HRC。對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的美的美國(guó)鋼國(guó)鋼材材為為P20，德，德國(guó)鋼國(guó)鋼40CrMnMo7，日本，日本HPM2。P20鋼鋼滲后滲后熱處熱處理工理工藝為藝為： 820-870淬火淬火, , 150-260回火，空冷，滲回火，空冷，滲層層硬度硬度達(dá)達(dá)58-64HRC58-64HRC。德德國(guó)鋼國(guó)鋼40CrMnMo7淬透性比淬透性比SM3Cr2Mo好，加工性、好，加工性、拋光性更好。拋光性更好。HYUNDAInd. Co., Ltd.29/32塑料塑料模具模具鋼鋼及其及其熱處熱處理理易切削易切削預(yù)預(yù)硬化硬化鋼鋼在保在保證證原有性能前提下，添加一原有性能前提下，添加一種種或或幾幾種種易切削合金元素。易切削合金元素。典型材料有：典型材料有：8CrMnW