板牙熱處理工藝的設(shè)計(jì)低合金刃具鋼畢業(yè)論文

1、低合金刀具鋼的模具熱處理工藝設(shè)計(jì)前言在當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)中，金屬材料的應(yīng)用非常廣泛，尤其是鋼鐵材料，它離不開工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、建筑和國防。隨著現(xiàn)代化工、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對金屬材料的性能要求越來越高。為滿足這一要求，一般可采用兩種方法:開發(fā)新材料和對金屬材料進(jìn)行熱處理。熱處理是一門綜合技術(shù)，熱處理技術(shù)是發(fā)展這門綜合技術(shù)的原理和規(guī)律的學(xué)科。熱處理設(shè)計(jì)是整個(gè)加工過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與工件設(shè)計(jì)和其他加工過程密切相關(guān)。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)中提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)中要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，熱處理工藝是否合理起著至關(guān)重要的作用。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對機(jī)械零件、工具、模具的要求越來越高。熱處理不僅對

2、鍛件加工順序和保證加工效果有重要作用，而且對改善或消除加工后的缺陷和延長工件的使用壽命也有重要作用。為了獲得理想的組織和性能，保證零件在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命，必須從零件的特點(diǎn)、要求和技術(shù)條件入手，認(rèn)真分析產(chǎn)品在使用過程中的受力狀態(tài)和可能的失效形式，選擇合適的材料，然后根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、現(xiàn)場條件和熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據(jù)其經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量穩(wěn)定性、便于管理、降低成本等因素確定一個(gè)最優(yōu)方案。目錄1、模具的分類、用途、注意事項(xiàng)和維護(hù)1.1什么是模具1.2模具的分類1.3如何使用模具1.4備注1.5.維護(hù)保養(yǎng)第二章模具的使用條件和可能的失效形式112.1疲勞斷裂分析2.2磨損失效

3、分析2.3變形失效分析第3章CrWMn的化學(xué)成分3.1 Cr wmn鋼的化學(xué)成分3.2模具熱處理加工路線3.3機(jī)械性能3.4物理特性3.5模具熱處理工藝規(guī)范3.5.1熱加工3.5.2預(yù)熱處理3.5.3球化退火3.5.4淬火3.5.5低溫回火工藝3.5.6每次熱處理后的金相組織圖3.5.7淬火后模具的體驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和要求3.5.8模具熱處理常見缺陷及措施共結(jié)4個(gè)結(jié)5參考文獻(xiàn)第1章模具，其分類、用途、注意事項(xiàng)和維護(hù)。1.1什么是模具板牙相當(dāng)于一個(gè)硬度很高的螺母，螺孔周圍有幾個(gè)切屑。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/albums/4

4、0986/40986.html l 0$b853d6fcc31976c7fd037f36 螺絲板牙孔，一般在螺孔兩端磨切削錐。根據(jù)模具的形狀和用途，模具分為圓形模具、方形模具、六角形模具和管狀模具(見模具類型圖)。其中圓模應(yīng)用最為廣泛，規(guī)格為m0.25 M68mm。當(dāng)被加工螺紋的中徑超過公差時(shí)，可以切削模具上的調(diào)整槽來調(diào)整螺紋的中徑。板牙可以裝在板牙扳手里用手加工螺紋，也可以裝在板牙架里用在機(jī)床上。模具加工螺紋的精度較低，但由于其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，模具仍廣泛應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)和修理。1.2模具的分類模具根據(jù)形狀和用途分為圓模具、方模具(方模具)、六角模具(六角模具)和管材。 HYPERLI

5、NK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/albums/40986/40986.html l 0$507c38975e012a2354fb961a 螺絲板牙成型模和管模。其中以圓模應(yīng)用最為廣泛，規(guī)格從M0.25M68mm到M68mm不等，圓模和六角模都有國家標(biāo)準(zhǔn)，但一般在五金市場只能買到圓模，很難買到六角模，更別說方模了。由于方模沒有國家標(biāo)準(zhǔn)(圖1)，所以廠家比較少，外觀也不一樣。然而，方死了。按模具的材料分類，有:工具鋼模具(用于鍍鋅管、無縫鋼管、圓鋼棒、銅材、鋁材等。).高速鋼模具(用于不銹鋼管、不銹鋼圓頭加工絲口)根據(jù)特殊的穿線機(jī)類型，還有以下

6、幾類:50A模/100A模/MCC模/REX模/Q74模/114R模/慶陽模按模具材料分有:工具鋼模具(用于鍍鋅管、無縫鋼管、圓鋼棒、銅材、鋁材等。)和高速鋼模具(用于不銹鋼管， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/24779.htm t _blank 不銹鋼英國模具(BSPT)模具的角度是55度，美國模具(NPT)模具的角度是60度。1.3模具的使用圓片模具加工螺紋時(shí)，處于半切半擠的狀態(tài)。模具的直徑和中徑是切割部分。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/a

7、lbums/40986/40986.html l 0$8697397f75c0104629388a1b 螺絲板牙點(diǎn)，特別是模具直徑要承受較大的切削力，所以必須有一定的強(qiáng)度和切削能力?？紤]到模具切下的螺釘與螺孔之間應(yīng)有一定的間隙，并考慮到磨損量，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，直徑和中徑應(yīng)小于螺紋直徑和中徑的公稱尺寸。JmM0.8螺紋直徑d = 0.584mm，板牙直徑d。、= 0.55mm，M0.8的螺紋中徑= 0.67mm，模具的中徑在D板中應(yīng)為m.x= 0.67，一般確定為0.66-0.67mm，實(shí)際生產(chǎn)中模具很少因中徑磨損而報(bào)廢，所以設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮中徑磨損量較小。但是，如果中徑過小，螺紋的推力就會(huì)增大，所

8、以板牙的中徑不能設(shè)計(jì)得過小。螺紋外徑是切削時(shí)金屬在模具的擠壓下發(fā)生塑性變形而得到的。為了防止金屬堵塞造成工件斷裂，模具外徑不要參加工作，與要切割的工件之間要有間隙。如果切削M0.8螺紋，模具最小外徑應(yīng)為0.8毫米，一般外徑應(yīng)增加0-020.03毫米.1.4注意事項(xiàng)首先，在螺栓毛坯的端部加工45度倒角，以防止其在模具的導(dǎo)向邊上產(chǎn)生。螺絲板牙出現(xiàn)突然加載現(xiàn)象。同時(shí)，確保圓形模具或六角模具垂直切入螺栓毛坯。最小化螺栓毛坯的直徑，即保證與螺栓大直徑相關(guān)的公差接近下限，從而最小化攻絲時(shí)產(chǎn)生的切削力。使用帶有斜邊的模具，這樣可以確保切屑被導(dǎo)出切割區(qū)域。使用正確的冷卻液，并將足夠的冷卻液對準(zhǔn)切割區(qū)域。調(diào)整開

9、模時(shí)不要開模，這樣會(huì)劃傷工件，而不是攻絲時(shí)切割工件。均勻轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，打開的模具可閉合約0.15毫米.如果壓力只作用在模具的一側(cè)，模具可能會(huì)損壞。1.5、維護(hù)1)搬運(yùn)注意事項(xiàng):將模頭鎖定在穿線位置，使模具充分伸出，并將倒角刀鎖定在倒角位置，才能可靠搬運(yùn)。2)放置:放置機(jī)器時(shí)，必須調(diào)整四條腿的長度，即后卡盤要高于前卡盤。(這樣的好處是攻絲機(jī)工作時(shí)切削油不會(huì)滲入管壁)。CrWMn是制造模具最常用的高碳合金工具鋼。第二章模具的使用條件和可能的失效形式2.1疲勞斷裂分析疲勞斷裂是機(jī)械零件在循環(huán)應(yīng)力下的疲勞斷裂。當(dāng)所有機(jī)械零件在工作過程中發(fā)生50%90%的有效疲勞斷裂和斷裂失效時(shí)，疲勞斷裂一般會(huì)突然發(fā)生

10、，造成極大的危害。疲勞斷裂發(fā)生在零件的局部應(yīng)力區(qū)，部分晶粒在變力作用下形成微裂紋。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。根據(jù)疲勞斷裂的特點(diǎn)，可以采用各種強(qiáng)化方法來提高零件的抗疲勞能力。2.2磨損失效分析磨損是相互接觸的零件之間存在滑動(dòng)時(shí)，由于摩擦損傷，接觸面的形狀會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。這是一種可見的、漸進(jìn)的損害形式。主要有磨粒磨損和粘著磨損。磨料磨損是相對運(yùn)動(dòng)的物體接觸時(shí)，軸的接觸面上不平整的滑動(dòng)面和突出的硬點(diǎn)刨出溝槽或刮痕造成的損壞。常見的磨粒磨損包括:強(qiáng)度和硬度較高的磨粒，類似于切削和磨削，進(jìn)入兩個(gè)接觸面之間的溝槽。粘著磨損(Adhesive wear)是指兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的物體之間

11、的高接觸應(yīng)力引起的塑性變形，導(dǎo)致物體接觸，溫度升高，出現(xiàn)粘著和焊接的現(xiàn)象。當(dāng)它們分開時(shí)，粘合部分會(huì)撕裂，從而撕下小塊材料并造成表面損壞。要提高耐磨性，第一，材料要有高硬度，如果材料中有耐磨的硬顆粒更有優(yōu)勢。二是材料摩擦系數(shù)小，降低了成對材料之間的原子結(jié)合力。此外，改善潤滑條件，細(xì)化表面粗糙度，保持機(jī)械零件的清潔，都有利于減少摩擦磨損。2.3變形破壞分析變形破壞主要包括彈性和塑性變形破壞。彈性變形失效是零件彈性變形過大引起的失效。主要是指失去彈性的能力，屬于功能性衰竭。彈性變形的原因是零件剛度不夠，除了結(jié)構(gòu)因素外，還取決于材料的彈性模量。因此，為防止彈性變形失效，應(yīng)選擇彈性模量高的材料制作零件。

12、塑性變形失效是零件因塑性變形過大而失效，主要是應(yīng)力過大。零件的塑性變形是由于實(shí)際工作應(yīng)力超過了這種材料的屈服強(qiáng)度。在正常的設(shè)計(jì)和裝配條件下，應(yīng)考慮具有高屈服強(qiáng)度的材料。CrWMn鋼具有高淬透性。由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后，比鉻鋼和9SiCr鋼有更多的過剩碳化物，具有更高的硬度和耐磨性。此外，鎢還有助于保存細(xì)小晶粒，使鋼獲得更好的韌性。因此，用CrWMn鋼制造的刀具崩刃少，能很好地保持切削刃的形狀和尺寸。而鋼對碳化物網(wǎng)的形成比較敏感，這種網(wǎng)的存在會(huì)使刀具的刀刃剝落，從而縮短刀具的使用壽命。因此，含碳化物網(wǎng)的鋼必須根據(jù)其嚴(yán)重程度進(jìn)行鍛造和正火。這種鋼用于制造工作時(shí)不會(huì)劇烈加熱刃口的

13、工具，以及淬火時(shí)要求不變形的量具和刀具，如制造刀、長絲錐、長鉸刀、專用銑刀、模具等類型的專用工具，以兼容切削軟質(zhì)非金屬材料的工具。根據(jù)模具的使用條件和失效形式，選擇CrWMn作為模具熱處理的材料。第三章CrWMn的化學(xué)成分3.1 Cr wmn鋼的化學(xué)成分(GB/T 1229-2000)w/% HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/albums/2429035/2429035.html l 0$0b907cd9f1ae590211df9b88 CrWMn合金工具鋼丙:0.90-1.05Si: 0.40錳:0.80-1.10S: 0.0

14、3P: 0.03Cr: 0.90-1.20鎳:允許殘留含量0.25銅:允許殘留含量0.30女:1.20 1.603.2模具的熱處理加工路線熱處理后要求變形小，尺寸穩(wěn)定，表面硬度5458HRC。采用CrWMn鋼制造，工藝為:熱軋鋼材下料預(yù)熱處理球化退火粗加工淬火低溫回火精加工精磨。3.3機(jī)械性能硬度:退火，255 207 HB，壓痕直徑3.8 4.2mm；淬火，62HRC熱處理和金相組織:熱處理:淬火，800 830油冷。交貨狀態(tài):鋼材在退火狀態(tài)下交貨。3.4物理屬性CrWMn鋼的臨界溫度見表2-13-2，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs為1.82 1.86t；電阻約為0.2410-6m.表2-13-2 C

15、r wmn鋼的臨界溫度臨界點(diǎn)訪問控制列表（=AssociationforComputingMachinery）美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室溫度(近似值)/7509407103.5模具熱處理工藝規(guī)范熱加工CrWMn鋼的熱加工工藝見表2-13-3。表2-13-3 Cr wmn鋼的熱處理工藝項(xiàng)目加熱溫度/起始溫度/末端溫度/涼爽的鋼錠鋼坯11501200110011501100115010501100880800850800先空冷再緩冷。先空冷再緩冷。為了減少或減輕炭網(wǎng)的形成，鍛軋后應(yīng)盡可能冷卻到650700，然后緩慢冷卻(坑冷、沙冷或爐冷)。3.5.2預(yù)先熱處理CrWMn鋼的相關(guān)熱處理前曲線如

16、圖2-13-1圖2-13-5所示，退火前后的相組成、硬度和顯微組織見表2-13-4。需要注意的是:(1)退火加熱保溫時(shí)間為所有爐料加熱到退火溫度后12h，然后冷卻；等溫保溫3-4小時(shí)；(2)高溫回火用于消除冷變形和加工硬化(如再結(jié)晶退火)；熱處理前消除切割應(yīng)力。熱處理后硬度過低的零件在二次淬火前也進(jìn)行高溫回火，所有爐料加熱到溫度后保溫時(shí)間為2 3h(3)正火用于細(xì)化過熱鋼的晶粒，消除碳化物網(wǎng)；(4)當(dāng)鋼的退火硬度HB低于183時(shí)，采用調(diào)質(zhì)處理以提高切削表面光潔度。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/albums/2429035/

17、2429035.html l 0$f677b1c32d8d9a78b219a84f 圖2-13-1鍛造后的退火 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/albums/2429035/2429035.html l 0$35da1d3bea7759c714cecb55 圖2-13-2鍛造后等溫退火球化退火鍛后球化退火的目的主要是降低硬度，提高切削性能，為最終熱處理做準(zhǔn)備。以球狀珠光體為原始組織的工具鋼，淬火回火后的力學(xué)性能高于以片狀珠光體為原始組織的工具鋼，強(qiáng)度和硬度相同，對淬火溫度的敏感性相對較小。需要注意的是，球化退火前的顯微組織應(yīng)為

18、片狀珠光體，不允許有嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物；否則應(yīng)在球化退火前安排正火處理。根據(jù)國家相關(guān)評級(jí)，球化退火組織應(yīng)為2-5級(jí)合格。淬火淬火過程等溫淬火可以最大限度地減少工具的變形，因此對模具等變形要求高的工件宜采用等溫淬火工藝。一是600650預(yù)熱，減少高溫停留時(shí)間，從而減少模具脫c現(xiàn)象，在確定淬火溫度時(shí)，除了控制未溶解碳化物的量外，還應(yīng)考慮原料球化等級(jí)、刀具尺寸等因素。因?yàn)榇蟪叽绻ぜ菀壮霈F(xiàn)球化不良、碳化物不均勻等問題，所以大尺寸模具采用較低的淬火加熱溫度，圓模 M10圓模，使用850-860。CrWMn鋼的推薦淬火厚度計(jì)劃淬火溫度/涼爽的硬度(HRC)媒介溫度/繼續(xù)冷卻至20820840油2040至油

19、溫空氣冷卻6365820840油90140至150-200空氣冷卻6365830850熔融硝酸鹽或堿1501603 5分鐘空氣冷卻6264注:1。方案二和方案三用于形狀復(fù)雜、變形要求小的工件；2.直徑和厚度大于50毫米的工件，淬火溫度可提高到850 870。等溫淬火后的金相組織為馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。低溫回火工藝由于Si和Cr元素的作用，提高了鋼的回火穩(wěn)定性，故可在190-200回火。在此溫度回火后，硬度下降很小，回火后硬度仍為60-63HRC?；鼗鸷蟮慕鹣嘟M織為:回火馬氏體+下貝氏體殘余奧氏體+碳化物。大部分淬火應(yīng)力已經(jīng)消除。3.5.6每次熱處理后的金相組織圖CrWMn鋼的退

20、火組織CrWMn鋼的淬火組織CrWMn鋼的淬火組織:加熱:840冷卻:冷油CrWMn鋼的回火組織CrWMn鋼的球化退火下圖為CrWMn鋼熱處理后的缺陷。3.5.7模具淬火后的經(jīng)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和要求檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)公差要求原材料質(zhì)量用樣品檢查化學(xué)成分、宏觀組織、晶粒度、淬透性和帶狀組織。坯料的機(jī)械性能用樣品檢查布氏硬度，根據(jù)圖紙檢查b、0.2、和Ak。空白質(zhì)量檢查表面氧化、裂紋和擦傷。淬火深度根據(jù)圖紙要求，用樣品檢查距表面HV500深度處的有效深度。當(dāng)用顯微鏡檢查淬火深度時(shí)，碳鋼是過共析+共析+1/2的過渡區(qū)；合金鋼的過共析+共析層應(yīng)占總深度的50%70%。表面硬度心臟硬度組織根據(jù)圖紙要求，為5458

21、HRC。根據(jù)圖紙要求，為3440 HRC。核心組織為板條馬氏體+少量鐵素體。表面裂紋無裂紋，100%磁粉檢驗(yàn)，批量零件”可抽取5件。3.5.8模具熱處理常見缺陷及措施缺陷名稱發(fā)生原因預(yù)防措施坯料硬度高。正火溫度低或保溫時(shí)間不足會(huì)導(dǎo)致顯微組織中殘留少量高硬度(HV250)奧氏體，正火溫度會(huì)超過鋼晶粒顯著長大的溫度。應(yīng)重新制定標(biāo)準(zhǔn)化流程；檢查溫控儀表，校準(zhǔn)溫度，控制正火冷卻溫度。坯料硬度低正?；鋮s太慢。再正常化帶狀分離鋼中合金元素和雜質(zhì)的偏析在一般正火中難以消除。更換材料4總結(jié)課程設(shè)計(jì)是大學(xué)的一門重要課程。通過課程設(shè)計(jì)，獲得理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在課程設(shè)計(jì)中，我們所學(xué)的課程知識(shí)得到了綜合應(yīng)用。

22、本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)模具熱處理工藝，低合金刀具鋼。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們思考問題和解決問題的能力得到了加強(qiáng)。課程設(shè)計(jì)也是課本知識(shí)的鞏固和強(qiáng)化。因?yàn)檎n本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)中不能很好的理解和運(yùn)用各部分的功能，考查能力有限。因此，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我們學(xué)到了很多關(guān)于熱處理的知識(shí)，獲得了更多關(guān)于熱處理工藝的知識(shí)。課程設(shè)計(jì)，過程可謂一波三折。這期間我們也有失落，也曾經(jīng)熱情過。從一開始充滿興奮到最后汗水背后復(fù)雜的心情，每一點(diǎn)都讓我回味悠長。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我知道生活就是這樣。汗水預(yù)示著結(jié)果，也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存和生活的永恒話題。設(shè)計(jì)真的很難，但是苦中有樂。而且，設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的

23、任務(wù)。一起工作可以讓我們有說有笑，互相幫助，默契配合。這里灑了多少快樂？大學(xué)的歲月趕不上這十幾天的合作。感覺和同學(xué)的距離更近了。我想說，我真的很累，但是當(dāng)我們看到我們所做的事情，我們不禁感到興奮。我們不斷問自己。也許有人不喜歡這種工作，也許有人覺得設(shè)計(jì)工作有點(diǎn)無聊，但我覺得不管做什么，只要人的生命有意義就好。社會(huì)需要我們，我們也可以為社會(huì)效力。既然如此，又有什么必要失去呢？所以我們決定走自己的路，堅(jiān)持走下去。同時(shí)，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作。團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人離不開團(tuán)隊(duì)。我們必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)合作的精神。一個(gè)人的孤立可能導(dǎo)致整個(gè)工作的失敗。設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。每個(gè)人都必須知道，否則一個(gè)人的失誤