模具材料及表面處理技術(shù)

1、模具材料及表面處理技術(shù)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械制造教研室2006年11月目 錄 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc152385148 實(shí)驗(yàn)一 冷作模具材料選用實(shí)訓(xùn) PAGEREF _Toc152385148 h 1 HYPERLINK l _Toc152385149 實(shí)驗(yàn)二 熱作模具材料選用實(shí)訓(xùn) PAGEREF _Toc152385149 h 5 HYPERLINK l _Toc152385150 實(shí)驗(yàn)三 塑料模具材料選用實(shí)訓(xùn) PAGEREF _Toc152385150 h 9 PAGE 12實(shí)驗(yàn)一 冷作模具材料選用實(shí)訓(xùn)一、

2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?正確分析模具使用條件，合理選用適當(dāng)?shù)哪＞卟牧稀?掌握常用冷沖壓模具鋼的熱處理工藝。 二、實(shí)驗(yàn)原理1模具材料的選用 模具材料對(duì)模具的正常使用、模具使用壽命和模具成本的影響很大。選材時(shí)應(yīng)綜合考慮模具的種類、產(chǎn)品的批量、制件材料和制件復(fù)雜程度等因素。而對(duì)于模具材料本身，則要考慮它的力學(xué)性能、耐磨性、耐熱性、熱變形、淬透性、機(jī)械加工性、價(jià)格和供貨情況等。1) 滿足模具的使用性能要求 根據(jù)實(shí)際使用條件，綜合考慮模具的工作條件、模具結(jié)構(gòu)、尺寸和生產(chǎn)批量等，確定模具材料應(yīng)具備的主要性能指標(biāo)，以滿足主要的幾個(gè)性能要求來(lái)選擇模具材料。工作條件：承受大負(fù)荷的重載模具，應(yīng)選用高強(qiáng)度材料：承受強(qiáng)烈摩擦和磨損

3、的模具，應(yīng)選用硬度高、耐磨性好的材料；承受沖擊負(fù)荷大的模具，應(yīng)選用韌性高的材料。模具結(jié)構(gòu)、尺寸：形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的模具，應(yīng)選用微變形材料； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大的模具，宜采用淬透性好、變形小的高合金材料，或制成鑲拼結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)批量：對(duì)于小批量生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制，可選用一般材料如碳素鋼；當(dāng)生產(chǎn)批量大或自動(dòng)化程度高時(shí)，宜選用高合金鋼或鋼結(jié)硬質(zhì)合金等材料。2）考慮模具材料的工藝性能 模具材料一般應(yīng)具有優(yōu)良的鍛造性能與切削加工性能，即鍛造的溫度范圍寬，容易被切削加工。對(duì)尺寸較大、精度較高的重要模具，還要求有較好的淬透性，較小的氧化脫碳和淬火變形、開裂傾向等。對(duì)要焊接加工的模具，材料應(yīng)有較好的焊接性。

4、3）經(jīng)濟(jì)性 模具材料發(fā)展很快，品種在不斷增多，材料選用應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件，在滿足前兩項(xiàng)要求的前提下，盡可能選用價(jià)格低廉的一般材料，少用特殊材料；多用貸源豐富、供應(yīng)方便的材料，少用或不用稀缺和貴重材料。2熱處理組織評(píng)定1）退火組織的評(píng)定不同的鋼類，退火組織有不同的評(píng)定級(jí)別。碳素工具鋼：按GBl29886第一級(jí)別圖進(jìn)行評(píng)定。標(biāo)準(zhǔn)中的退火珠光體分為6級(jí)。當(dāng)鋼材截面尺寸不大于60mm時(shí)，T7T9鋼合格級(jí)別為1-5級(jí)；T10T13鋼為24級(jí)。合金工具鋼：根據(jù)GBl299-85第一級(jí)別圖進(jìn)行評(píng)定。這類鋼珠光體也分為6級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，冷作模具鋼9SiCr、Crl2、CrMn、CrWMn和9CrWMn等應(yīng)檢查退火

5、珠光體組織，其合格級(jí)別等于或小于5級(jí)。2）碳化物不均勻性碳素工具鋼：GB-86規(guī)定，除了T7和T8鋼只檢查珠光體外，其它碳素工具鋼既要檢查珠光體，還要檢查碳化物網(wǎng)狀分布。標(biāo)準(zhǔn)中采用第二級(jí)別圖，分為4級(jí)。對(duì)于截面尺寸不大于60mm的鋼材，合格級(jí)別不大于2級(jí)，大于60-100mm時(shí)，則不大于3級(jí)。合金工具鋼：GBl299-85規(guī)定了合金冷作模具鋼的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。CrMn、CrWMn、Crl2 等鋼，除了檢查退火組織外，還應(yīng)按第2級(jí)別圖(網(wǎng)狀碳化物)評(píng)級(jí)，當(dāng)尺寸不大于60mm時(shí)，網(wǎng)狀碳化物應(yīng)小于3級(jí)。Crl2類型鋼有大量的共晶碳化物，是影響使用性能的主要因素，對(duì)Crl2型的萊氏體模具鋼，GBl299-8

6、5專門規(guī)定了按尺寸規(guī)格的共晶碳化物的不均勻度的合格級(jí)別。3）晶粒度測(cè)定方法可按GB6394-86的規(guī)定進(jìn)行。8 9級(jí)：中碳低合金模具鋼，如5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV等；9 10級(jí)：中合金鋼、過共析鋼，如T8T12、9Mn2V、CrWMn、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V；10 11級(jí)：高合金模具鋼和高速鋼，如Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1三、主要儀器及材料1真空熱處理爐 2 臺(tái)2洛氏硬度計(jì) 3臺(tái)3金相預(yù)磨機(jī) 5臺(tái)4金相拋光機(jī) 10臺(tái)5金相顯微鏡 15臺(tái)6常用的冷沖壓模具鋼（預(yù)先實(shí)施鍛造） 若干四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1根據(jù)指導(dǎo)教師給定的圖紙，按要求分析模具

7、的工作條件、結(jié)構(gòu)、尺寸和生產(chǎn)批量等基本信息。2結(jié)合冷作模具材料選用的原則，初步選擇適當(dāng)?shù)睦錄_壓模具鋼品種。3按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)模具材料的硬度要求，合理編制熱處理工藝，主要包括球化退火處理、淬火和回火處理。4對(duì)選定的模具鋼塊在真空熱處理中進(jìn)行熱處理。5用洛氏硬度計(jì)檢驗(yàn)所采用熱處理工藝處理的模具鋼塊的硬度是否符合要求。6將所處理的模具鋼塊制成金相試樣，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，進(jìn)一步評(píng)定其顯微組織，主要是碳化物形態(tài)及分布是否滿足要求。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1模具鋼的熱處理應(yīng)在真空熱處理中，以防止模具鋼的氧化與脫碳反應(yīng)；2熱處理實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格控制溫度，控制其溫度誤差不超過2；3實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)備的操

8、作規(guī)程進(jìn)行，必須注意實(shí)驗(yàn)安全。六、預(yù)習(xí)與思考題1事先充分預(yù)習(xí)關(guān)于冷沖壓模具材料選用的原則。2必須查閱有關(guān)熱處理組織的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸恚?實(shí)驗(yàn)中模具鋼選用理由；3所用熱處理工藝的設(shè)計(jì)依據(jù)；4整理所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)二 熱作模具材料選用實(shí)訓(xùn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?正確分析模具使用條件，合理選用適當(dāng)?shù)哪＞卟牧稀?掌握常用熱作模具鋼的熱處理工藝。二、實(shí)驗(yàn)原理熱作模具的種類繁多，它們的服役條件也有很大差別，因此選用模具材料應(yīng)根據(jù)模具的具體工作條件、失效形式以及對(duì)模具的抗力要求和模具材料本身具有的特性來(lái)選擇。1熱鍛模具材料的選用熱鍛模具是在高溫、高壓、高沖擊裁荷下工作，并且經(jīng)常

9、受到反復(fù)的加熱和冷卻。因此，模具材料必須具有較高的高溫屈服強(qiáng)度、高的沖擊韌度和斷裂韌度，而且鍛模的尺寸一般都比較大，還要求鍛模材料具有很好的淬透性、高耐熱疲勞抗力和回火穩(wěn)定性。不同類型鍛模的硬度和抗力指標(biāo)要求見表2.1。表2.1中小型和中型的模面硬度值有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)一般地說(shuō)，淺型槽及形狀簡(jiǎn)單者用高硬度值，而較深型槽或形狀復(fù)雜的模具用低硬度值。表2.1 不同類型鍛模的硬度和抗力指標(biāo)要求壓力機(jī)模鍛的特點(diǎn)是成形速度慢，單件滯模時(shí)間長(zhǎng)(約36s)，因此，模腔表面溫升高，瞬時(shí)溫度可達(dá)700，冷卻及潤(rùn)滑條件較好時(shí)，溫度可能低一些，但也會(huì)達(dá)則500左右，這也超過了5CrNiMo或5CrMnMo模塊的回火溫度，從

10、而導(dǎo)致模具早期磨損、壓塌等失效。因此，應(yīng)選用耐熱性較高的高強(qiáng)韌性模具鋼制作壓力機(jī)鍛模。表2.2列出了錘鍛模用鋼的主要牌號(hào)可供選材時(shí)參考。表2.2 錘鍛模用鋼的選擇燕尾是鍛模固定在錘頭的部位，直接與錘頭接觸其硬度不應(yīng)高于錘頭。燕尾根部存在較大的應(yīng)力集中，因而硬度也不宣太高。因此，燕尾硬度應(yīng)低于核具型腔硬度，對(duì)煎層要進(jìn)行專門的回火。燕尾回火方法有以下兩種；1）專用煎尾回火爐中回火 該種方法是工廠生產(chǎn)中比較常用的燕尾回火方法，如圖2.1所示。它是將燕后向下置于電爐、煤爐或鹽浴爐的爐槽內(nèi)加熱回火。具體回火溫度根據(jù)鋼種及模具煎尾硬度要求而定。 2）燕尾自回火法 圖2.1 鍛模燕尾回火專用爐示意圖 專用爐

11、示意圖這是較廣泛采用的一種方法，即將整個(gè)鍛模在油中冷卻到一定溫度后，將燕尾提出油面停留一段時(shí)間，此時(shí)模具心部溫度仍較高，燕尾已淬火的部分被心部熱量加熱而回火。實(shí)際操作時(shí)要反復(fù)多次入油，以防燕尾溫度升高到足以引起淬火油燃燒，因此，需注意安全。此外，此法只適用于燕尾朝上的淬火方法，對(duì)模具側(cè)立或燕尾朝下的入油方法，無(wú)法實(shí)現(xiàn)燕尾自回火。2熱處理組織觀察1）GBl29985和GBl29886這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定熱作模具鋼不檢查退火組織。2）GBl299-85規(guī)定了熱作模具鋼不檢查碳化物分布。三、主要儀器及材料1真空熱處理爐 2 臺(tái)2洛氏硬度計(jì) 3臺(tái)3金相預(yù)磨機(jī) 5臺(tái)4金相拋光機(jī) 10臺(tái)5金相顯微鏡 15臺(tái)6

12、常用的熱沖壓模具鋼（預(yù)先實(shí)施鍛造） 若干四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1根據(jù)指導(dǎo)教師給定的圖紙，按要求分析模具的具體工作條件、失效形式以及對(duì)模具的抗力要求和模具材料本身具有的特性等基本信息。2結(jié)合熱作模具材料選用的原則，初步選擇適當(dāng)?shù)臒徨懩＞咪撈贩N。3按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)模具材料的硬度要求，合理編制熱處理工藝，主要包括球化退火處理、淬火和回火處理。4對(duì)選定的模具鋼塊在真空熱處理中進(jìn)行熱處理。5用洛氏硬度計(jì)檢驗(yàn)所采用熱處理工藝處理的模具鋼塊的硬度是否符合要求。6將所處理的模具鋼塊制成金相試樣，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1模具鋼的熱處理應(yīng)在真空熱處理中，以防止模具鋼的氧化與脫碳反應(yīng)；2熱處理實(shí)驗(yàn)

13、中要嚴(yán)格控制溫度，控制其溫度誤差不超過2；3實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)備的操作規(guī)程進(jìn)行，必須注意實(shí)驗(yàn)安全。六、預(yù)習(xí)與思考題1事先充分預(yù)習(xí)關(guān)于熱作模具材料選用的原則。2可查閱有關(guān)熱作模具材料的熱疲勞實(shí)驗(yàn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸恚?實(shí)驗(yàn)中模具鋼選用理由；3所用熱處理工藝的設(shè)計(jì)依據(jù)；4整理所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三 塑料模具材料選用實(shí)訓(xùn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?正確分析模具使用條件，合理選用適當(dāng)?shù)哪＞卟牧希?掌握塑料模具材料的熱處理工藝。 二、實(shí)驗(yàn)原理在塑料制品成型模具中，塑料的種類、生產(chǎn)的批量，塑件的復(fù)雜程度、尺寸精度和表面粗糙度等質(zhì)量要求是決定塑料模具用材料的主要因素。1塑料模具成型零件材料

14、的選用1）成型通用型塑料的模具材料用于生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等通用型塑料制品的模具。當(dāng)生產(chǎn)批量較小，尺寸精度和表面粗糙度無(wú)特殊要求，而且模具截面不大時(shí)，可以采用碳素鋼45鋼或低碳鋼10、20鋼制造；當(dāng)生產(chǎn)批量較大、模具尺寸較大或形狀復(fù)雜、精度要求高的工件時(shí)，則采用淬透性較高的合金模具鋼；當(dāng)成型對(duì)精度和表面粗糙度要求很高的塑料制品時(shí)，往往采用電渣重熔或真空熱處理的合金模具鋼。2）成型增強(qiáng)塑料的模具材料對(duì)于生產(chǎn)添加玻璃纖維等無(wú)機(jī)增強(qiáng)劑的熱塑性塑料注射成型模具和熱固性塑料擠壓成型模具，為了提高模具型腔表面的耐磨性，這類塑料模具通常采用冷作模具鋼制造。3）成型腐蝕性塑料的模具材料對(duì)生產(chǎn)聚氯乙烯、氟化塑料或

15、添加阻燃劑的阻燃塑料成型模具，應(yīng)選用耐蝕性好的塑料模具鋼。4）成型磁性塑料的模具材料一般多選用無(wú)磁模具材料制造，如188不銹鋼模具經(jīng)滲氮處理后使用；或采用Mnl3型耐磨奧氏體鋼或無(wú)磁模具鋼，如70Mn15Cr4Al3V2WMo鋼等。5）成型透明塑料制品的模具對(duì)于成型透明塑料制品的模具，一船選用時(shí)效硬化鋼制造，如06Ni、18Ni、PMS、PCR、SM2等，也可選用預(yù)硬鋼SM1、Y82、空冷12鋼等。表3.1列出了各類塑料模具材料的選用。2塑料模具結(jié)構(gòu)零件材料的選用對(duì)塑料模具結(jié)構(gòu)零件的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性等的要求都比成型零件低，一般選用通用材料就能滿足使用性能的要求，表3.2 給出了塑料模具結(jié)構(gòu)零件常用材料及熱處理規(guī)范。表3.1 塑料模具材料的選用表3.2 塑料模具結(jié)構(gòu)零件常用材料及熱處理三、主要儀器及材料1真空熱處理爐 2 臺(tái)2洛氏硬度計(jì) 3臺(tái)3金相預(yù)磨機(jī) 5臺(tái)4金相拋光機(jī) 10臺(tái)5金相顯微鏡 15臺(tái)6常用的塑料模具鋼 若干四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1根據(jù)指導(dǎo)教師給定的圖紙，按要求分析塑料的種類、生產(chǎn)的批量，塑件的復(fù)雜程度、尺寸精度和表面粗糙度等信息。2結(jié)合冷作模具材料選用的原則，初步選擇適當(dāng)?shù)乃芰夏＞咪撈贩N。3按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)模具材料的硬度要求，合理編制熱處理工藝，主要包括球化退火處理、淬火和回