模具材料及成型原理

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1、第二章模具材料及成型原理一、模具材料基本性能⒈模具钢材的耐磨性模具工作表面往往要与工件产生多次强烈的摩擦，同时模具必须在此情况下仍能保持其尺寸精度和表面粗糙度，不致于早期失效。要求：模具钢材要承受机械磨损，而且在承受重载和高速摩擦时，模具被摩擦表面能够形成薄而致密附着的氧化模，保持润滑作用，防止模具和被加工工件的表面之间产生粘附、焊接招致工件表面擦伤，又能减少模具表面进一步氧化造成的损伤。做法：采取合理的生产工艺和处理工艺，使模具钢材既具有高硬度又使模具钢中的碳化物等硬化相的组成、形貌和分布合理，当然模具工作过程中的润滑情况和模具钢材的表面处理，也对改善模具的耐磨性能有良好的

2、影响。例如添加耐磨成分，提高表面硬度，表面氮化处理等。2、模具钢材的韧性受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲头，锤用热锻模具、冷镦模具、热镦锻模具等，要求有良好韧性。高温下工作的模具，要考虑其在工作温度下的高温韧性。对于多向受冲击载荷的模具，要考虑其等向性。影响因素：1）模具钢材的化学成分、晶粒度、碳化物、夹杂物的组成数量、形貌、尺寸和分布情况，金相组织、微观偏析等，都会对模具钢材的韧性带来影响。2）钢的纯净度、锻轧变形的方向会对横向性能产生很大的影响。⒊硬度和红硬性硬度是模具钢材的主要技术性能指标，模具在工作时必须具有高的硬度和强度，才能保持其原来的形状和尺寸，一般冷作模

3、具钢，要求其淬回火硬度为HRC60左右，而热作模具钢为HRC45~50左右。红硬性是指模具钢材在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力，是热作模具钢和部分重载荷冷作模具钢的重要性能指标。根据不同模具的实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能，如对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能，对压铸模具应考虑其耐融熔金属的冲蚀性能；对于重载荷型腔模具应注意其等向性；对于高温工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧化性能；对于在腐蚀介质工作的模具，应注意其抗腐蚀性能；对在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。综上所述模具材料的韧性往往和耐磨性、硬度

4、是互相矛盾的。因之根据模具的具体工作情况，选择合理的模具材料，并采用合理的精炼、热加工和热处理、表面处理工艺使模具钢材得到耐磨性和韧性等综合性能的最佳配合，以适应模具的需要，是模具钢材的重要发展的途径。二、模具材料的工艺性能工艺性能的重要性：在模具总的制造成本中，机械加工、热处理、表面处理、装配、管理等费用要占成本的80%以上。模具材料的工艺性能是影响模具成本的一个重要因素，改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单，易于制造，而且可以有效地降低模具制造费用。模具材料的工艺性能，经常要考虑的有以下几种。⒈可加工性：模具材料的可加工性包括冷加工性能，如切削、磨削、抛光、冷挤

5、压、冷拉工艺性，热加工性能包括热塑性和热加温度范围等⑴皮纹加工性⑵铸造工艺性能⑶焊接性⑷冷变形性⒉淬火温度和淬火变形为了便于生产，希望模具材料的淬火温度范围要宽一些，特别是有些模具要求采用火焰加热局部淬火时，难以精确地测量和控制温度，就要求模具钢能适应较宽的淬火温度范围，模具在热处理时，要求其变形程度要小，特别是一些形状复杂的精密模具，淬硬以后难以修整，就对淬回火的变形程度要求更为严格，应该选用微变形模具钢制造。⒊淬透性和淬硬性淬硬性主要取决于钢的碳含量，淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。对于大部分要求高硬度的冷作模具，对淬硬性要求较高；对于大部

6、分热作模具和塑料模具，对于硬度的要求不太高，淬透性则高；特别是对于一些大截面深型腔模具，为了使模具的心部也能得到良好的组织和均匀的硬度，就要求选用淬透性好的模具钢。对于形状复杂、要求精度高又容易产生热处理变形的模具，为了减少其热处理变形，往往尽可能采用冷却能力弱的淬火介质（如油冷、空冷、加压淬火或盐浴淬火），就需要采用淬透性较好的模具材料，以得到满意的淬火硬度和淬硬层深度。⒋氧化脱碳敏感性模具在加热过程中，如果产生氧化、脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命，招致模具早期失效。有些钼含量高的模具钢，由于容易氧化、脱碳，有一段时间限制了其推广应用

7、，直到热处理工艺装备发展以后，采用特种热处理工艺（如真空热处理，可控气氛热处理、盐浴热处理等）以后，能够避免氧化、脱碳，这类模具钢，才顺利得到推广应用。钼基合金虽然具有极为优秀的高温性能，但是由于在高温下极易氧化，严重地限制了其应用范围。三、模具材料的失效形式1.热作模具的失效形式断裂失效：出现的根本原因有二点：(1)模具的承载应力在整体范围或局部位置超过材料的高温断裂强度；(2)模具承受的瞬时冲击载荷超过材料的高温韧度指标。堆塌失效：堆塌失效的原因是：(1)材料的低于模具的承载应力水平，塑变累积所致。