模具寿命与材.doc

第一章1、模具是压力加工和其他成形工艺中，使材料（金属或非金属）便形成产 品（成品或半成品）的成艺装备。2、我国模具制造与国外有哪些差距？ 标准化程度低模具品种少， 效率低模具制造精度低， 周期长模具寿 命短、材料利用率低技术力量落后，管理水品较差3、压力加工方法简单分为锻、轧、冲、镦、挤、弯、旋、拉、拔等多种形 式。4、普通模锻是将金属加热或不加热，在冲击力或压力作用下，使金属的几 何形状发生变化，得到一定要求的锻件。它包括镦锻和热锻。 镦锻是使材料局部锻粗成一定的形状的加工工艺。 可分为冷镦、 温镦和热 镦。热锻是利用锻锤或螺旋压力机或热模锻压力机使金属变形的加工方 法。可分为模锻和胎模锻。 5、挤压是将金属材料放在挤压模型腔内，一端施加强大压力材料处于三向 受力状态下变形， 而从一端的模孔中流出， 获得不同形状的型材与管材料或 按凸模与材料的相对运动方向分为正挤压和反挤压。 按坯料温度 零件。 分为冷、热、温挤压。 6、挤压零件的形状可以很复杂，精度好，而且表面粗糙度值低，力学性能 ，并且有很高的生产率。 好，材料的利用率高（达 70%） 7、在拉拔时，材料两向受压，一向受拉，通过模具的模孔或型腔而成形， 获得所需形状尺寸的型材、毛坯或零件。 分为拉丝和拔管。 8、冲压是利用冲模使材料发生分离或变形，从而获得零件的加工方法。包 括分离和成型工序。 分离是指使坯料的一部分与另一部分相互分离的工 序，可分为冲孔，落料，切边，修整等。成形是使坯料发生塑性变形而不分 离的工序，包括拉深，弯曲，胀形，翻边和校平等。 9、压铸是压力加工和铸造相结合的工艺，熔融金属以高速压射充填到金属 型压铸模型腔内，在压力下凝固而形成铸件。 10、塑料成型是在压力的作用下，将粉末状或粘流状的塑料在模具中成型， 获得所需形状尺寸的塑料制品。 分为：模压成型、挤压成型和注射成型。 模压成形：指将塑料放在模具的型腔中，在液压机上加热，加压，使软化的 塑料弃满型腔，并保持一定的温度压力和时间，塑料即硬化成制件。 挤压成型： 塑料放入模具的专用加料腔内， 在液压机上加热加压使软化的塑 料经过浇注系统，挤入模具型腔内而制成塑料制件。 注射成型：塑料放入注射机的加料斗中，注射活塞向左移动，推动塑料进入 料筒，有电热装置加热成黏流状态，并以很高的压力和速度，经喷嘴和浇注 系统注射到模具的型腔内而成型。 11、模具的分类：按模具所加工材料的再结晶温度分：冷变形模具热变 形模具温变形模具按模具加工坯料的工作温度分：热作模具 冷作模 具温作模具 按模具的成型材料分：金属成型模具非金属成型模具 模具因为磨损或其他形式失效， 终至不可修复而报废之前所加工的产品 12、 的件数，称模具的使用寿命，简称模具寿命。 13.提高模具寿命：为了提高模具寿命，可分析其内在因素（模具结构，材 料及加工工艺）和外在因素（模具的工作条件和使用维护，制品材质和形状 大小） 解决方法：合理设计模具，正确选材，开发模具新材料，改善原材料质量； 采用先进的热处理工艺，提高模具热处理质量，保证加工质量，采用新的加 工方法；改进压力加工设备和工艺，合理使用，维护模具。 第二章 1、模具服役：模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。 2、模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即散 失服役能力的状态叫模具损伤 3、 模具失效： 模具受到损坏， 不能通过修复而继续服役时叫模具失效。 分 为：正常失效和非正常失效 4、模具正常失效前，生产出合格产品的数目，称模具正常寿命，简称正常 寿命 S。 模具首次修复前生产出合格产品的数目，称首次寿命 S1。 模具一次修复后到下一次修复前所生产出合格产品的数目， 称修模寿命 S2。 模具寿命是首次寿命与各次修模寿命的总和。 5、模具的设计时间(T1） ：从模具设计到模具所有工艺文件、图样完成所用 的时间。 模具的制造时间(T2)：模具从制造开始到初次使用时所用的时间。 模具的安装、调试时间(T3)：模具制造出来后，装在相应生产设备上，调试 生产第一件合格产品所用的时间。 模具修复及维护时间(T4)：模具服役一段时间后，暂时性地失去功能或为了 维护所用的时间。 模具的工作时间(T5)：模具在设备上生产出合格产品所用的时间。 6、生产率与设备工作节奏有关，也与产品批量及模具寿命有关。 减少模具的装配和修模次数与时间， 提高模具的首次寿命与修复寿命， 都能 提高生产率；设备工作节奏越快，模具寿命对生产率的影响就越大。大批量 生产时，缩短制模时间，减少修复次数，将增加工作时间在整个时间的相对 比例，会有效的提高生产率。 7、采用模具生产的产品，其成本由原材料费、工资、设备折旧费、模具费 可分为： 与模具寿命无关的项目和与模具寿命有 及管理费等项目组成。 关的项目。 8、同一批量产品，当采用不同的模具材料、不同的制模工艺时，其模具费 用不同，也会影响产品成本。因此降低产品成本，除了提高模具寿命之外， 还要考虑产品批量与模具寿命的匹配关系。 对于同一产品同一模具材料， 应根据产品批量选取最合理的模具结构。 第三章 一磨损分类：按磨损机理分为磨粒磨损,粘着磨损，疲劳磨损，气蚀和冲蚀 磨损，腐蚀磨损。 1.磨粒磨损：外来硬质颗粒存在工具与模具接触表面之间，刮擦模具表面， 引起模具表面材料脱落的现象 2.影响磨粒磨损的因素：1）磨粒的大小和形状，2）磨粒的硬度 Hm 与模具 材料的硬度 H0，3）模具与工件表面压力 4）磨粒尺寸与工件厚度的相对比 值 3.提高耐磨粒磨损的措施： 提高模具材料的硬度 2） 1） 进行表面耐磨处理 3） 采取防护措施 4.粘着磨损：工件与模具表面相对运动时，由于表面凹凸不平，粘着的节点 发生剪切断裂，使模具表面材料转移到工件上或脱落的现象 5.粘着磨损，分为轻微粘着和严重粘着，其中严重粘着有分为涂抹，擦伤， 胶合。 6.影响粘着磨损的因素 1）表面压力 2）材料性质 3）材料硬度 7.提高耐粘着磨损性能的措施 1）合理选用模具材料 2）合理选用润滑剂的 添加剂 3）采用表面处理 8.疲劳磨损：两接触表面相互运动时，在循环应力的作用下，使表层金属疲 劳脱落的现象 9.疲劳磨损，分为机械疲劳磨损和冷热疲劳磨损 10. 影响疲劳磨损的因素 1）材质 2）硬度 3）表面粗糙度；提高耐疲劳磨 损的措施：合理选择润滑剂，进行表面强化处理 11 气蚀磨损：金属表面的旗袍破裂，产生瞬间的冲击和高温，使模具表面 形成微小麻点和凹坑的现象； 冲蚀磨损： 液体和固体微小颗粒高速落到模具 表面，反复冲击模具表面，使模具表面局部材料流失，形成麻点和凹坑的现 象。 12. 提高抗气蚀冲蚀措施：材料要具有较好的抗疲劳性和抗腐蚀性，还具 有较高的强度和韧性， 工艺上， 降低流体对模具表面的冲击速度， 避免涡流， 消除产生气蚀的条件 腐蚀磨损：在摩擦过程中，模具表面与周围介质发生化学或电化学反 13. 应，再加上摩擦力机械作用，引起表层材料脱落。 14. 磨损的交互作用：模具与工件相对运动中，磨擦磨损情况复杂，一般 不只以一种形式存在。 模具与工件表面产生粘着磨损后， 不分材料脱落会形 成磨粒，进而伴生磨粒磨损。磨粒磨损出现后，使得模具表面变得更粗糙， 又造成进一步的粘着磨损；模具出现疲劳磨损后，同样出现磨损后的磨粒， 造成磨粒磨损，磨粒磨损使得模具表面出现沟痕，粗化，这又加重了进一步 的粘着磨损和疲劳磨损；模具出现腐蚀磨损后，随之而来的是磨粒磨损，进而伴生粘着磨损和疲劳磨损。15 断裂失效：模具出现大裂纹或分离为两部分和数部分，丧失服役能力时，称为断裂失效。 16. 分类：按断裂性质分为塑性断裂和脆性断裂。按断裂路径分为沿晶断 裂，穿晶断裂和混晶断裂。按断裂机理分为一次性断裂和疲劳断裂 17. 形式：模具断裂表现为局部掉块和整个模具断裂成几大块。 18. 断裂力学在模具失效分析中的作用表现为：1 估计模具承载能力，2 估计模具剩余寿命，3 指导修模工艺 19. 影响断裂时效的主要因素：1 模具表面形状 2 模具材料，具体反映在 材料的断裂韧性上 塑性变形失效：模具在使用过程中，发生了塑性变形，改变了集合形 20. 状或尺寸，而不能修复在服役时，称为塑性变形失效。表现为塌陷，弯曲， 镦粗 21. 塑性变形的失效机理：模具在服役时，承受很大的应力，而且一般不 是均匀的。 当模具的某个部位所受的应力超过了当时温度下模具材料的屈服 强度时， 就会以滑移， 孪晶， 晶界滑移等方式产生属性变形， 造成模具失效。 22. 多种失效形式的交互作用：磨损对断裂及塑性变形的促进作用，磨损 沟痕克称为裂纹的发源地， 当由磨损形成的裂纹在有利于其向纵深发展的应 力作用下，就会造成断裂。模具局部磨损后，会带来承载能力的下降及易受 偏载， 造成另一部分承受过大的应力儿产生塑性变形； 塑性变形对磨损及断 裂的促进作用， 局部的塑性变形该不安了零件模具间的配合关系。 模具间隙 不均匀，间隙变小必然造成不均匀磨损，磨损速度加快，间隙不均匀，承力 面变小带来附加偏心载荷以及局部应力过大， 造成应力集中， 由此产生裂纹， 促进断裂失效。 第四章 （一）模具结构模具寿命的影响因素 圆角半径 模具寿命的影响因素 圆角半径：是模具零件上的一个重 要参数，分为外（凸）和内（凹）圆角半径。工作部位的圆角半径的大小不 仅对工艺及成型件质量有影响， 也对模具的失效形式及寿命产生影响。 凸的 圆角半径对工艺影响大；凹的对模具寿命影响大。 几何形状： 从而影响模 几何形状 对成型过程中坯料的流动性及成型力产生很大影响， 具寿命。对于同一工件，凹模角度一定时，挤压力愈小，模具寿命愈高。 模具的结构形式1 整体模具：不可避免的存在凹的圆角半径，很容易造 模具的结构形式 成应力集中，并由此引起开裂。2 组合模具：采用它避免了裂纹的产生，寿 命提高。可根据工作状况，不同模块选用不同材料，便于加工和更换，提高 模具的整体寿命。3 模具的导向：采用导向装置的模具，能保证在模具工作 中模具零件相互位置的精度，增加模具抗弯曲，抗偏载的能力，避免模具不 均匀磨损； 可靠的导向结构对于避免冲头与凹模间互相啃伤极为有效， 对于 小间隙或无间隙的大中型行腔模，冲裁模，精冲模更为重要。除了工作条件 1 不同之外，导向精度的差异也是影响模具寿命的重要因素。 （二） 模具工作条件 成形件的材质 成形件的材质：有金属，非金属，固体，液体之分。 非金属材料，液态材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿 命高， 金属件成形模比非金属的寿命低； 对固态金属而言， 金属件强度越高， 所需变形力越大，模具所承受的力则越大，模具寿命低。坯料的表面状态对 模具受力，磨损也有较大影响。表面光滑，性能均匀好于表面粗糙。 成形件温度： 成形件温度：对材料强度有影响，同时也影响模具与工件的接触面的情况。 坯料温度越高，模具材料强度下降越厉害，温度应力及热冲击愈大，模具寿 命愈低。 设备的精度：模具成形工件的力是由设备提供的，在成形过程中，设备运动 设备的精度 部位（滑块）相对导轨做运动，同时，设备因受力将产生弹性变形。设备运 动部分的导向精度高，上下模不易错位，不易出现附加的横向载荷和转矩， 模具磨损均匀，模具寿命高。注塑机机械压力机模锻锤（导向精度和寿 命） 设备的刚度大， 在成形过程中的弹性变形小， 模具上下模可较好的保证正确 设备的刚度 的配合状态。开式压力机曲柄压力机 螺旋压力机 锤 高速锤 (模具寿命) 润滑:润滑模具与工件的相对运动表面，可减少模具与工件的直接接触，减 润滑 少磨损，降低成形力，润滑剂还可以在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降 低模具温度， 这对提高模具寿命都是有利的。 润滑剂及润滑方式只有根据工 艺特点及模具结构特点合理选定， 才能提高模具寿命。 不适当部位的润滑对 工艺及模具是有害的： 如拉深中润滑工件与凸模的接触面， 模锻时润滑毛边 槽桥部等都会使工艺难进行；另外，若润滑剂燃烧后，转化成高压气体，会 使模具表面产生气蚀磨损。 冷却:成形热工件的模具，会因接受工件的热量而升温，模具温度升高，模 冷却 具强度下降， 为了减少热量， 避免模具温度过高， 强度太低而产生塑性变形， 在使用过程中应及时冷却模具，冷却方式分为内冷 冷却方式分为内冷：该冷却方式较缓和，模 冷却方式分为内冷 具温度小，冷却效果好，模具寿命高，但模具结构复杂；外冷 外冷：冷却效果显 外冷 著，但模具内外温度差大，且模具表面经受较大的急热急冷，易产生疲劳磨 损或疲劳断裂，模具寿命低。 （三） 模具材料性能（ 模具材料的基本性能之使用性能：1 强度 a 屈服强度（C 个马 S） 使用性能： ：材料抗塑 使用性能 性变形的能力 b 断裂强度（C 个马 B） ：抗断裂破坏的能力 c 裂纹临界应力 强度因子 K1c：抗裂纹扩展的能力 2 冲击韧度 ak：承受冲击载荷或冲击能 耐磨性： 耐蚀性： 量的能力 3 耐磨性 抗磨损的能力 4 耐蚀性 抗周围介质腐蚀的能力 5 硬度 抗外部物体压入的能力 6 热稳定性 材料在高温下保持其组织， 热稳定性： 性能稳定的 能力 7 耐热疲劳性 耐热疲劳性：高温下，材料承受应力频繁变化的能力。 工艺性能：1 锻造工艺性能 锻造工艺性能：材料对锻造工艺的适应性 2 切削加工性能 切削加工性能：切 工艺性能 削加工的难易程度 3 热处理工艺性能 热处理工艺性能：热处理时，获得所需组织，性能和尺 寸的难易程度 4 淬透性 淬透性：在一定条件下进行淬火，获得淬透层深度的能力 模具的工作条件与使用性能？ 模具的工作条件与使用性能？ A 室温下冲击力较小工况： 室温下冲击力较小工况： 模具的高温性能无意义， 另外， 由于冲击力较小， 模具材料的韧性要求远没有对强度和耐磨性的要求高， 这类模具 （如冲裁模 拉伸模）的强度愈高，硬度愈高，耐磨性愈好，寿命愈高。B 室温较大：模 室温较大： 具的高温性能无意义， 但模具需具有高的强度， 耐磨性， 并具有较好的韧性， 这类模具有冷镦模，冷挤模。C 高温较小：模具需要高的高温强度，高温耐 高温较小： 磨性，耐冷热疲劳性，热硬度及热疲劳性，同时，应具有适当的冲击韧度， 这类模具有曲柄压力机锻模。D 高温较大：需具有高的高温韧性，同时，应 高温较大： 具有合适的高温强度，热硬性及耐热疲劳性，有锤锻模，高速锤锻模。 根据模具的工作状况， 选用具有适当的强度和韧性匹配的模具， 从而使模具 寿命提高；通过适当的热处理与表面处理，是模具内部韧性高，模具表面强 度高和耐磨性高，能有效的提高模具的整体性能及寿命。 一、模具锻造 （一）模块的加热及冷却 1、模块毛坯的加热 2、模块毛坯的冷却：存在着温度应力、阻止应力， 、 、模块毛坯的冷却：存在着温度应力、阻止应力， 还有锻后残余应力 还有锻后残余应力 （二）锻造操作方法 锻造工序有基本工序、辅助工序、修理工序。模块毛坯锻造时所用的及工序 包括镦粗、拔长、冲孔、扩孔等。所用修整工序为鼓形滚圆、端面平整。 1、镦粗：使坯料高度减小而横截面增大的工序。 、镦粗： 镦粗操作中，尽量减小变形的不均匀、减少鼓形，是避免表面纵裂的途径。 克服此缺陷的方法：凹形坯料镦粗软金属垫镦粗坯料叠起镦粗。 方法： 方法 2、拔长： 使坯料横截面减小、长度增加的工序 相对送进量（L/h）当 、拔长： L/h1 时，拔长出现单鼓形，心部变形很大，得以锻透，但 侧面鼓形大，容易引起侧面裂纹及角裂。 为避免上述缺陷，应取 L/h=0.50.8 3、心轴扩孔：减小空心毛坯壁厚而增加其内外径的锻造工序。 、心轴扩孔： 4、滚圆：是在锻后小区侧面鼓形的修整工序。 、滚圆： 锻比： （三）锻比：是模块锻造时变形程度的一种表示方法：随着锻比增大，锻坯 内部孔隙焊合， 碳化物呗击碎并均匀分布， 锻坯的各个方面的力学性能明显 提高； 当锻比超过一定数值后， 由于形成纤维组织， 横向力学性能急剧下降， 导致出现各向异性。 模具的电加工与机加工： 模具加工包括模具外形加工和工作型腔的加工。 二、 模具的电加工与机加工： 电加工包括电火花、电火花切割、电解。机械加工包括成形磨削、铣削和抛 电加工包括 光。 1、电加工表层组织： （1）附着碳素物质层（2）蒸发熔融转化层（3）融融 残留层（4）热变质层 2、残余应力和龟裂：加工户表面必然存在微小条文、凹凸等形状的不均匀 性，从而带来残余应力分布不均匀，并容易引起应力集中，若应力集中不能 通过模块材料的变形来降低， 局部应力超过了材料的强度极限， 则会在模块 加工面上产生龟裂。 3、加工质量的影响因素（1）工艺参数：加工能量增加，变质层增加，残余 应力增加。 （2）模块材料：对加工变质层的厚度影响不大，对残余应力的分 布影响较大。 （二）磨削加工 1、特点：成形磨削方法有：成形砂轮磨削法、仿形磨削法 和夹具磨削法。其都是高硬度、高速运动的砂轮磨掉模块表层金属。 2、残余应力及裂纹 、残余应力及裂纹受摩擦热的影响，模块表面易发生不均匀回火、淬火， 产生局部硬度变化，使模块的断裂韧度降低，从而形成裂纹。3、影响残余 、 应力的因素： （1）磨削深度 深度小于 0.01mm 时残余应力较小，不会引起 应力的因素： 裂纹（2）砂轮硬度及锋利状态，不锋利砂轮引起发热，温升更高，残余应 力上升（3）回火工艺 回火目的是降低硬度，消除模块在淬火过程中的残 余应力。 模具热处理（一）氧化和脱碳氧化使表面形成氧化皮，影响冷却的均匀 三、模具热处理 性；脱碳则造成淬火后硬度不足，或出现软点。采用盐浴炉加热和箱式保护 加热可有效防止。盐浴炉加热必须充分脱氧且做好捞渣工作;箱式保护加热 须将模具装箱时，加干木炭、干生铁屑、石英砂、氧化铝粉密封。 (二)过热和过烧：由于加热温度过高或高温下加热时间过长，引起晶粒粗化 过热和过烧： 二 过热和过烧 的现象是过热， 温度远远超过了正常的加热温度， 以致晶界出现溶化和氧化 的现象称为过烧。 硬度不足：原因： （三）硬度不足：原因：原材料出现组织缺陷加热温度低，或保温时间 不足，使奥氏体合金化不足冷去速度不够，使得部分奥氏体发生了分解， 而不能形成足够的马氏体加热时表面脱碳回火温度过高， 从而使硬度降 低过多对二次硬化钢来说，回火温度太低或太高。 防止硬度不足措施碳素工具钢不宜多次退火，以防止石墨化用仪表测 防止硬度不足措施 温， 使加热温度正常保温时间的确定应以硬度合格为依据淬火时使冷却速 度大于钢的临界冷却速度做好盐浴的脱氧捞渣， 做好箱式炉等加热工件的 保护校正控温仪表，保证正常准确的回火温度（四）软点 产生原因： 产生原因： （ 模具钢化学成分偏析严重， 退火质量不好， 组织部均匀加热时模具表面 有氧化皮， 锈斑及局部脱碳使用的冷却介质达不到足够强烈的冷却效果 冷却时模具互相接触冷却介质使用过久， 杂质过多碱浴水分过多大尺 寸模具淬入冷却介质中没有作上下和左右的往复运动， 致使凹模型腔或厚薄 交界处粘附气泡，降低了此部位的冷却速度。 防止措施模具材料碳化物偏析应在规定级别淬火加热前除去模具表面 防止措施 的氧化皮和锈斑加热时注意保护， 防止氧化和脱碳选择合适的淬火冷却 介质控制碱浴水分淬火冷却时将模具上下、 左右往复运动， 并防止模具 零件在冷却过程中互相接触。 产生原因： （五）黑色断口 产生原因：炼钢脱氧时用了过量的铝和硅锻造或轧 制终止温度过高， 随后的冷却太慢在 700720 摄氏度进行了长时间退火 对原来具有马氏体组织的钢材进行了长时间的退火当进行秋花退火时， 由 于球化不良，又重新退火，次数多（34 次） ，退火后会有石墨析出。 产生原因： （六）脆性 产生原因：钢材中存在严重的非金属杂物碳化物分布不 均匀原始组织粗大淬火加热温度过高， 或高温停留时间过长回火温度 偏低，回火时间不足在回火脆性区回火。防止措施：严格控制钢材的内 在质量进行预先热处理改善组织选定合适的回火温度， 保证足够的回火 时间尽量避免在回火脆性温度区回火 表面腐蚀原因： （七）表面腐蚀原因：在箱式炉中防护剂使用不良引起氧化、脱碳在盐 浴炉中加热， 盐浴校正剂选用不当模具进行空冷淬火， 或在空气中预冷时 间过长硝盐中存在大量氯离子， 使模具产生电化学腐蚀硝盐使用温度过 高，对模具产生强烈的氧化腐蚀模具淬火于硝盐中，没有往复运动，使模 具周围局部范围内硝盐温度过高模具淬火后没有及时清洗。防止措施： 防止措施： 防止措施 装箱保护盐浴及时脱氧、 捞渣尽量不进行空冷淬火硝盐使用温度不应 超过 500 摄氏度淬火与回火后及时清洗并防锈 产生原因： （八）裂纹 产生原因：原材料内有显微裂纹未经预热而使用过急的 加热速度冷去介质选择不当，冷去速度过于剧烈在 Ms 点以下，冷去速 度过大多次淬火而中间未经充分退火淬火后未及时回火回火不足或 在回火脆性区域回火表面增碳、 脱碳化学热处理不当， 多次渗金属时温 度过高。防止措施： 防止措施： 防止措施 应严格控制原材料内在质量采用预热或充分烘烤 凹槽丝孔、 尖角、 非工作部位的直角尽可能减少其冷去速度模具加热后淬 火前赢进行充分的预冷以减小温差，防止开裂正确选用冷去介质凡水油双介质淬火模具分级冷却模具以淬好模具要立即回火合金钢模具 应采用两次以上回火凡需返修或重新淬火的模具， 必须进行充分的中间退 火。检查裂纹的方法：磁粉探伤法肉眼观察法 检查裂纹的方法： 检查裂纹的方法 热处理变形： （九）热处理变形：分为体积变形和形状变形，产生原因是淬火和回火时热 应力、残余应力以及组织应力，使模具变形。减少热处理变形方法：可通过 合理的预处理， 合理的热处理工艺， 合理的加热速度， 淬火介质和冷去方式， 最后合理地校正进行。同时还应正确地选用钢材，合理设计模具结构型式。 （五） 模具维护和管理）现场维护 现场维护：模具安装在相应的设备上工作之前， 现场维护 2 之后，间隙停顿时的维护称为现场维护。对热作模尤为重要 1 预热：热作模 预热： 具成形的毛坯温度高， 在用室温下模具成形高温毛坯时， 由于巨大的温度差 使模具与毛坯接触的表面温度急剧上升， 带来很大的热应力， 易直接造成模 具开裂。预热是压铸模，热锻模服役中现场维护必不可少的内容。若预热温 度过高，造成模具服役中温度过高，易产生塑性变形，因此，热作模的预热 温度宜 250-300 摄氏度 2 间歇工作时的保温：停工时，如不保温，模具经受 间歇工作时的保温： 一次较大的“冷冲击” ，开工时又经受一次较大的热冲击，这样的急冷急热 带来的热应力与内应力叠加， 易在模具内萌生裂纹并引起开裂 250-300 为宜 3 停工时的缓冷 停工时的缓冷：模具服役后，隔天再用或为了维修拆下前，不让其直接冷 到室温，必须缓冷，使模具的温度缓慢下降，减小“冷冲击” 。 非现场维护： 去应力退火：热作模具服役 非现场维护：模具从设备上拆下来的维修称1 去应力退火 一定时间后， 存在了较大的内应力， 造成模具的塑性变形与断裂 2 超前修模 超前修模： 模具服役一段时间后， 为了提高模具总寿命， 把模具拆下来修理称提前消 除隐患，有利于提高模具总寿命。 模具的管理： 模具的管理：广义上指模具在制造和使用等过程中要严格按规程要求进行， 生产中则指模具有安装，调试，拆卸，运行保管时要遵守规则，避免因人为 的疏忽而带来模具的损伤。对模具种类和数量较多的大型汽车厂尤为重要。 安装前，应检查模具技术状态是否完好，并把设备调到正确的位置，安装时 必须严格按照装模顺序进行，并把模具装在正确的位置后固紧。 使用中， 随时清除杂物并定期检查模具的紧固件是否有松动， 如有应及时固 紧，使用完后应清理杂物后在合模。 模具进库保管时， 应在滑动表面及某些防锈部位涂上润滑油， 其他部位涂漆。 第五章 模具材料 第一节 模具材料概述 1.模具制造包括模具的设计、选材、热处理、机械加工、试调安装等过程。 2.模具类型分为冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其他模具材 料。 3.模具材料的类型：钢铁材料、非铁金属材料、非金属材料。 4.模具材料的一般性能分使用性能、工艺性能。 模具材料使用性能要求：、硬度和耐磨性（冷作模具一般要求硬度在 60RHC 左 右 热 作 模 具 一 般 在 4250HRC 左 右 塑 料 模 具 通 常 在 4560HRC）2 强度和韧性 3 抗热性能（热强性和热硬性热稳定性热 疲劳抗力抗粘着性） 5.抗热处理、热强性（高温强度）和热硬性。蠕变：工作温度高于金属的 再结晶温度、 工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时， 随着时间的延长， 金属发生极其缓慢的变形现象。 （蠕变抗力越大，金属的高温强度越高） 。热 硬性是指材料在升高到较高温度时保持硬度稳定的能力。 、热稳定性 、 热疲劳抗力 受热和冷却交替进行， 模具内部会产生很大的热应力循环 作用，反复进行会发生疲劳现象产生的疲劳称之为冷热疲劳或热应力疲劳 、抗粘着性（抗咬合性） 6.工艺性能要求：、热加工工艺性能:包括锻轧、铸造、焊接等性能。 、 冷加工工艺性能： 包括切削、 抛光、 研磨等性能。 、 热处理工艺性能： 要 求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性小，脱碳敏感性低，特别是 要有足够的淬硬性和淬透性。 淬硬性保证了模具的硬度和耐磨性， 淬透性保 证了尺寸模具的强韧性及断面性能的均匀性。 7.模具选材的一般原则：、使用性能足够 、工艺性能良好 、供应上 能保证 、经济性合理。 8.模具选材考虑因素：一、模具的工作条件因素：、承载受力的大小、速 三、模具所加工 度 、工作温度 腐蚀情况 二、模具的失效因素 的产品因素： 产品批量的大小 、 产品质量的高低 、 产品的材质 四、 模具的结构因素：、模具的大小 、模具的形状 、模具的不同组件、 不同部位 模具组成可分成工作零件与辅助零件。 五、模具的制造工艺 因素 六、模具的设计因素 、不同模具采用不同结构材料 、低级 材料强化处理 9.模具材料的发展趋向： 、 由于压力加工工艺迅速发展、 新工艺不断出现、 对模具的各种要求愈来愈高， 所以对模具材料的性能要求也愈来愈高。 模 具材料由低级材料向高级材料发展， 发展的趋向由碳素工具钢低合金工具 特别是表面强化处 钢高合金工具钢高合金材料 模具热处理新技术， 理工艺发展很快， 在模具中广泛应用， 出现用碳钢及低合金钢等低级材料进 行表面强化处理代替高合金钢的动向。 、 根据生产发展需要和本国资源 情况，模具钢号不断筛选精简、补充更新。 、模具材料以工具钢为主， 也使用高强度结构钢、粉末冶金材料、有色金属和塑料等 从钢材发展到非 钢材料，从金属发展到非金属材料领域。 第二节 冷作模具钢 冷作模具： 在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具， 它包括 冲裁模、拉拔、压型模、冷墩模、冷挤模. 一特点 1）冲裁模 冲裁模：它是带有刃口、工作是冲切、分离材料而获得一定形 冲裁模 状、尺寸工件的模具，包括落料模、冲孔模、切边模等。1 工作条件：主要 承受冲击力、剪切力。2 失效形式：主要是磨损、崩刀。3 性能要求：高硬 度、高耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强度和高的断裂抗力。 拉拔模及成形模： 拉拔模及成形模 它是将棒材和板材进行延伸和压迫使之成为一定形状和尺 寸的产品的模具。 1 工作条件：工作时物料受拉应力延伸变形。2 失效形式：磨损、咬合、擦 伤、变形。 3 性能要求：1 对拉拔模，要有很高的耐磨性和硬度及抗要和性。2 对成形 模要求以上的拉拔模这些性能外，还要一定强韧性。 冷镦模：它是在冲击力作用下降棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模具。 冷镦模 1 工作条件：工作时，物料受强烈镦击。2 失效形式：发生镦粗、局部变形 3 足够的硬度， 凸模 （镦头） 6062HRC,凹模 5860HRC, 及破裂。 性能要求： 要求模具型面有适当的硬化深度（1.5mm）和硬度分布，心部有足够的强 度和韧性。 冷挤模： 冷挤模 使金属在强大的均匀的近于静挤压力作用下产生塑料流动而成形产 品的模具。 1 工作条件：工作时，物料承受强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的流 动，变形位移大。2 失效形式：变形、磨损、冲头折断。3 性能要求：要求 模具具有高的强度和硬度，并有一定的韧性，以防冲击折断。 二冷作模具材料分类 按材料的类型分为：钢铁、硬着合金、低熔点合金、 高分子材料、木材等。 主要用钢材为主，一般用：碳素工具钢、低合金工 具钢、高碳高铬工具钢、高速钢、基体钢、中碳合金钢等。 一、 冷作模具特点：高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。 冷作模具钢通常在成分上意高碳为主， 以满足高硬度和高耐磨性的需要。 如 果为提高模具抗冲击能力， 需增加韧性时， 可选中碳钢， 可用热作模具代替。 在冷作模具钢中加入合金元素时， 主要为提高淬透性和耐磨性， 对耐磨性要 求不高的模具，多加入碳化物形成元素，如 Cr,Mo,W,V 等多元合金钢。 二、 冷作模具钢的分类、性能和选用 按作模具钢的分类和选用主要有： 按成分和性能来分类和选用按元素成 分分类和选用按性能分类和选用 （一） 按成分和性能分类和选用高碳工具钢高碳低合金钢高耐磨钢 特殊用途冷作模具钢 1、高碳工具钢：这类钢的质量分数在 0.7%1.3%之内，价格便宜，原材料 来源方便，加工性好，热处理后可得到较高的硬度和耐磨性，用于制造尺寸 不大，形状简单受力负轻负荷的模具零件。 T8A 钢的过热敏感性大，晶粒易粗化，韧性差，淬火后没有过剩碳化物， 耐磨性差。 T7A 耐磨性不及 T10A，但有较好的韧性，可用于韧性要求高的冷作模具。 T10A（T11A）高碳工具钢中，过热敏性小，能获得比较细小颗粒，适当 热处理后，有较高的强度和韧性，淬火后有未溶碳化物，增加耐磨性。 T12A 钢过剩碳化物多，颗粒大，分布不均，易成网状，使性能变坏，生产 只用于韧性不高，硬度和耐磨性高的切边和剪刀。 2、高碳低合金工具钢：有较高含碳质量分数 0.8%以上，它在碳素工具钢中 加入适量的 Cr,w,Mn,Si,Mo,V 等合金元素， 合金元素总质量风数在 5%以下， 则有良好的耐磨性，淬变形小用于形状复杂，截面积大，承受负载大变形要 求严格的中小型冷作模具中。常用的高碳低合金工具钢有 9Mn2V,MnCrWV,9SiCr,CrWMn,GCr5 等。 9Mn2V 主要用 Mn 来合金化提高钢材的淬透性， 同时加入 Si 或 V 以减少钢 的热敏性。 用途：冷冲模，落料模，弯曲模等。 CrWMn 钢同时含 Cr 和 Mn 具有高淬透性，含有 W，在淬火和低温回火后 比 9Mn2V 和 9SiCr 含有较多的碳化物，具有较高的硬度和耐磨性。 9SiCr 钢是低合金钢，淬硬性和淬透性高。用途：冲模，打印模，滚丝模具 等。 （ 3、高耐磨钢（高碳铬钢，高碳中铬钢，高速钢） 1）高碳高格钢 w(c)1.3%2.3%,w(Cr)11%13%）最常用有 Cr12 和 Cr12MoV Cr12 特点： 硬度和强度高，高耐磨性和淬透性变形小 （2）高碳中铬钢：主要有 Cr6WV,Cr5Mov,Cr4W2WoV 和 6Cr4W3Mo2VNb。 他的含量低，共晶碳化物少均匀，耐磨性好，热处理变形小。应用：制造重 负载，高精度的冷作模具。 （3）高速钢：常用的有 W18Cr4V,w6MO5Cr4V2 和 6W6Mo5Cr4V 以及 W12Mo3Cr4V3N 钢。特点：高硬度，抗压强度和耐磨性，适用于重负载， 高寿命和加工硬材料的冷做模具。 (重点) 冷作模具钢的选材？ 1 模具尺寸不大可选用高碳工具钢： 尺寸较大可选高碳低合金工具钢尺 寸更大可选用合金元素更多的高耐磨钢 2 按模具形状和受力考虑选材：模具形状简单，不易变形，截面大，载荷 轻可选用高碳工具钢（9Mn2V）模具形状复杂，易变形，截面大，载荷 重可选用高耐磨模具钢(Cr12) 3 按模具性能要求考虑选材：模具要求耐磨性高，淬火后变形小可选用高 耐磨钢对载荷冲击大的模具，可选用冲击韧性高的中碳合金钢 4 按模具压制产品的批量考虑选材：压制产品批量小可选用高碳工具钢和 高碳低合金模具钢批量大可选用高耐磨模具钢 5 按模具用途来考虑选材 （二）冷作模具钢按元素成分分类和选用 按元素成分分；A 碳素冷作模具钢：加工性好，便宜，热处理可得到较好 硬度和耐磨性，用于制造尺寸小，形状简单，轻载模具零件 B 低合金冷作 模具钢：强度，耐磨性淬透性不高，适用小型，批量小的冲裁模，弯曲模， 拉延模等。C 中合金冷作模具钢：强度高，淬透性和耐磨性高，适用于中大 型，产品为大批量的冲裁模，弯曲模和拉延模。D 高合金冷作模具钢：强度 高，淬透性和耐磨性好，适用于产品为大批量的冲裁模，弯曲模，拉延模， 镦锻模，冷挤模等 1 冷作模具钢按性能分类和选用 按性能分： 低淬透性冷作模具钢： 1 加工性好， 具有一定的疲劳抗力和韧性， 用于中小批量模具制品和抗冲击载荷模具 2 低变形冷作模具钢：淬透性好， 3 变形易控制，用于中小批量模具制品。3 微变形冷作模具钢：淬透性高，中 等回火抗力， 高耐磨性， 淬后体积变化可控制到微小。 高强度冷作模具钢： 4 抗压强度高， 回火抗力和耐磨性高。 韧性差价格贵。 高强韧性冷作模具钢： 5 高强度高韧性。6 抗冲击冷作模具钢：抗冲击疲劳性好，但耐磨和强度差。 五 新研制和引进的冷作模具钢 （一）高强韧性冷作模具钢基体钢 1 基体钢：指成分与高速钢淬火后的集体组成（M）成分大致相同，性能有 所改善的一类钢，它减少共晶碳化物，其分布均匀，提高了韧性。 2 我 国 研 制 的 冷 作 模 具 集 体 钢 推 广 应 用 的 基 体 钢 ： 65Nb,CG2,012A1,LD1,LM1,LM2 等。65Cr4W3Mo2VNb 钢简称 65Nb，成 分上 w（c）0.2%0.3%可细化晶粒，阻止长大，含 w(c)0.6%0.7%增加了少 量的一次性碳化物，提高耐磨性和高的强度和韧性。 5Cr4Mo3SiMnVAL 钢简称 012AL 是一种冷热模兼用钢，降低了含碳量，提高合晶元素含量， 提高了人疲劳性。 6Cr4Mo3Ni2WV 钢代号 CG-2 钢是一种冷热兼用模具钢 7Cr7Mo3V2Si 钢代号 LD1 钢，其机械加工性 差，并有高耐磨性 565W8Cr4VTi 钢 65Cr5Mo3W2VsiTi 钢代号 LM1 钢 LM2 钢 二微变形空淬钢 1 微变形钢：这类钢有较高的淬透性，可用冷却速度缓和的淬火介质，从而 减少淬火应力， 降低变形开裂倾向， 并在热处理时可调节残余奥氏体和马氏 体相对量比例，因而降低了比例体积差，达到微变形，几乎不变形。 2 微变形钢的类型（主要有 GD,CH-1 钢）1）7CrNiMnSiMoV 钢代号 GD 是 ） 一种高韧性低合金钢，属于低温空淬微变形钢。特点：强韧性好，工艺性能 好，淬火温度低，淬透性好，空淬变形小。2）7CrSiMnMoV 钢代号 CH-1 ） 钢是一种火焰淬火钢，属于低合金空淬微变形钢。特点：良好的淬透性和淬 硬性，能获得较好的强度和韧性配合的性能。 1.引进的冷作模具钢D2 一种高铬性莱氏体模具钢该钢，在性能上有极高 的耐磨性很好的保持刃口锋利性。 用途： 硅钢和薄板的冷冲模， 落料修边模， 冷切剪刃，剪切模，拉丝模等 D7 一种特殊耐磨性的冷作模具钢，用途：落料模，成形模，滚丝模，压 光工具等。A2 属于空淬冷作模具钢。特点：良好的空淬性硬化能。 （冷速 稳定作用：给定淬火温度下，冷却速度越低，残余奥氏体数量越多，此现象 称冷速稳定作用）用途：落料模，成形模，冲头等工具。A7 认为是 A2 改型钢， 成分上 w(v)4.75%,w(c)2.3%等比 A2 增加， 是属于空淬冷作模具钢。 第三节 热作模具钢 1 热作模具：金属材料加热到再结晶温度以上进行压力加工的模具。 2 热作模具的分类：一，按加工形式分：1.热冲切模具；2.热变形模具；3. 压铸模具；二，按模具所加工的条件分：1.加工金属材料模具；2.加工非金 属材料模具； 3 热作模具工作条件的考虑因素：1.设备特性因素；2.被加工材料因素： （1. 加工黑色金属，加工的是一般钢材，则模具受热多，温升高，易软化，磨损 和热疲劳；2.加工有色金属，工作温度相应加工黑色金属低，抗热疲劳的性 能要求不高）3,润滑及冷却条件因素。 （1）高温被加工物料接触模具型面而传导的 4 热作模具工作时的受热原因： 热量； （2）加工时物料与模具型面间产生摩擦时摸彩功转换成热能； （3）被 加工物料在型腔种变形所发生的变形功转换成热能； （4） 工作前模具预热吸 收的热量。 5 模具温度升高的决定因素是： （1）被加工坯料的加热温度； （2）坯料与型 面的接触温度； （3）坯料与模具的导热性； （4）坯料与型面之间的间隙；坯 料在模具型腔种的摩擦与变形程度； （5）润滑与冷却条件，循环周期。 6 模具温度对材料组织和性能的影响： （一）当温度低于模具材料的 AC1， 温度低于回火温度，组织性能基本稳定；温度高于回火温度时，使回火组织 继续转变， 性能也发生相应变化， 包括力学性能的变化和物理学性能的变化； （二）当温度高于模具材料的 AC1 不可能发生相变。发生马氏体相变的条 件是： （1）模具的最高温度高于模具材料的 AC1 线； （2）转变时间足够； （3）模具的最低温度低于模具材料的 MS。当满足以上条件时，模具型面 会出现因马氏体相变而形成的白硬层，超过 AC1 时间越长，马氏体层的厚 度越厚。相变会产生以下影响（1）组织发生变化的同时引起性能的变化； （2）产生组织应力，有时会加剧热疲劳程度； （三）模具反复冷热产生热应 力循环。 7 各类热作模具的工作条件及要求： （一）锤锻模：在高温下通过冲击加压，强迫金属成型的工具。 （1）工作条 件：工作时承受巨大的冲击载荷外，还受到很大的压应力，拉应力和弯曲应 力； （2）失效形式：产生磨损，可能发生断裂，极易产生热疲劳裂纹，引起 塑性变形； （3）性能要求：在高温下保持良好的冲击韧性，搞的赖磨性及一 定的硬度；优良的赖热疲劳性，高的淬透性，使整个截面得到均匀的力学性 能；俩面很好的工艺性和抗氧化性。 （二）告诉锤锻模：一种新型的热锻模具，锤体小，结构简单，锤击速度快， 锻件质量精度高，生产力高，使用薄壁等难成形件，可用作模锻和精密锻造 （2） （1）工作条件：承受了大冲击，高温，强烈摩擦，工作条件苛刻繁重； 失效形式：模具以断裂及磨损为主，机械及冷热应力疲劳均严重，易产生疲 劳裂纹同时还易产生塑性变形； （3）性能要求：强韧性好，有高的强度及韧 性： （三）压力机锻模及热挤压模： （1）工作条件：模具承受巨大压力但冲击力 不太大， 冲击负荷小于锤锻模， 与金属接触时间比锤锻模长， 受热厉害； （2） 热挤压模的温升与以下因素有关：挤压金属因素；挤压工艺因素；毛坯尺寸 因素； （3）失效形式：有脆断，冷热疲劳，塑性变形，磨损及表面氧化腐蚀； （4）性能要求：根据锻压材料及挤压金属的差异，受热情况尺寸大小，受 力状况而定； （四）热冲切（裁）模： （1）工作条件:切边凹模完成剪切过程，因而凹模 刃口与毛坯相摩擦，同时也承受一定的冲击载荷； （2）热冲裁模的受力及温 升的因素：设备因素；坯料因素；机械的热载荷大小因素； （3）失效形式： 刃口磨损，崩刀，卷边； （4）想能要求：高的耐磨性，高的硬度及热硬性。 为避免崩刀，应具有一定的强韧性； （五）压铸模:在高压下使也太金属压铸成形的一种模具.(1)工作条件：工作 中模具反复与炽热金属接触，承受高压作用；经常与液体金属接触，反复多 次被加热，冷却，受到急热急冷的作用；液体金属压铸时，冲刷严重，有强 烈列摩擦； （2）失效形式：疲劳损伤；冲蚀，气蚀腐蚀，尤其是低温合金的 压铸，磨损是主要的是要形式； （3）性能要求：优良的耐冷热疲劳性，避免 多次反复加热和冷却而出现的早期龟裂； 高温下能保持高的强度， 足够的硬 度，高的耐磨性和一定的冲击韧度；高的淬透性，使整个截面性能均与，尤 其对尺寸大的模具更为重要；高的耐热性，抗腐蚀性，抗粘膜性好。 8模具的尺寸越大，则硬度越低；尺寸越小，硬度越高；形状越复杂则硬 度越低；反之则形状越简单则硬度越高。 9热作模具钢的特点： （1）大多数为合金工具钢，少数用高温合金和硬质 合金； （2）为满足较高韧性，导热性和合金含量的要求，这类模具钢的碳的 质量分数较低，为中碳成分； （3）随锻压机械能力的加大，加工件形状的复 杂化和尺寸精度要求的提高以及加工材料加工难度的增大，模具趋向大型 化，高精度，高性能，材料趋向多元合金化和合金总含量增大； （4）热作模 具钢的模体部分一般不用碳素钢制造， 这是因为碳素钢的淬透性， 热疲劳抗 力差，脆性大，易崩裂。 （1）按用途分：锤锻模具用钢，机械和热挤压模具 10,热作模具钢的分类： 用钢，压铸模具用钢，热冲裁模具用钢； （2）按性能分：高韧性热作模具钢， 高热强性热作模具钢，高耐磨性热作模具钢； （3）按合金元素分类：低合金 热作模具钢，中合金热作模具钢，高合金热作模具钢； （4）按合金元素含量 及热处理后性能分类：低耐热高韧性钢，中耐热韧性钢，高耐热性钢，特殊 用途模具钢。 低耐热高韧性钢：种 (四)热作模具钢按元素含量及热处理后性能分为：1 低耐热高韧性钢 类 5CrNiMo,5CrMnMo,4CrMnSiMoV,5Cr2NiMoV 等 特点： 成分上 W(C)0.4%0.6%属于亚共析钢或接近共析钢其中 Cr-Mn,Cr-Ni 配和 加入提 高淬透性和强化作用。加入 Mo 可提高回火抗力，防止回火脆性，加入 V 可细化晶粒，加入 Mo,V 可形成碳化物，提高耐磨性。 性能上：淬透性高，有一定的回火稳定性和高温强度，耐热性差，该钢有 高的冲击韧性和高的疲劳强度，属于高韧性钢，同时还有导热性，好的抗氧 化性和加工工艺性 各钢号