模具工程材料说明

1、现代模具的特点 1面大量广，品种繁多 2 作为批量生产， 模具在 提高经济效益方面起着关键作用 3 模具生产阻碍到产品开发更 新换代和进展速度 4 它的寿命阻碍到产品的成本 5现代模具向大 型化、复杂化周密化进展。模具的分类：冷作模具、热作模具、 型腔模具模具材料的分类： （ 1）钢铁材料，通常将模具钢分为冷 作模具钢、热作模具钢、橡塑模具钢三类。 （2）非铁金属材料， 要紧有铜基合金、低熔点合金、难熔合金、硬质合金、钢接硬质 合金等（ 3）非金属材料，用于制造模具的非金属材料要紧有陶 瓷、橡胶、塑料等模具失效的形式：断裂失效、磨损失效、疲劳 失效、变形失效、磨蚀失效锻造的目的：锻造的第一个目

2、的是使 刚才打到模具毛坯的尺寸及规格， 为后续加工做好预备。 锻造的 第二个目的是改善模具钢的组织和性能， 使大块碳化物破裂， 并 均匀分布，改变金属纤维的方向性，使流线合理分布，消除或减 轻冶金缺陷， 提高模具钢的致密度预备热处理的目的为模具的机1 / 26械加工和最终热处理做组织预备， 其关键的因素是加热温度， 冷 却温度或等温温度的选择。模具材料的选用原则：生产批量，当工件的生产批量专门大时，凸、凹模材料应选取质量高、耐磨 性好的模具钢； 关于模具的其他共同以结构部分和辅助结构部分 的两件材料要求，也要相应的提高。在批量不大时，可考虑降低 成本，可适当放宽对材料性能的要求。被冲压材料的性

3、能、工 序性质和凸、 凹模的工作条件。 当被冲压加工的材料较硬或变形 抗力较大时，模具凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料；关 于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模， 应选取有足够硬度、 强度、 韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢， 同时应具有一定的 红硬性和热疲劳强度等。材料性能，应考虑模具材料的冷、热 加工性能和工厂现有条件。生产、使用情况，应考虑我们模具 钢的生产和使用情况冷作模具钢的一般性能要求 1 高硬度高耐 磨性 2较高的强度和足够韧性 3良好的工艺性冷作模具材料的性 能要求：（1）变形抗力，衡量冷作模具材料变形抗力的指标要紧 有硬度、抗压强度、抗弯强度。 （ 2）断裂能力（ 3）

4、耐磨性（ 4） 咬合能力（ 5）受热软化能力冷作模具材料的使用性能要求： （1） 锻造工艺性， 良好的锻造工艺性是指可锻性好。 （2）切削加工性， 切削工艺性是指可加工性和可磨削性； （ 3）热处理工艺性，包括退火工艺性， 淬透性，淬硬性， 脱碳、侵蚀敏感性， 过热敏感性， 淬火变形倾向 冷作模具材料的内部冶金质量要求： （ 1）化学成 分不均匀性；（2）磷和硫的含量；（3）钢中夹杂物；（3）碳化物 不均匀性；（5）疏松冷作模具钢的选用原则：首先要满足模具的 使用性能要求， 同时兼顾材料的工艺性和经济性。 具体选择时应 从模具的种类、结构、工作条件、制品材质、制品形状和尺寸、 加工精度、 生产

5、批量等方面综合考虑， 最后依照模具使用寿命和 模具成本做出选择。 冷作模具钢的热处理工艺工序在安排上应注 意：（1）为减少热处理变形，关于位置公差和尺寸公差要求严格 的模具，常在机加工之后安排高温回火或调质处理。 （ 2）由于线 切割加工破坏了脆硬层，增加了脆硬层脆性和变形开裂的危险， 因此，线切割加工之前的淬火、回火，常采纳分级淬火或多次回 火和高温回火， 使淬火应力处于最低状态， 幸免模具线切割时变 形、开裂。（3）为使线切割模具尺寸相对稳定，并使脆硬层组织 组织有所改善， 工件经线切割后应及时进行再回火， 回火温度不 高于淬火后的回火温度。 硬质合金将高熔点， 高硬度的金属碳化 物的粉末

6、和粘结剂混合， 加压成型在经烧结而成的一种粉末冶金 材料。按碳化物的不同，通常分为钨钴类和钨钴钛类，冷冲裁模 用的一般是钨钴类。共性是高硬度高耐磨和高的抗压强度，但脆性大，不能锻造、 热处理和切削加工。 要紧用于多工位级进模， 大直径拉伸凹模的镶块、拉丝模、冷挤压模等。钢结硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，以合金钢为粘结 剂，用粉末冶金方法产生的一种新型模具材料。 它具有硬质合金 的高硬度，高耐磨和高抗压性又具有钢的可加工性，热处理性。以WC为硬质相的钢结硬质合金， 简称为DT钢，可用于制作冷镦 模，冷挤压模， 冷冲模， 拉伸模等。 但价格昂贵， 小批量生产时， 技术经济效益不明显。冷冲裁模

7、的选用原则： 1 冷冲裁模的寿命 2冲压件的材质 3 冲压件的形状，尺寸，厚度，精度及毛刺要求 等 4 价格；要紧是对刃口的要求， 应有高硬度和高耐磨性及一定 的韧性冷拉伸模的材料选用：若被拉伸材料较薄，强度较低，塑 性较好，模具承载较轻时，属轻载拉伸；若被拉伸板材强度较高 板材较厚时则承载较大为重载拉伸；在拉伸时，冲击力专门小， 要紧要求模具具有较高的强度和耐磨性， 工作时不发生粘附和划 伤，并具有一定的韧性和较好的切削加工性，热处理变形小。选 材与被拉伸材料的类不厚度和变形率有关。轻载拉伸可选T8A,9Mn2V和CrWMn重载，可选 Cr12WMnCr12或钢结硬质合金 等。关于小批量的拉

8、伸模可选用较低档的材料，如表面淬火钢，Cr。甚至铸铁等；大批量时，应对模具进行渗氮，硼，钒或镀硬对中碳合金钢模具进行渗碳等表面处理冷挤压模的选用制作冷 挤压模的材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性， 一般要求硬 度为6163HRC由于承受极大的挤压力， 故要求抗压强度高，为 防折断抗弯强度也要提高， 并要求具有较高的强度和硬度及较高 的 冷 热 疲 劳 抗 力 。 目 前 常 用 的 材 料 有 60Si2Mn,Cr12,Cr12MnV,W18Cr4V及低碳高速钢 6W6Mo5Cr4基体 钢LD,65Nb,012AI低合金高强韧性钢 GD马氏体时效钢，硬质 合金等冷镦模具材料的选用要求凸模材料

9、有高的强韧性、 抗弯强 度和高的耐磨性； 凸模材料必须具备高强度、 高硬度及高的冲击 韧性。关于形状不复杂变形量不大的一般载荷冷镦模， 凸模可用 T10A,60Si2Mn,9SiCr,GCr15 等，凹模可用 T10A,Cr12MoVGCr15 等。变形量大， 形状较复杂的重载冷镦模用钢为强度较高的合金 钢或中、高碳钢， 如 Cr12, 高速钢等冷作模具的制造工艺路线1）一般成形冷作模具：锻造球化退火机加工成形淬火+回火钳修装配 ;2 ）成形磨削及电加工冷作模具： 锻造球化退火 机械粗加工淬火 +回火精加工 （凸模成形磨削， 凹模电加工） 钳修装配 3）复杂冷作模具：锻造球化退火机械粗加工 退

10、火或调质精加工钳修装配冷作模具的强韧化处理低淬+低5 / 26回；高淬 +高回；微细化处理；等温淬火和分级淬火等热作模具钢的分类： 热作模具钢按用途能够分为热锻模用钢、 热挤压模用 钢和压铸模用钢，又可细分为锤锻模用钢、机锻模用钢、热挤压 模用钢、热锻模用钢、热冲裁模用钢和压铸模用钢。按耐热性分 类能够分为高耐热性用钢、 中耐热性用钢和低耐热性用钢， 或按 热油性能分为高韧性钢、 高热强性钢和高耐磨钢。 按合金元素分 类能够分为钨系热模钢、 铬系热模钢、 铬铂系及铬钨铂系热模钢， 或按合金元素含量多少分为低合金热作模具钢、 中合金热作模具 钢和高合金热作模具钢。 高韧性热作模具钢的差不多性能：

11、 淬 透性高，以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致的力学性 能。冲击韧性好、热疲劳抗力高，以保证能承受冲击载荷及在 急冷急热反复冲击下不至于发生龟裂。 导热性好， 以保证模具 型腔表面的热量尽快传导外散， 降低模具的温升， 有利于减少热 磨损及热疲劳损伤。 较高的抗回火稳定性及高温强度， 以减少 热塑性变形。 较好的抗氧化性能和加工工艺性能。 热锻模具钢 的性能要求： 高的冲击韧度和断裂韧度。 高的高温硬度及高 温强度。高的淬透性。高的热疲劳抗力。较高的回火稳定 性。良好的工艺性能及抗氧化性。铸造模块的性能特点：铸 造模块的耐磨性优于锻造模块。 铸造模块裂纹扩展速度比锻钢6 / 26模具慢

12、， 应力集中敏感性比锻钢模块低， 这些都有利于模具寿命 的提高。铸造模块冲击韧度值低于锻造模块。热锻模具淬火工艺的特点 1因锻模尺寸较大， 大多采纳箱式电炉 加热。为防止加热过程中产生氧化脱碳， 对模具型腔表面及燕尾 加以爱护。 2 装炉应注意模块的装置，以使加热均匀。装炉温度 不宜太高，以防产生裂纹。 3近年研究表明： 随淬火温度的提高， 钢的断裂韧性有所提高，钢的抗回火能力和热稳定性也得到提 高；淬火温度提高后，还能推迟热疲劳裂纹的产生；而淬火温度 提高后，又使奥氏体晶粒粗大，降低钢的冲击韧性；但通过回火 温度的调整，可使钢的冲击韧性到达模具的要求。 4 淬火前对模 具采纳延时冷却等工艺措

13、施，可幸免淬火变形及开裂倾向。 5 保 温时刻的计算，应将装箱厚度作为模具厚度的一部分加以计算， 且采纳加热系数的上限。 6 淬火冷却时阻碍模具质量的关键，冷 却时应注意入油方向并适当摆动及冷却介质的循环。 7 淬火后的 回火。淬火目的是调整模块的力学性，能消除应力，稳定组织和 尺寸。 所达硬度是以模具不发生脆断的最高硬度值， 则模具既有 专门高的耐磨性， 又有专门高的塑性抗变形能力， 以免模具的早 期磨损，变形失效和早期脆断。陶瓷型精铸锻模工艺：工艺概述：采纳陶瓷型周密铸造工艺，将锻模型腔精铸成型，型腔无需再机械加工。工艺优点： 1 省时 2 省料 3设备投入少，工艺易掌握 4 模具寿命长。工艺路线：预备 母模沙套造型陶瓷型灌浆起模喷烧焙烧烘干浇注 清理退火机加工淬火 +回火；精铸模块的性能特点： 1 耐磨性优于锻造模块（尤其是采纳金属衬陶瓷型水冷工艺） ； 2 应力集中敏感性低于锻造模块 3 但冲击韧性值低于锻造模块。 铸 钢堆焊大型锻模容易产生裂纹，防止产生裂纹的要紧措施为： 1 合理设计堆焊槽 2 选用桥当的堆焊工艺参数： 高压，低电流易得 优质焊缝；为获得均匀焊缝，在焊接过程中应逐渐降低电压，且 不断地调节电流。双金属电渣熔铸模块技术： 1 应用：使