第8章 粉末冶金模具的材料選擇和制造

8.粉末冶金模具的材料選擇和制造先建立信心，全力以赴，然后才能享受成果。——舒勒.本章主要介紹模具零件的選擇和制造。粉末冶金模具主要零件包括陰模、模沖和芯棒。粉末冶金模具在燒結(jié)零件的生產(chǎn)本錢中占相當(dāng)大的份額，而且其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與本錢。因此，合理地選擇材料以及熱處理工藝、制定機(jī)械加工工藝和電加工工藝是非常重要的。.8.1模具材料選擇和熱處理

8.1.1模具制造的一般要求1.模具的壽命對模具壽命有較大影響的因素很多，例如，模具零件的制造精度和模具的裝配精度；陰模、芯棒和模沖材料的選用及其工作外表的粗糙度和硬度；熱處理質(zhì)量；是否正確使用模具；成形所用的粉末的種類和性能；制品的尺寸、形狀和密度；潤滑劑的效果等等。.陰模壽命陰模承受的壓力很高，實(shí)驗(yàn)說明，陰模磨損和壓制力之間接近線性關(guān)系，況且陰模還在具有磨料作用的粉末反復(fù)研磨下工作，而且其磨損量不能超過產(chǎn)品精度允許的范圍。硬度可以直接反響材料的耐磨性能，抗磨損能力隨硬度的增加而提高。例如在同樣的使用條件下，硬質(zhì)合金陰模的使用壽命是鋼模的20～50倍。

.陰模壽命在考慮陰模使用壽命時，必須同時計(jì)算模具本錢，要根據(jù)生產(chǎn)零件的數(shù)量和陰模的制造費(fèi)用，在保證預(yù)期技術(shù)條件和使用壽命下，盡量降低本錢。.2.模具制造精度和外表光潔度.模具主要零件的精度特別是精整模具的精度，一般不能低于產(chǎn)品的精度。模具主要零件工作外表的外表粗糙度數(shù)值應(yīng)盡量低，這樣可以顯著改善產(chǎn)品的外表粗糙度，同時大大延長模具的使用壽命。.3.模具零件的硬度一般要求模具主要零件有盡可能高的硬度，但一定的硬度是與模具的材料和熱處理工藝相聯(lián)系的。如果熱處理工藝選擇不當(dāng)，就有可能硬度到達(dá)指標(biāo)，但脆性增大，在工作時造成模具炸裂，因此應(yīng)該根據(jù)工作條件和具體材料合理地提出硬度要求及相應(yīng)的熱處理工藝。.a.陰模硬度因其在高應(yīng)力狀態(tài)下經(jīng)受粉末的反復(fù)研磨，要求硬度盡量高。用高合金工具鋼制造陰模，其熱處理硬度應(yīng)在63～65HRC，低于此值陰模容易磨損。

.b.芯棒硬度因其使用條件與陰模相同，故硬度值應(yīng)與之近似。但其硬度值必須結(jié)合芯棒尺寸的大小來考慮。芯棒的長度與直徑的比值等于或小于12：1時，芯棒可以全部淬硬。當(dāng)長徑比值為20：1時，要分段熱處理，芯棒成形段的硬度值在58～60HRC范圍，成形段以下的硬度可以降低到40～45HRC。芯棒與螺紋連接部份在任何情況下其硬度值均不能大于45HRC。.c.模沖硬度應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模沖硬度取決于最薄弱截面的強(qiáng)度和最大壓制力。進(jìn)行回火時要特別防止在薄弱的截面上硬度不均勻。.8.1.2模具材料的選擇

選擇模具材料主要從兩方面考慮，首先要滿足使用要求，陰模和芯棒都承受高壓和反復(fù)摩擦，要求高硬度、高耐磨性，故應(yīng)采用合金工具鋼、高速鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金或硬質(zhì)合金。這些材料的硬度和強(qiáng)度均可滿足使用要求，但其耐磨性和本錢是按由前者到后者順序提高，因此具體選用哪一種材料還要視產(chǎn)品批量而定。對模沖的主要要求是韌性和強(qiáng)度，并且要有較好的抗疲勞性，一般選用中合金鋼或高合金鋼。.其次還要從模具制造本錢方面考慮。由于精加工在模具制造本錢中占的比重很大，所以選材時還要注意材料的切削性和熱處理性能，防止因熱處理變形而影響加工精度。模具主要零件的材料及性能要求見下表.需要考慮的因素主要零件要求材料的性能陰模芯棒模沖粉末冶金零件生產(chǎn)的特性耐磨性硬度抗疲勞、抗振在負(fù)荷下抗爆炸耐磨性硬度韌性耐磨性硬度韌性抗疲勞、抗振模具制造的特性可機(jī)加工性熱處理不變形性能可機(jī)加工性熱處理不變形性能可機(jī)加工性熱處理不變形性能.8.2模具主要零件加工工藝線切割加工電火花加工仿形磨削.

8.2.1．線切割加工a.工作原理線切割的加工原理是用一根很細(xì)的金屬絲〔直徑為0.03～0.05mm〕作工作電極，將金屬絲裝在一個高速轉(zhuǎn)動的貯絲筒上，并經(jīng)過絲架以10m／s左右的線速度來回移動，金屬絲接高頻電源的負(fù)極，被切割的工件接正極，以煤油或乳化液作為工作介質(zhì)。當(dāng)電極接觸金屬工件時，即發(fā)生電蝕作用，假設(shè)按規(guī)定的方向移動，并使移動的速度與金屬絲對工件間電蝕速度相適應(yīng)〔即不使之“短路〞〕，即能到達(dá)切割的目的。

.b.線切割加工工藝流程.

c.線切割加工的優(yōu)點(diǎn)1〕不需要像電火花加工那樣做特定形狀的電極。2〕不管工件硬度如何，幾乎都能進(jìn)行順利的加工。3〕加工的主要對象是平面形狀，也可以加工錐面，幾乎任何復(fù)雜形狀都可以進(jìn)行加工。4〕輪廓加工所需的加工余量小，有利于少無切削，尤其能有效地加工貴重稀有的材料。5〕電極絲不斷地往復(fù)使用，損耗較小，故加工精度較高。.

8.2.2.電火花加工電火花主要用于加工陰模的異形型腔孔，特別是沿軸向帶臺階的異形陰?？子镁€切割往往無法加工，而只能采用電火花加工。芯棒及上下模沖端面型腔亦可用電火花加工。.a.電火花加工原理金屬電火花加工的原理是基于工件與電極之間進(jìn)行脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象。被加工的陰模接電源正極，加工電極接電源負(fù)極。通電后，電容器充電，這時兩極漸漸移近到某一距離時，兩極間的介質(zhì)〔礦物油〕被擊穿，電容器所蓄能量在極短的時間放出，致使火花通道中瞬時產(chǎn)生大量熱能，以使工件外表的金屬局部熔化和氣化而被腐蝕下來，火花不斷產(chǎn)生，金屬不斷被腐蝕。一般作為正極的金屬比負(fù)極被侵蝕的快，故陰模不斷被侵蝕，其型腔最終變成與電極相似的形狀。.b.電火花加工的特點(diǎn)1〕電火花加工不受材料力學(xué)性能影響，只要是導(dǎo)電體就能加工?？梢灾苯蛹庸崽幚砗蟮年幠?。2〕能加工各種形狀的帶臺階孔和盲孔。3〕加工出來的外表精度很高4〕金屬外表經(jīng)過劇烈的熱作用之后，產(chǎn)生一層極硬的合金層，提高了工作外表的耐磨性。.8.2.3仿形磨削

在粉末冶金模具制造中，仿形磨削主要用于各種齒輪、凸輪、鏈輪、擺線轉(zhuǎn)子及復(fù)雜形狀制品的模具中的模沖、芯棒等的精加工。這一工序不僅能縮短制造周期，而且可減少累積加工誤差，從而可保證模具制造精度。.1．仿形尺原理圖.仿形尺原理根據(jù)平行四邊形四連桿機(jī)構(gòu)特性，由觸頭B在樣板〔靠模〕上走軌跡，在固定支點(diǎn)A的作用下，金剛石砂輪修整器C與B走同樣的軌跡，使砂輪形狀與樣板形狀一致，但其大小是B所走軌跡的1／10倍，所以修出的仿形砂輪的形狀精度較高。.8.2.4模具用鋼的熱處理.8.3模具零件的加工...三、硬質(zhì)合金模具的加工

用硬質(zhì)合金做陰模，可以大幅度提高模具的使用壽命。但由于硬質(zhì)合金的機(jī)械加工性能很差。一般是將硬質(zhì)合金直接制造成接近陰模的形狀，并留有一定的加工余量，然后進(jìn)行磨削加工和電加工。.8.4提高模具壽命的途徑.模具外表強(qiáng)化處理的方法1.模具外表的氮化處理氮化處理：以氮滲入模具外表，形成一層氮化物，以顯著提高模具工作外表的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。1〕氣體氮化：氮化層深0.15~0.35mm,Hv≥750;脆性1~2級