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1、模具材料及模具價格估算,主 編 張清輝,,來自資料搜索網(wǎng)( ), 海量資料下載,概 論,第1章 冷作模具材料,第2章 熱作模具材料,第3章 塑料模具材料,第4章 模具表面處理技術(shù),第5章 模具概述,第6章 模具價格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及評價方法,第7章 沖壓模具價格估算,第8章 型腔模具價格估算,第9章 其它模具價格估算,模具材料及模具價格估算 助學(xué)課件,概 論,0.1 模具材料在模具工業(yè)中的地位 0.2 模具材料的應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢 0.3 模具表面處理技術(shù) 0.4 本課程的性質(zhì)和要求 0.5 模具材料的分類 0.6 模具材料的主要性能指標(biāo) 0.7 模具的失效形式 0.8 影響模具壽命的主要因素,

2、第1章 冷作模具材料,1.1 冷作模具零件的失效形式 1.1.1 冷作模具的工作條件 1.1.2 冷作模具的失效形式 1.1.3 冷作模具材料的性能要求 1.2 冷作模具材料 1.2.1 低淬透性冷作模具鋼 1.2.2 低變形冷作模具鋼 1.2.3 高耐磨微變形冷作模具鋼 1.2.4 高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼 1.2.5 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼 1.2.6 高耐磨高強(qiáng)韌性冷作模具鋼 1.2.7 特殊用途冷作模具鋼 1.2.8 硬質(zhì)合金 1.3 冷作模具零件的熱處理工藝 1.3.1 冷作模具的熱處理工藝 1.3.2 主要冷作模具的熱處理特點(diǎn),第2章 熱作模具材料,2.1 熱作模具零件的失效形式

3、 2.1.1 熱作模具的工作條件 2.1.2 熱作模具的失效形式 2.1.3 熱作模具材料的性能要求 2.2 熱作模具材料 2.2.1 熱作模具鋼的分類及鋼號 2.2.2 熱鍛模用鋼 2.2.3 熱擠壓模用鋼 2.2.4 壓鑄模用鋼 2.2.5 其它熱作模具材料 2.3 熱作模具零件的熱處理工藝 2.3.1 主要熱作模具的制造工藝路線 2.3.2 主要熱作模具的熱處理特點(diǎn),第3章 塑料模具材料,3.1 塑料模具零件的失效形式 3.1.1 塑料模具的工作條件 3.1.2 塑料模具的主要失效形式 3.1.3 塑料模具材料的性能要求 3.2 塑料模具材料 3.2.1 滲碳型塑料模具用鋼 3.

4、2.2 淬硬型塑料模具用鋼 3.2.3 預(yù)硬型塑料模具用鋼 3.2.4 時效硬化型塑料模具鋼 3.2.5 耐蝕塑料模具鋼P(yáng)CR 3.2.6 其它塑料模具材料 3.3 塑料模具零件的熱處理工藝 3.3.1 塑料模具的制造工藝路線 3.3.2 塑料模具的熱處理特點(diǎn) 3.3.3 塑料模的表面處理,第4章 模具表面處理技術(shù),4.1 表面化學(xué)熱處理技術(shù) 4.1.1 滲碳 4.1.2 鋼的滲氮（氮化） 4.1.3 滲硼 4.1.4 碳氮共滲 4.2 涂鍍技術(shù) 4.2.1 電鍍 4.2.2 電刷鍍 4.2.3 化學(xué)鍍 4.2.4 熱浸鍍 4.3 氣相沉積技術(shù) 4.3.1 化學(xué)氣相沉積 4.3.2 物

5、理氣相沉積 4.4 其它表面處理技術(shù) 4.4.1 熱噴涂 4.4.2 激光表面處理 4.4.3 離子注入 4.4.4 電子束表面處理,第5章 模具概述,5.1 模具的基本知識 5.1.1 模具成形工藝特點(diǎn) 5.1.2 模具的分類 5.2 模具設(shè)計及其特點(diǎn) 5.2.1 模具設(shè)計 5.2.2 模具設(shè)計特點(diǎn) 5.3 模具制造及其特點(diǎn) 5.3.1 模具制造方法 5.3.2 模具制造特點(diǎn) 5.3.3 模具制造的工藝特點(diǎn) 5.3.4 模具制造的發(fā)展方向,第6章 模具價格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及評價方法,6.1 模具的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 6.2 模具價格的構(gòu)成 6.2.1 模具生產(chǎn)的一般過程 6.2.2 模具價格的基本

6、構(gòu)成及計算公式 6.2.3 模具價格的基本構(gòu)成費(fèi)用分解 6.3 模具價格的評價方法 6.4 模具估價與報價關(guān)系 6.5 模具報價單的填寫,第7章 沖壓模具價格估算,7.1 沖壓模具概述 7.1.1 沖壓模具的分類 7.1.2 沖壓模具的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn) 7.2 小型沖壓模具價格估算 7.2.1 小型沖壓模具的特點(diǎn) 7.2.2 小型沖壓模具的種類 7.2.3 小型沖壓模具的制造工藝 7.2.4 小型沖壓模具價格估算方法適用范圍 7.2.5 小型沖壓模具價格的構(gòu)成 7.2.6 小型沖壓模具價格估算方法 7.2.7 小型沖壓模具價格估算步驟 7.3 中、大型沖壓模具銷售價格估算 7.3.1 中、大型沖

7、壓模具的特點(diǎn) 7.3.2 中、大型沖壓模具的種類 7.3.3 中、大型沖壓模具的制造特點(diǎn)及工藝順序 7.3.4 中、大型沖壓模具價格估算方法適用范圍 7.3.5 中、大型沖壓模具價格的構(gòu)成 7.3.6 中、大型沖壓模具價格估算方法 7.3.7 中、大型沖壓模具價格估算步驟,第8章 型腔模具價格估算,8.1 型腔模具概述 8.1.1 型腔模具的分類 8.1.2 注塑模具概述 8.1.3 型腔模具的制造特點(diǎn) 8.1.4 注塑模具的制造工藝 8.2 注塑模具價格估算方法適用范圍 8.3 注塑模具價格的構(gòu)成 8.4 注塑模具價格估算方法 8.5 注塑模具價格估算步驟,第9章 其它模具價格估算

8、,9.1 鍛造模具價格估算 9.2 粉末冶金模具價格估算 9.3 冷擠壓模具價格估算 9.4 玻璃模具價格估算 9.5 橡膠模具價格估算 9.5.1 依據(jù)材料費(fèi)用估算橡膠模價格 9.5.2 類比法估算橡膠壓制成形模具價格 9.6 簡易沖壓模具價格估算,0.1 模具材料在模具工業(yè)中的地位,模具是制造技術(shù)的核心，工業(yè)要發(fā)展，首先要發(fā)展模具工業(yè)。模具作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個行業(yè)，量大面廣，品種繁多。 “模具是工業(yè)之母”，模具性能好壞，壽命高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。而模具材料與熱處理、表面處理是影響模具壽命諸因素中的主要因素。所

9、以，目前世界各國都在不斷地開發(fā)模具新材料，改進(jìn)熱處理工藝和表面強(qiáng)化技術(shù)。,,（1）在冷作模具鋼方面：開發(fā)了一批高性能的新鋼種，如7CrSiMnMoV(CH-1)、Cr12Mo1V1(D2)鋼等。 （2）在熱作模具鋼方面：研制新鋼種，如4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)；熱鍛、熱擠、精鍛、輥鍛用的4Cr3Mo3W4VNb（GR）等；冷熱兼用的5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）等。這些鋼具有高的熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度、熱疲勞性及耐磨性。 （3）塑料模用鋼方面：開發(fā)了如預(yù)硬鋼3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo(718)等，時效硬化鋼25CrNi3MoAl(25CrNi

10、3)；耐蝕鋼0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)；鏡面塑料模具鋼10Ni3CuAlMoS（PMS）等。這些鋼種強(qiáng)韌性適當(dāng)，熱處理工藝較簡便，變形小，易于切削加工。,0.2 模具材料的應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢,,0.3 模具表面處理技術(shù),采用表面處理技術(shù)可以延緩和控制表面的破壞，成為提高模具壽命的有效方法，在解決問題的同時，促進(jìn)了表面處理技術(shù)的發(fā)展。 目前表面處理技術(shù)發(fā)展的主攻方向?yàn)橐韵氯矫婕夹g(shù)： （1）離子技術(shù)：包括等離子和離子束技術(shù)。 （2）激光技術(shù)：包括激光涂鍍、激光熱處理、激光熔融。 （3）復(fù)合技術(shù)：復(fù)合技術(shù)大多是為涂鍍耐磨層而開發(fā)的。,,0.4 本課程的性質(zhì)和要求,知識教學(xué)目標(biāo): （1）

11、了解當(dāng)前模具材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 （2）模具材料及表面處理與模具使用性能、壽命、成本間的關(guān)系。 （3）初步掌握常用冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料的牌號、性能特點(diǎn)及工藝特點(diǎn)。 （4）熟悉常見的模具表面處理方法。 能力培養(yǎng)目標(biāo)： （1）具有合理選用模具材料的初步能力。 （2）具備正確制訂常用模具材料熱處理工藝的初步能力。 （3）具備根據(jù)模具要求，合理選用模具表面處理方法的初步能力。,本課程是模具設(shè)計與制造專業(yè)的專業(yè)課程。課程任務(wù)是使學(xué)生具有必需的模具材料及表面處理方面的基本知識和基本技能。,,0.5 模具材料的分類,模具材料的品種繁多、分類方法也不盡相同。由于模具鋼是制造模具的主要材料

12、，所以我們可將材料分類如下：,根據(jù)模具的工作條件不同，一般把模具鋼分為三類: 1.冷作模具鋼 2.熱作模具鋼 3.塑料模具鋼。,,0.6 模具材料的主要性能指標(biāo),（1）強(qiáng)度:表征材料變形抗力和斷裂抗力的性能指標(biāo)。 （2）硬度:衡量材料軟硬程度的性能指標(biāo)，實(shí)際上它是表征著材料對變形和接觸應(yīng)力的抗力。 （3）塑性:衡量模具鋼塑性通常采用斷后伸長率和斷面收縮率兩個指標(biāo)。 （4）韌性:材料在沖擊載荷作用下抵抗產(chǎn)生裂紋的特性，反映了模具的脆斷抗力。 （5）疲勞抗力：材料在交變載荷作用下抵抗疲勞破壞的性能指標(biāo)。,a.洛氏硬度HR b.布氏硬度HB c.維氏硬度HV,,0.7 模具的失效形式,模具失效是指模

13、具喪失正常工作能力。具體是指模具工作部分發(fā)生嚴(yán)重磨損或損壞而不能用一般修復(fù)方法（刃磨、拋磨）使其重新服役的現(xiàn)象。 模具壽命是指模具自正常服役至必然失效期間內(nèi)所能完成制件加工的次數(shù)。 模具的主要失效形式是斷裂、過量變形、表面損傷和冷熱疲勞。,,0.8 影響模具壽命的主要因素,（1）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計對模具壽命的影響 （2）模具材料對模具壽命的影響 （3）模具制造質(zhì)量對模具壽命的影響 （4）模具的熱處理質(zhì)量與表面強(qiáng)化對模具壽命的影響 （5）模具的使用對模具壽命的影響,a.模具零件加工精度的影響 b.模腔表面粗糙度的影響 c.模具硬度均勻性的影響 d.模具裝配精度的影響,a.機(jī)床設(shè)備的特性。 b.

14、被加工材料的性質(zhì)。 c.模具的安裝和使用條件。 d.模具的操作規(guī)程及維護(hù)。,,,1.1 冷作模具零件的失效形式,冷作模具主要有如下幾種類形： 冷沖裁模、冷擠壓模、冷鐓模、拉深模、冷彎曲模等。 冷作模具的材料有： 冷作模具鋼、硬質(zhì)合金、鑄鐵、銅合金、鋅基合金等。 冷作模具主要用于完成金屬和非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序。由于加載形式和被加工材料的性質(zhì)、規(guī)格不同，因而各種模具的工作條件差別很大，故其失效形式也不相同。,1.1.1 冷作模具的工作條件,1.冷沖裁模的工作條件 冷沖裁模主要用于各種板材的沖切及成形。模具的工作部位是凸、凹模的刃口，刃口工作時受到壓力及摩擦力的作用。根

15、據(jù)被切板料的厚度，冷沖裁模具分為薄板沖裁模（板厚1.5mm）和厚板沖裁模（板厚1.5mm）兩種，在沖裁軟質(zhì)薄板時，沖頭的壓力并不大。在沖裁中、厚鋼板時，尤其是在厚鋼板上沖小孔，沖頭所承受的單位壓力很大，對模具要求更高。,1.1.1 冷作模具的工作條件,2.冷彎曲模的工作條件 冷彎曲模主要用于各種金屬零件的彎曲成形，作用于模具的力量不很大。但對有些模具的形狀過于復(fù)雜，而造成巨大的應(yīng)力集中時，則要求具有高的斷裂抗力。,1.1.1 冷作模具的工作條件,3.冷拉深模的工作條件 冷拉深模主要用于軟質(zhì)板材的冷拉深成形，這一工序的工作應(yīng)力不大，要求模具的工作面保持較低數(shù)值粗糙度不發(fā)生黏附磨損和擦傷。如果

16、被拉深的板材較薄、強(qiáng)度較低、塑性較高、模具承受載荷較輕時，屬于輕載拉深；如被拉深材料強(qiáng)度較高或板材較厚時，則模具承受載荷較大，屬于重載拉深。,1.1.1 冷作模具的工作條件,4.冷鐓模的工作條件 冷鐓成形工藝主要用在緊固件、滾動軸承、滾子鏈條、汽車零件等。零件的冷鐓成形在冷鐓機(jī)上進(jìn)行，冷鐓頻率為60120次/min，沖擊力從300KN到2500K。冷鐓凸模承受強(qiáng)烈的沖擊力，又由于被鐓材料硬度不均，坯料端面不平，冷鐓機(jī)精度不夠等原因，還可使凸模產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；凸模表面還承受劇烈的沖擊性摩擦，可使凸模面磨損。冷鐓凹模的型腔承受沖擊性脹力，型腔表面還承受強(qiáng)烈的摩擦和壓力。,1.1.1 冷作模具的工作

17、條件,5.冷擠壓模的工作條件 冷擠壓成形時,凸模受到巨大的壓應(yīng)力，當(dāng)毛坯端面不平整，凸模和凹模不同心時，凸模必然會受到彎曲應(yīng)力的作用，此外，脫模時由于毛坯與凸模之間的摩擦，使凸模還受到拉應(yīng)力的作用。因此，在多種作用力的疊加作用下，在凸模應(yīng)力集中處，極易發(fā)生脆性斷裂（折斷、劈裂）等。同時，凹模內(nèi)壁受到變形金屬的強(qiáng)烈摩擦，容易導(dǎo)致磨損，此外，凹模還受到切向應(yīng)力的作用，有脹裂的可能。,,1.1.2 冷作模具的失效形式,1.冷作模具的主要失效形式 （1）斷裂失效 （2）變形失效 （3）磨損失效 （4）咬合失效 （5）啃傷失效,,,（1）斷裂失效 模具在使用中突然出現(xiàn)裂紋或發(fā)生破損而失效，按其損壞

18、情況可分為局部破損（剝落、崩刃、掉牙等）和整體性破損（如碎裂、斷裂、脹裂、劈裂等）。它們的特點(diǎn)是破損大多產(chǎn)生在受力最大的工作部位，或是在截面變化的應(yīng)力集中處。 按斷裂過程特征可分為脆性斷裂和疲勞斷裂兩種形式。 1）脆斷失效:主要是由于模具存在冶金缺陷。 2）疲勞斷裂失效:主要是由于循環(huán)應(yīng)力所造成，其斷裂過程要比脆斷失效緩慢的多。,,（2）變形失效 模具在使用過程中發(fā)生塑性變形，失去原有的幾何形狀，通常發(fā)生在硬度偏低或淬硬層太薄的模具，具體表現(xiàn)為凸模鐓粗、彎曲；凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、?？酌洿蟮?。,,（3）磨損失效 冷作模具在工作時，坯料沿著模具表面既滑動又流動，使模具與坯料間產(chǎn)生了很大

19、摩擦力，造成模具表面被劃出或多或少的凹凸痕跡，這些痕跡與坯料表面的凹凸不平相咬合，在模具表面逐漸產(chǎn)生了機(jī)械破損而磨損。如果在凸凹模之間夾有細(xì)而硬的夾雜物如氧化物等，將導(dǎo)致模具磨損加劇，以致于使模具和坯料表面刮傷或黏著等。 在模具中常遇到的磨損形式有，磨料磨損、黏著磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損等。,,（4）咬合失效 當(dāng)坯料與模具表面接觸時，在高壓摩擦下，潤滑油膜破壞，發(fā)生咬合。此時，金屬坯料“冷焊”在模具型腔表面上，使后續(xù)加工的工件表面就會被冷焊在型腔表面的金屬瘤劃出道痕。造成工件表面粗糙度值變大，甚至出現(xiàn)溝槽。 在彎曲、拉深、冷鐓、冷擠壓等成形中，咬合是最常見的一種失效形式。當(dāng)工件表面出現(xiàn)

20、劃痕和拉溝時，模具必須進(jìn)行研磨與拋光，特別是在拉深成形中出現(xiàn)咬合現(xiàn)象時，模具必須經(jīng)過修整后才能繼續(xù)生產(chǎn)。,,（5）啃傷失效 當(dāng)沖頭與凹模直接碰撞時，將出現(xiàn)啃傷失效。其表現(xiàn)形式為模具刃口崩裂，使沖件的毛刺突然增大。一旦出現(xiàn)啃傷后，模具的修磨量劇增到0.50.2mm，才能去除損傷部分恢復(fù)銳利的刃口。,2.各類冷作模具的失效特點(diǎn) （1）冷沖裁模 （2）冷拉深模 （3）冷鐓模 （4）冷擠壓模,1.1.2 冷作模具的失效形式,,,（1）冷沖裁模 磨損是沖裁模最基本的失效形式，當(dāng)刃口磨損嚴(yán)重時，會使沖件產(chǎn)生毛刺，此時模具就會因磨損超差而不能再用。當(dāng)沖件厚度大或具有較強(qiáng)的磨粒磨損作用（如硅鋼片等）或咬合

21、傾向（如奧氏體鋼）時，都會加快磨損失效。 薄板冷沖裁模的主要失效形式是磨損，極少情況是脆斷失效，脆斷的原因主要是熱處理不當(dāng)或操作失誤；厚板沖裁模除磨損外，還可能發(fā)生崩刃、斷裂等。,（2）冷拉深模 在拉深外觀要求光滑的各種儀表、電器、汽車、輕工產(chǎn)品的工件時，模具主要是由于咬合而失效。黏附是拉深過程常出現(xiàn)的問題，是造成模具咬合失效的重要原因，模具表面越硬，越光潔，如在潤滑條件較好的條件下拉深，則越不易發(fā)生黏附現(xiàn)象。,,（3）冷鐓模 冷鐓模主要的失效方式是開裂、折斷，即由韌性不足引起的損傷占有很大比例，因上述原因?qū)е碌氖д?0%以上，材料韌性不足極大影響著模具壽命。,,（4）冷擠壓模 冷擠凸模

22、的失效形式有折斷、疲勞斷裂、塑性變形及磨損；凹模的失效形式主要是脹裂及磨損。,,1.1.3 冷作模具材料的性能要求,冷作模具在工作中由于承受拉伸、壓縮、彎曲、沖擊、疲勞等機(jī)械力的作用，從而發(fā)生脆斷、堆塌、磨損、咬合、啃傷、軟化等現(xiàn)象。因此，冷作模具材料應(yīng)具有高的磨損抗力、斷裂抗力、疲勞抗力、抗咬合能力等。,1.冷作模具材料的主要性能指標(biāo) （1）耐磨性能 （2）變形抗力 （3）斷裂抗力 （4）咬合抗力 （5）受熱軟化抗力,1.1.3 冷作模具材料的性能要求,,,（1）耐磨性能 材料的耐磨性能好壞與材料的硬度及組織有關(guān)。一般條件下，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。另外，軟的基體與分布均勻的硬質(zhì)點(diǎn)的材

23、料組織，其耐磨性能較好。,,（2）變形抗力 表征冷作模具材料變形抗力的指標(biāo)，主要有硬度、拉伸屈服點(diǎn)、壓縮屈服點(diǎn)、彎曲屈服點(diǎn)。 1）硬度：在一定硬度范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比。實(shí)踐表明，在同一硬度條件下，不同冷作模具材料在使用過程中所表現(xiàn)的變形抗力，有明顯的差別。因此單純用硬度指標(biāo)并不能充分反映各種模具材料的變形抗力。 2）壓縮屈服點(diǎn)：壓縮屈服點(diǎn)是衡量冷作模具材料變形抗力的主要指標(biāo)。 3）彎曲屈服點(diǎn)：彎曲試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測試方便，應(yīng)變量的絕對值大，能靈敏地反映出不同鋼材之間，以及在不同熱處理?xiàng)l件下的變形抗力的差別。,,（3）斷裂抗力 1）一次性脆斷抗力：能表征一次性脆斷抗力的指標(biāo)為：一次沖擊斷裂

24、功，抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。上述指標(biāo)可反映沖頭在過載時的斷裂抗力。 2）疲勞斷裂抗力：由在一定的循環(huán)載荷下所表現(xiàn)的斷裂循環(huán)次數(shù)或在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)導(dǎo)致試樣斷裂的載荷值來表征，可用下列指標(biāo)來反映：小能量多次沖擊斷裂功或多次沖擊斷裂壽命；拉-壓疲勞強(qiáng)度或疲勞壽命；接觸疲勞強(qiáng)度或接觸疲勞壽命。 3）裂紋斷裂抗力：當(dāng)模具中已存在微裂紋后，其斷裂抗力大大減弱。因此，不能采用光滑試樣測試的各種斷裂抗力，來評價裂紋體的斷裂抗力。根據(jù)斷裂力學(xué)理論，可采用斷裂韌度指標(biāo)來表征裂紋體的斷裂抗力。,,（4）咬合抗力 咬合抗力實(shí)際就是對發(fā)生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)?zāi)＞咪摰脑嚇?，與具有咬合傾向的材料（

25、如奧氏體鋼），進(jìn)行恒速對偶摩擦運(yùn)動，以一定速度逐漸增大載荷，此時轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，當(dāng)載荷加大到某一臨界數(shù)值時，轉(zhuǎn)矩突然急劇增大。這意味著已發(fā)生咬合。這一載荷稱為“咬合臨界載荷”。臨界載荷愈高，標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。,,(5)受熱軟化抗力 受熱軟化抗力，反映冷作模具在承載時的溫升對硬度、變形抗力及耐磨性的影響。 表征冷作模具鋼受熱軟化抗力的指標(biāo)主要有兩項(xiàng)：軟化溫度（）；二次硬化硬度（HRC）如表1-2。,1.1.3 冷作模具材料的性能要求,2.各類冷作模具的材料性能要求 （1）冷沖裁模 （2）冷拉深模 （3）冷鐓模 （4）冷擠壓模,,（1）冷沖裁模： 通過對冷沖裁模工作條件及失效形式的分析，對薄板

26、沖裁模具用鋼則要求具有高的耐磨性，而對厚板沖裁模除要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點(diǎn)外，為防止模具崩刃或斷裂，還應(yīng)具有高的強(qiáng)韌性。,,（2）冷拉深模： 對冷拉深模用鋼的性能要求，主要是模具應(yīng)有高的強(qiáng)度和耐磨性，在工作時不發(fā)生黏附和劃傷，具有一定韌性及較好的切削加工性能，并要求熱處理時模具變形小。,,（3）冷鐓模： 冷鐓模具除應(yīng)具備高硬度，高強(qiáng)度和高的耐磨性外，還需有高的沖擊韌度以增強(qiáng)模具在沖擊載荷作用下的斷裂抗力和疲勞抗力。,,（4）冷擠壓模： 制作冷擠壓模具的材料必須具有高的強(qiáng)韌性及良好的耐磨性。一般要求硬度6163HRC，硬度過高，模具容易碎裂、崩塊；硬度不夠，模具容易磨損，也可能發(fā)生壓塌

27、及變形。,,1.2 冷作模具材料,冷作模具鋼是應(yīng)用最廣的冷作模具材料。按化學(xué)成分、工藝性能和承載能力可將冷作模具鋼分類為表1-3所示。,1.碳素工具鋼 常用的碳素工具鋼有T7A、T8A、T10A、T12A，其中T7A為亞共析鋼，T8A為共析鋼。 （1）鋼的力學(xué)性能 （2）工藝性能 （3）碳素工具鋼的選用 2.GCr15鋼 GCr15鋼是專用的軸承鋼之一，但也常用來制造冷作模具，如落料模、冷擠壓模和成形模等。該鋼具有過共析成分，并加入少量的鉻以提高淬透性和耐回火性。 （1）鋼的力學(xué)性能 （2）鋼的工藝性能,1.2.1 低淬透性冷作模具鋼,1.2.2 低變形冷作模具鋼,低變形冷作模具鋼是在碳

28、素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的鉻、鉬、鎢、釩、硅、錳等合金元素，可以降低淬火冷卻速度，減少了熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少了淬火變形及開裂傾向，鋼的淬透性也明顯提高。因此，碳素工具鋼不能勝任的模具，可考慮用高碳低合金來制作。 低變形冷作模具鋼常用的鋼號有：CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo等。這里僅介紹前面三種。,1.2.2 低變形冷作模具鋼,1.化學(xué)成分及相變點(diǎn) 冷作模具鋼的化學(xué)成分及相變點(diǎn)見表1-10和表1-11。 2.力學(xué)性能 CrWMn、9Mn2V、9SiCr具有較高的硬度和耐磨性。鎢還能細(xì)化晶粒，使鋼具有較好的韌性。 3.工藝性能 （1

29、）鍛造工藝 （2）退火工藝 （3）淬火工藝 （4）回火工藝 4.使用范圍 CrWMn主要用作輕載拉深模及彎曲翻邊模等。 9Mn2V適于制造一般要求的尺寸較小的冷沖壓模、雕刻模等。 9SiCr適于制作沖模及打印模等。,,1.2.3 高耐磨微變形冷作模具鋼,高耐磨微變形鋼常用鋼號有：Cr12 、Cr12MoV 、Cr12Mo1V1（D2）、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5，這里主要介紹高碳高鉻的Cr12形三種鋼。,1.2.3 高耐磨微變形冷作模具鋼,,1.Cr12形高碳高鉻鋼的化學(xué)成分及相變點(diǎn) 2.組織與性能 硬度高、耐磨性高、

30、淬透性好，加入Mo和V的Cr12MoV及Cr12Mo1V1鋼，回火穩(wěn)定性和淬透性高，改善了鋼的韌性。 3.鍛造及退火 （1）鍛造及改鍛的必要性 （2）鍛造工藝與實(shí)際操作 （3）退火工藝 4.熱處理工藝 （1）淬火 （2）回火 5.應(yīng)用范圍 幾乎在所有冷作模具中均有應(yīng)用。,1.2.4 高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼,高速鋼具有很高的硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性，采用低溫淬火、快速加熱淬火等工藝措施可以有效地改善其韌性。因此，高速鋼越來越多地應(yīng)用于要求重載荷、高壽命的冷作模具。 常用的鋼號有W18Cr4V（18-4-1）、W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）、W12Mo3Cr4V3N（V3N）以及為提高韌

31、性而研制的降碳降釩高速鋼6W6Mo5Cr4V（低碳M2或稱66），這些鋼在制造重載荷的冷作模具方面取得了良好的使用效果。,1.2.4 高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼,1.化學(xué)成分 2.工藝性能 （1）鍛造 （2）退火 （3）淬火 （4）回火 （5）淬、回火注意事項(xiàng) 3.力學(xué)性能 右圖為低碳2鋼不同 溫度回火后的力學(xué)性能。 4.應(yīng)用 主要用于重載荷凸模。,6W6Mo5Cr4V鋼力學(xué)性能 與回火溫度關(guān)系（1200淬火）,,1.2.5 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,高強(qiáng)韌性冷作模具鋼具有最佳的強(qiáng)韌性配合，此類鋼包括基體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、降碳減釩的低碳M2鋼，馬氏體時效鋼等?；w鋼是指具有高速鋼正常淬火后基體成分

32、的鋼，這類鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%左右，合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%20%范圍內(nèi)，在具有一定耐磨性和硬度的前提下，抗彎強(qiáng)度的韌性得到顯著改善。,1.2.5 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,1.基體鋼 2.低合金高強(qiáng)度鋼6CrNiSiMnMoV（GD） 3.火焰淬火冷作模具鋼7CrSinoV（CH-1） 4.易切削精密冷作模具鋼8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）,,1.基體鋼 （1） 65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）鋼 1）65Nb鋼化學(xué)成分及相變點(diǎn) 2）工藝性能 鍛造 退火 淬火 回火 3）力學(xué)性能 4）應(yīng)用范圍 （2） 7Cr7Mo2V2Si（LD）鋼 1）成分及相變點(diǎn) 2）工藝性能 鍛造 退火

33、 淬火 回火推薦工藝 3）力學(xué)性能 4）應(yīng)用范圍 （3） 5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）鋼 1）成分及相變點(diǎn) 2）工藝性能 鍛造 退火 淬火 回火推薦工藝 3）力學(xué)性能 4）應(yīng)用范圍,,,2.低合金高強(qiáng)度鋼6CrNiSiMnMoV（GD） （1）化學(xué)成分及相變點(diǎn) （2）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）淬火 4）回火 5）推薦熱處理工藝 （3）力學(xué)性能 （4）應(yīng)用范圍,,3.火焰淬火冷作模具鋼7CrSinoV（CH-1） （1）化學(xué)成分及相變點(diǎn) （2）工藝性能 1）鍛造工藝 2）退火 3）淬火及回火 整體淬火、回火 火焰表面淬火 （3）力學(xué)性能 （4）應(yīng)用范圍,,4.易切削精密冷作

34、模具鋼8Cr2MnWMoVS（8Cr2S） （1）化學(xué)成分及相變點(diǎn) （2）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）淬火及回火 （3）應(yīng)用范圍,1.2.6 高耐磨高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,高強(qiáng)韌性鋼雖然克服了高鉻、高速鋼的脆斷傾向，但由于鋼中含碳量的減少，其耐磨性不如高鉻鋼和高速鋼。 對一些以磨損為主要失效形式的模具，上述鋼種仍滿足不了要求。為此研制了高耐磨、高韌性的冷作模具鋼，其典形鋼種主要有GM、ER5。,1.2.6 高耐磨高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,1.9Cr6W3Mo2V2（GM）鋼 9Cr6W3Mo2V2（GM）鋼的耐磨性、強(qiáng)韌性、加工性能都優(yōu)于Cr12形鋼，是較理想的精密、耐磨冷作模具鋼。 2.Cr8

35、MoWV3Si（ER5）鋼 ER5鋼的化學(xué)成分與基體鋼比較，ER5鋼提高了含碳量、含釩量以及Cr、Mo、W等碳化物形成元素，因而使ER5鋼具有高耐磨性及高強(qiáng)韌性。,,,9Cr6W3Mo2V2（GM）鋼 （1）化學(xué)成分及相變點(diǎn) （2）工藝性能 1）鍛造工藝 2）退火 3）淬火及回火 （3）力學(xué)性能 1）硬度 2）抗壓及抗彎性能 3）沖擊韌度 4）沖擊磨損性能 （4）使用范圍,,Cr8MoWV3Si（ER5）鋼 （1）化學(xué)成分及相變點(diǎn) （2）工藝性能 1）鍛造工藝 2）退火 3）淬火、回火工藝 4）推薦熱處理工藝 （3）力學(xué)性能 1）抗拉強(qiáng)度 2）抗壓性能 3）抗彎強(qiáng)度 （4）使用范圍,1.耐蝕冷

36、作模具鋼 耐蝕冷作模具鋼的成分特點(diǎn)是高碳高鉻，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蝕性能。 2.7Mn15Cr2Al3VWMo（7Mn15）無磁冷作模具鋼 作為無磁模具鋼，除具備一般冷作模具鋼的使用性能外，還具有在磁場中使用時不被磁化的特性。該鋼具有非常低的磁導(dǎo)率、高的硬度、強(qiáng)度和較好的耐磨性。 （1）化學(xué)成分 （2）工藝性能 1）鍛造2）退火3）固溶處理4）時效處理5）氣體氮碳共滲 （3）力學(xué)性能 （4）應(yīng)用 制造無磁模具，也可制造700800使用的熱作模具。,1.2.7 特殊用途冷作模具鋼,,硬質(zhì)合金的種類很多，但制造模具用的硬質(zhì)合金通常是金屬陶瓷硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金。 1.金屬

37、陶瓷硬質(zhì)合金 2.鋼結(jié)硬質(zhì)合金 （1）DT合金的力學(xué)性能 （2）DT合金的熱加工特性 1）退火工藝 2）淬火、回火工藝 3）鍛造工藝性 （3）DT合金的切削加工性 （4）DT合金的應(yīng)用,1.2.8 硬質(zhì)合金,,1.3 冷作模具零件的熱處理工藝,在模具材料選定之后，必須配以正確的熱處理，才能保證模具的使用性能和壽命。,1.冷作模具的制造工藝路線 2.冷作模具的淬火 3.冷作模具鋼的強(qiáng)韌化處理工藝,1.3.1 冷作模具的熱處理工藝,,1.冷作模具的制造工藝路線 模具的成形加工和熱處理工序安排對模具的質(zhì)量也有很大影響，在制定與實(shí)施熱處理工藝時，必須予以考慮。通常冷作模具的制造工藝路線有以下幾種。

38、（1）一般成形冷作模具 鍛造球化退火機(jī)械加工成形淬火與回火鉗修裝配。 （2）成形磨削及電加工冷作模具 鍛造球化退火機(jī)械粗加工淬火與回火精加工成形（凸模成形磨削，凹模電加工）鉗修裝配。 （3）復(fù)雜冷作模具 鍛造球化退火機(jī)械粗加工高溫回火或調(diào)質(zhì)機(jī)械加工成形鉗工修配。,在熱處理工序安排上要注意以下幾點(diǎn)： 對于位置公差和尺寸公差要求嚴(yán)格的模具，為減少熱處理變形，常在機(jī)加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理； 對于線切割加工模具，由于線切割加工破壞了淬硬層，增加淬硬層脆性和變形開裂的危險性，因而，線切割加工之前的淬回火，常采用分級淬火或多次回火和高溫回火，以使淬火應(yīng)力處于最低狀態(tài)，避免模具線切割時變形、開裂；

39、為使線切割模具尺寸相對穩(wěn)定，并使表層組織有所改善，工件經(jīng)線切割后應(yīng)及時進(jìn)行再回火，回火溫度不高于淬火后的回火溫度。,,2.冷作模具的淬火 淬火是冷作模具的最終熱處理中最重要的操作，它對模具的使用性能影響極大。 主要的工藝問題有以下幾個方面: （1）合理選擇淬火加熱溫度 （2）合理選擇淬火保溫時間 （3）合理選擇淬火冷卻介質(zhì) （4）采用合適的淬火加熱保護(hù)措施,,3.冷作模具鋼的強(qiáng)韌化處理工藝 冷作模具鋼的強(qiáng)韌化處理工藝主要包括：低淬低回、高淬高回、微細(xì)化處理、等溫和分級淬火等。 （1）冷作模具鋼的低溫淬火工藝 （2）冷作模具鋼的高溫淬火工藝 （3）冷作模具鋼的微細(xì)化處理 （4）冷作模具鋼的分

40、級淬火和等溫淬火 （5）其它強(qiáng)韌化處理方法,,模具在最終淬火、回火之前進(jìn)行的正火、球化退火、調(diào)質(zhì)以及低溫回火等統(tǒng)稱預(yù)備熱處理，而最終熱處理工序是使模具獲得必要的性能，保證模具壽命的重要工序。 1.冷沖裁模具的熱處理 （1）薄板沖裁模的熱處理 （2）厚板沖裁模的熱處理 （3）冷剪刀的熱處理 （4）沖裁模的熱處理操作 （5） 冷沖裁模具的表面強(qiáng)化處理,1.3.2 主要冷作模具的熱處理特點(diǎn),2.冷鐓模熱處理特點(diǎn) 冷鐓模的失效方式主要是開裂、折斷，即由韌性不足導(dǎo)致的失效占90%以上，材料韌性不足極大影響著模具壽命。因此，如何通過熱處理工藝制度的改善獲得高耐磨、高強(qiáng)韌性是提高冷鐓模壽命的關(guān)鍵之一。 冷

41、鐓模的熱處理有如下特點(diǎn)。 （1）對于碳素工具鋼制冷鐓凹模，常采用噴水淬火法。 （2）冷鐓模必須充分回火，回火保溫時間應(yīng)在2h以上，并進(jìn)行多次回火，使其內(nèi)應(yīng)力全部釋放。 （3）采用中溫淬火、中溫回火工藝。 （4）采用快速加熱工藝。 （5）采用表面處理。,3.冷擠壓模的熱處理特點(diǎn) 根據(jù)冷擠壓模材料的性能要求，即具有高的硬度、耐磨性、抗壓強(qiáng)度、高強(qiáng)韌性，一定的抗耐熱疲勞性和足夠的回火抗力。 （1）采用常規(guī)工藝下限溫度淬火，再經(jīng)回火得到高強(qiáng)韌性。 （2）采用較長時間的回火或多次回火，消除應(yīng)力，提高韌性，穩(wěn)定尺寸。 （3）對于以脆性破壞為主，韌性不足的采用等溫淬火工藝，（4）應(yīng)用表面強(qiáng)化處理。 （5）

42、在使用過程中進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火。,拉深模應(yīng)具有高的硬度，良好的耐磨性和抗粘附性能。 （1）要避免模具表面產(chǎn)生氧化脫碳。氧化脫碳會造成模具淬火后硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)。當(dāng)表面硬度低于500HV以下時，模具表面就會出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象。同時還要防止磨削引起二次回火使表面硬度降低。 （2）為了提高拉深模表面的抗磨損和抗粘附性能，常對模具進(jìn)行表面處理，如滲氮、滲硼、鍍硬鉻、滲釩等。 拉深模的典型熱處理規(guī)范見表1-55。 5.綜合實(shí)例,,熱作模具主要用于高溫條件下的金屬成形。 熱作模具按其用途可分為錘鍛模、機(jī)鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和熱沖裁模等五大類。 熱作模具是在機(jī)械載荷和溫度均發(fā)生循環(huán)變化下工作，由于使用的成

43、型設(shè)備和被加工材料差別，模具的工作條件存在較大差異。因此，模具的失效形式不同，對模具材料的性能要求也各不相同。,2.1 熱作模具零件的失效形式,,,1.錘鍛模的工作條件 承受巨大的沖擊載荷，又受高溫的作用。 2.壓力機(jī)模具的工作條件 受靜壓力，沖擊成分小，模具型腔的表面溫度高于錘鍛模。 3.熱擠壓模的工作條件 既承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，也承受一定的拉應(yīng)力，還受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用，模具受熱溫度比錘鍛模更高。 4.金屬壓鑄模的工作條件 型腔表面承受液態(tài)金屬的沖刷、侵蝕、高溫及急冷急熱作用。 5.熱沖裁模的工作條件 各種熱沖裁模刃口部位所承受的熱載荷和機(jī)械載荷，差別很大。熱沖裁模刃口應(yīng)具有足夠的熱強(qiáng)性

44、和耐磨性。,2.1.1 熱作模具的工作條件,1.常見熱作模具的失效形式 （1）塑性變形 （2）熱疲勞 （3）熱磨損 （4）斷裂 （5）熱熔損和沖蝕 2.各類熱作模具失效特征及其概率統(tǒng)計,2.1.2 熱作模具的失效形式,,2.1.3 熱作模具材料的性能要求,1.熱作模具材料的主要性能指標(biāo) 室溫硬度、高溫硬度 室溫抗拉強(qiáng)度、高溫抗拉強(qiáng)度 室溫沖擊韌度、高溫沖擊韌度 冷熱疲勞抗力、斷裂韌度 還要求具有某些特殊性能 （1）熱穩(wěn)定性 （2）回火穩(wěn)定性 （3）熱疲勞抗力及斷裂韌度 （4）高溫磨損與抗氧化性能,2.各類熱作模具的材料性能要求 （1）錘鍛模：較高的高溫強(qiáng)度和韌性，良好的耐磨性，還應(yīng)有冷熱疲勞和

45、機(jī)械疲勞抗力的要求。此外，錘鍛模尺寸比較大，還要求錘鍛模用鋼具有高的淬透性。 （2）熱擠壓模：具有高的熱穩(wěn)定性，較高的高溫強(qiáng)度和足夠的韌性，良好的耐熱疲勞性和高的耐磨性。 （3）壓鑄模：較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能，優(yōu)良的耐熱疲勞性，高的導(dǎo)熱性，良好的抗氧化性和耐蝕性，高的淬透性等。 （4）熱沖裁模：工作溫度較低，應(yīng)具有高的耐磨性、良好的強(qiáng)韌性以及加工工藝性能。,2.1.3 熱作模具材料的性能要求,,2.2 熱作模具材料 2.2.1 熱作模具鋼的分類及鋼號,1.熱作模具鋼的分類 （1）按用途分類：熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、壓鑄模用鋼、熱沖裁模用鋼。 （2）按工作溫度分：低耐熱鋼（350

46、370）、中耐熱鋼（550600）、高耐熱鋼（580650）。 （3）按性能分：高韌性熱作模具鋼、高熱強(qiáng)熱作模具鋼、高耐磨熱作模具鋼。 2.熱作模具鋼的標(biāo)準(zhǔn)鋼號,國家標(biāo)準(zhǔn)GB129985合金工具鋼技術(shù)條件列入了12個熱作模具鋼鋼號。,,錘鍛模常用鋼種主要有：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV等，此外還有國內(nèi)近年來研制的新鋼種，如4SiMnMoV、 5Cr2NiMoVSi、 45Cr2NiMoVSi等。其中45Cr2NiMoVSi是應(yīng)用比較成熟的高強(qiáng)韌大截面錘鍛模具鋼。 1. 5CrNiMo、5CrMnMo及4CrMnSiMoV鋼 （1）臨界點(diǎn) （2）力學(xué)性能 （3）工藝性能

47、1）鍛造 2）退火 3）淬火 4）回火 （4）實(shí)際應(yīng)用,2.2.2 熱鍛模用鋼,2. 5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi鋼 （1）化學(xué)成分及臨界點(diǎn) （2）力學(xué)性能 （3）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）淬火及回火 （4）實(shí)際應(yīng)用,2.2.2 熱鍛模用鋼,,常用的熱擠壓模具用鋼是鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鉬系、鎢鉬系和鉻鉬鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。 a.5%鉻系熱作模具鋼4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）和4Cr5W2VSi b.鉻鉬系熱作模具鋼3Cr3Mo3W2V（HM1）、4Cr3Mo3SiV（H10）及25Cr3Mo3VNb（

48、HM3） c.5Cr4W5Mo2V（RM2）鋼 d.4Cr3Mo3W4VNb（GR）鋼 e.5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al） f.6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）鋼 g.4Cr3Mo2NiVNbB(HD)鋼,2.2.3 熱擠壓模用鋼,,常用的壓鑄模用鋼以鎢系、鉻系、鉻鉬系和鉻鎢鉬系熱作模具鋼為主，也有一些其它的合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，用于工作溫度較低的壓鑄模，如40Cr、30CrMnSi、4CrSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V等。其中3Cr2W8

49、V鋼是制造壓鑄模的典型鋼種，常用于制造壓鑄鋁合金和銅合金的壓鑄模；與其性能和用途相類似的還有3Cr3Mo3W2V鋼。 1. 3Cr2W8V鋼 2. 3Cr3Mo3W2V鋼（代號HM1） 3. 4Cr5Mo2MnSiV1（y10）及4Cr3Mo2MnVNbB（y4）鋼,2.2.4 壓鑄模用鋼,,2.2.5 其它熱作模具材料,1.熱沖裁模用鋼 2.硬質(zhì)合金 3.高溫合金,,,根據(jù)熱作模具的工作條件、失效形式和性能要求，選擇符合要求的模具材料之后，必須制定合理的熱處理工藝，才能保證模具的使用要求。因此掌握各類熱作模具熱處理工藝的特點(diǎn)是必要。,2.3 熱作模具零件的熱處理工藝,（1）錘鍛模的制造工藝

50、路線 下料鍛造退火機(jī)械粗加工探傷成形加工淬火及回火鉗修拋光。 （2）熱擠壓模的制造工藝路線 下料鍛造預(yù)先熱處理機(jī)械加工成形淬火及回火研磨拋光。 （3）壓鑄模的制造工藝路線 一般壓鑄模：鍛造退火機(jī)械粗加工穩(wěn)定化處理精加工成形淬火及回火鉗工修配發(fā)藍(lán)。 形狀復(fù)雜、精度要求高的壓鑄模：鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)精加工成形鉗工修磨滲氮（或軟氮化）研磨拋光。,2.3.1 主要熱作模具的制造工藝路線,,1.錘鍛模熱處理的特點(diǎn) 為了保證錘鍛模獲得足夠的強(qiáng)度和韌性，最終熱處理為淬火加中溫或高溫回火。 （1）鍛造與退火（2）淬火（3）回火 2.熱擠壓模熱處理的特點(diǎn) （1）鍛造工藝（2）預(yù)先熱處理 （3）淬火及回火（

51、4）化學(xué)熱處理工藝 3.壓鑄模熱處理的特點(diǎn) （1）穩(wěn)定化處理（去應(yīng)力退火） （2）預(yù)處理 （3）淬火及回火 （4）表面強(qiáng)化處理,2.3.2 主要熱作模具的熱處理特點(diǎn),,塑料模具是利用其自身特定的形狀和尺寸來成型塑料制品的。由于塑料制品形狀復(fù)雜、表面粗糙度要求高，因而塑料模具的制造難度較大。如何正確合理地選用模具鋼材，對模具的制造和使用都具有重要意義。 塑料模具按塑料品種不同，可以分為兩大類，即熱固性塑料壓模和熱塑性塑料注射模，分別來成型熱固性和熱塑性兩大類塑料制品。 塑料模具的使用壽命與模具的工作條件及失效形式有著密切關(guān)系。不同的工作條件，不同類型的模具，其失效形式也各不相同，所以對模具性能

52、要求也不同。,3.1 塑料模具零件的失效形式,,熱固性塑料壓模和熱塑性塑料注射模的工作條件及特點(diǎn)見表3-1。 隨著高性能塑料的發(fā)展和不斷生產(chǎn)，塑料制品的種類日益增多，用途不斷擴(kuò)大，制品向精密化、大型化、復(fù)雜化發(fā)展，成型生產(chǎn)向高速化發(fā)展，模具的工作條件也越趨復(fù)雜。,,3.1.1 塑料模具的工作條件,3.1.2 塑料模具的主要失效形式,塑料模具的基本失效形式也是表面磨損、塑性變形及斷裂，但由于對塑料制品的表面粗糙度及精度要求較高，故因表面磨損造成的模具失效比例較大。 1.表面磨損 （1）模具型腔表面粗糙度惡化 （2）模具型腔尺寸超差 （3）型腔表面侵蝕 2.塑性變形 3.斷裂,,1.足夠的強(qiáng)度

53、和韌性，以防止模具在工作中的塑性變形和沖擊損壞。 2.高的表面硬度和耐磨性，以防止模具在工作中的磨損和抵抗塑料的成型壓力。 3.有一定的耐熱性，且線膨脹系數(shù)要小。 4.有較高的耐腐蝕性。。 5.加工性能好，熱處理變形小。 6.拋光性能好。 7.花紋圖案光蝕性能較好。,3.1.3 塑料模具材料的性能要求,,隨著塑料產(chǎn)量的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對塑料模具提出了越來越高的要求，促進(jìn)了塑料模具的不斷發(fā)展。目前塑料模具正朝著高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展，推動了塑料模具材料迅速發(fā)展。 我國目前用于塑料模具的鋼種，可按鋼材特性和使用時的熱處理狀態(tài)分類，見表3-2。 對于我國傳統(tǒng)常用的塑料模具鋼，已有

54、很多書藉資料作過詳細(xì)的論述，本節(jié)主要介紹我國近年研制和從國外引進(jìn)并已在生產(chǎn)中推廣使用的塑料模具鋼。,3.2 塑料模具材料,,滲碳型塑料模具用鋼主要用于冷擠壓成形的塑料模。為了提高模具的耐磨性，這類鋼在冷擠壓成形后一般都進(jìn)行滲碳和淬回火處理，表面硬度可達(dá)5862HRC。 1. 0Cr4NiMoV（LJ）鋼 （1） 化學(xué)成分 （2）工藝性能 （3）實(shí)際應(yīng)用 2. 12CrNi3A鋼 （1）化學(xué)成分 （2）工藝性能 （3） 實(shí)際應(yīng)用,3.2.1 滲碳型塑料模具用鋼,,1.常用鋼種及熱處理 常用的淬硬型塑料模具鋼有：碳素工具鋼（如T7A、T8A）、低合金冷作模具鋼、Cr12型鋼、高速鋼、基體鋼和某些

55、熱作模具鋼等。最終熱處理一般是淬火和低溫回火，熱處理后的硬度通常在4550HRC以上。 2.實(shí)際應(yīng)用 碳素工具鋼僅適于制造尺寸不大，受力較小，形狀簡單以及變形要求不高的塑料模；低合金冷作模具鋼主要用于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜和精度較高的塑料模；Cr12型鋼適于制造要求高耐磨性的大型、復(fù)雜和精密的塑料模；W6Mo5Cr4V2鋼適于制造要求強(qiáng)度高和耐磨性好的塑料模；熱作模具鋼適合于制造有較高強(qiáng)韌性和一定耐磨性的塑料模。,3.2.2 淬硬型塑料模具用鋼,,3.2.3 預(yù)硬型塑料模具用鋼,所謂預(yù)硬鋼就是供應(yīng)時已預(yù)先進(jìn)行了熱處理，并使之達(dá)到模具使用態(tài)硬度。這類鋼的特點(diǎn)是在硬度3040HRC的狀態(tài)下可以

56、直接進(jìn)行成形車削、鉆孔、銑削、雕刻、精銼等項(xiàng)加工，精加工后可直接交付使用，這就完全避免了熱處理變形的影響，從而保證了模具的制造精度。 1. 3Cr2Mo（P20）塑料模具鋼 2. 3Cr2NiMo（P4410）塑料模具鋼 3. 8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）鋼 4. 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼 5. Y55CrNiMnMoV（SM1）,,,3.2.4 時效硬化型塑料模具鋼,此類鋼的共同特點(diǎn)是含碳量低、合金度較高，經(jīng)高溫淬火（固溶處理）后，鋼處于軟化狀態(tài)，組織為單一的過飽和固溶體。但是將此固溶體進(jìn)行時效處理，即加熱到某一較低溫度并保溫一段時間后，固溶體中就會析出細(xì)小彌散的

57、金屬化合物，從而造成鋼的強(qiáng)化和硬化。并且，這一強(qiáng)化過程引起的尺寸、形狀變化極小。 1. 25CrNi3MoAl鋼 2. 18Ni類鋼 3. 06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）鋼 4. 10Ni3CuAlMoS（PMS）鏡面塑料模具鋼 5. Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼,3.2.5 耐蝕塑料模具鋼P(yáng)CR,0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)鋼屬析出硬化不銹鋼,硬度為3235HRC時可進(jìn)行切削加工。該鋼再經(jīng)460480時效處理后，可獲得較好的綜合力學(xué)性能。 1.PCR鋼的化學(xué)成分及相變點(diǎn) 2.力學(xué)性能 3.工藝性能 （1）鍛造工藝 （2）固溶處理 （3）時效處理 （4）淬透性及淬

58、火變形 4.實(shí)際應(yīng)用,,1.銅合金 2.鋁合金 3.鋅合金,3.2.6 其它塑料模具材料,,選用不同品種鋼材作塑料模具，其化學(xué)成分和力學(xué)性能各不相同，因此制造工藝路線不同；同樣，不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節(jié)主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點(diǎn)。,3.3 塑料模具零件的熱處理工藝,,1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具 下料鍛造模坯退火機(jī)械粗加工冷擠壓成形再結(jié)晶退火機(jī)械精加工滲碳淬火、回火研磨拋光裝配。 2.高合金滲碳鋼制模具 下料鍛造模坯正火并高溫回火機(jī)械粗加工高溫回火精加工滲碳淬火、回火研磨拋光裝配。 3.調(diào)質(zhì)鋼制模具 下料鍛造模坯退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械精加工

59、修整、拋光裝配。 4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具 下料鍛成模坯球化退火機(jī)械粗加工去應(yīng)力退火機(jī)械半精加工機(jī)械精加工淬火、回火研磨拋光裝配。 5.預(yù)硬鋼制模具 棒料直接加工成形后拋光、裝配。坯料其工藝路線為：下料改鍛球化退火刨或銑六面預(yù)硬處理（3442HRC）機(jī)械粗加工去應(yīng)力退火機(jī)械精加工拋光裝配。,3.3.1 塑料模具的制造工藝路線,,3.3.2 塑料模具的熱處理特點(diǎn),1.滲碳鋼塑料模的熱處理特點(diǎn) 2.淬硬鋼塑料模的熱處理 3.預(yù)硬鋼塑料模的熱處理 4.時效硬化鋼塑料模的熱處理,,,3.3.3 塑料模的表面處理,1.鍍鉻是一種應(yīng)用最多的表面處理方法，鍍鉻層在大氣中具有強(qiáng)烈的鈍化能力，能長久

60、保持金屬光澤，在多種酸性介質(zhì)中均不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鍍層硬度達(dá)1000HV，因而具有優(yōu)良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性，在空氣中加熱到500時其外觀和硬度仍無明顯變化。 2.滲氮具有處理溫度低（一般為550570），模具變形甚微和滲層硬度高（可達(dá)10001200HV）等優(yōu)點(diǎn)，因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時進(jìn)行滲氮處理可大大提高耐磨性。 適于塑料模的表面處理方法還有：氮碳共滲、化學(xué)鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦，PVD、CVD法沉積硬質(zhì)膜或超硬膜等。,4.1 表面化學(xué)熱處理技術(shù),,化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于

61、一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 作用： （1）強(qiáng)化工件表面 （2）保護(hù)工件表面 活性原子滲入工件表層都是由以下三個基本過程組成： （1）分解 （2）吸收 （3）擴(kuò)散,,圖4-1 氣體滲碳示意圖,4.1.1 滲碳,滲碳：把鋼置于滲碳介質(zhì)中，加熱到單相奧氏體區(qū)，保溫一定時間，使碳原子滲入鋼表層的化學(xué)熱處理工藝。一般情況下，滲碳在850950進(jìn)行。 目的：使表層硬度、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度較心部有較大提高，心部保持一定強(qiáng)度和較高韌性。 滲碳方法：可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳、真空滲碳和離子滲碳。目前生產(chǎn)中廣泛采用氣體滲碳。,,4

62、.1.2 鋼的滲氮（氮化）,簡介氣體滲氮和離子滲氮兩種方法。 1.氣體滲氮 氣體滲氮是將工件置于通入氨氣的爐中，加熱至500600，使氨分解出活性氮原子，滲入工件表層，并向內(nèi)部擴(kuò)散形成氮化層。 2.離子滲氮 離子滲氮是在一定真空度下，利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行的，所以又叫輝光離子滲氮。圖4-2為離子滲氮裝置示意圖。,,,4.1.3 滲硼,滲硼是模具制造中比較有效的一種化學(xué)熱處理工藝。它是把工件置于含有活性B原子的介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一段時間后，在工件表面形成一層堅硬的滲硼層。滲硼層具有優(yōu)異的特性：滲硼層的硬度很高；耐磨性高，超過滲碳層、滲氮層的耐磨性；具有良好的

63、耐蝕性，但不耐硝酸；熱硬性高。 滲硼的方法有固體滲硼、氣體滲硼、液體滲硼等。其中固體法和液體浴法應(yīng)用最多。,4.1.4 碳氮共滲,,碳氮共滲是向工件的表面同時滲入碳和氮，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。因?yàn)榧骖櫫藵B碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)，所以在模具上也有應(yīng)用。 碳氮共滲的方法有液體碳氮共滲和氣體碳氮共滲。目前生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的有低溫氣體氮碳共滲和中溫氣體碳氮共滲兩種方法。生產(chǎn)中習(xí)慣所說的氣體碳氮共滲就是指中溫氣體碳氮共滲。 其主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性和疲勞極限,4.2 涂鍍技術(shù),4.2.1 電鍍,電鍍的目的在于改變固體材料的表面特性，改善外觀，提高耐蝕、耐磨、減摩性能，或制取特定成分和性

64、能的金屬覆層，提供特殊的點(diǎn)、磁、光、熱等表面特性和其它物理性能等。 電鍍是應(yīng)用電化學(xué)的基本原理，將金屬工件浸入欲鍍金屬鹽溶液（即電解質(zhì)溶液）中并作為陰極與直流電源負(fù)極相連，以鍍層金屬板作為陽極與電源正極相連，通入直流電，在直流電場的作用下，金屬鹽溶液中的陽離子在工件表面沉積出牢固鍍層的工藝過程。,,,4.2.2 電刷鍍,電刷鍍是依靠一個與陽極聯(lián)接的墊或刷提供電鍍需要的電解液，電鍍時，墊或刷在被鍍的陰極上移動的一種電鍍方法。電刷鍍是由電鍍發(fā)展起來的并成為一項(xiàng)獨(dú)立的表面工程技術(shù)。它是有槽電鍍技術(shù)的發(fā)展，它仍然依靠電流的作用來獲得所需的金屬鍍層，許多電鍍的電化學(xué)原理和定律都適用于電刷鍍。因此，電刷

65、鍍可以看作是電鍍的一種特殊形式，不用鍍槽，故又稱無槽鍍或涂鍍。,4.2.3 化學(xué)鍍,化學(xué)鍍是利用合適的還原劑，使溶液中的金屬離子在經(jīng)催化的表面上還原出金屬鍍層的一種化學(xué)方法。在化學(xué)鍍中，溶液內(nèi)的金屬離子是依靠鍍液中的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子而還原成相應(yīng)的金屬。因此，它的沉積過程不是通過界面上固液兩相間金屬原子和離子的交換，而是液相離子通過液相中的還原劑在金屬或其它材料表面上的還原沉積。它從本質(zhì)上說是一個無外加電場的電化學(xué)過程。,,,熱浸鍍是將一種基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其表面形成一層金屬保護(hù)膜的方法。鍍層金屬主要有鋅、錫、鋁、鉛等及其合金，鍍層金屬為鋅時鍍層耐蝕性好，粘附性好，

66、鍍層金屬為鋁時鍍層有優(yōu)異的耐蝕性，良好的耐熱性，對光、熱有良好的反射性。 根據(jù)熱浸鍍前處理方法的不同，其工藝可分為溶劑法和保護(hù)氣法兩大類。 熱浸鍍工藝分鍍前表面處理、助鍍處理、熱浸鍍和鍍后處理四個基本工藝階段，主要步驟： 預(yù)鍍件堿洗酸洗水洗稀鹽酸處理水洗溶劑處理烘干熱浸鍍鍍后處理制品。其中，溶劑處理是該工藝的重要環(huán)節(jié)，是提高鍍層質(zhì)量、防止漏鍍的關(guān)鍵步驟。,4.2.4 熱浸鍍,,4.3 氣相沉積技術(shù),氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層的新技術(shù)。 特點(diǎn)： （1）涂層具有很高的硬度，低的摩擦系數(shù)和自潤滑性能。 （2）涂層具有很高的熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性好，基體金屬在涂層中的溶解度小，以及較低的摩擦系數(shù)。 （3）涂層具有較強(qiáng)的抗蝕能力 （4）涂層在高溫下也具有良好的抗大氣氧化能力,4.3.1 化學(xué)氣相沉積,化學(xué)氣相沉積（CVD）是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定的溫度下于固體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并在其上面生成固態(tài)沉積膜的過程。 其過程如下： （1）反應(yīng)氣體向工件表面擴(kuò)散并被吸附； （2）吸附于工件表面的各種物質(zhì)發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)； （3）生成物質(zhì)