{数控模具设计}模具材料课件

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1、平面设计,模具寿命与材料,Moldingtoollifespanandmaterial,Principal Speaker ：Shi-jie Fang,Department of Mechanical and Electrical Engineering, Luoyang Institute of Science and Technology 2011级,模具寿命与材料,课 程 简 介,绪 论 第 1 章 模具失效与使用寿命 第 2 章 模具材料概述 第 3 章 冷作模具材料及热处理 第 4 章 热作模具材料及热处理 第 5 章 塑料模具材料及热处理 第 7 章 模具表面处理技术,洛阳理工学院

2、,教材： 1 高为国. 模具材料. 北京：机械工 业出版社，2004 主要参考书： 1 胡传炘，白韶军， 安跃生等. 表面 处理手册. 北京：北京工业大学出 版社，2004 2 吴兆祥，苏思灵，卢瑞敏等. 模具 材料及表面处理. 第2版. 北京：机 械工业出版社，2008 3 陈勇. 夏江梅. 韦玉屏等. 模具材 料及表面处理. 北京: 机械工业出 版社, 2002,1,2,第1章,Moldingtoollifespanandmaterial,绪 论,一、模具材料的作用和地位 二、模具材料的应用和发展 三、本课程的性质、教学目标和基本 要求,Moldingtoollifespanandmate

3、rial,洛阳理工学院,2, 主要内容, 重点及难点,一、无,3,1,一、模具材料的作用和地位, 在模具材料的作用和地位,洛阳理工学院,1. 模具是材料成型加工中的重要工艺装备 2. 发达国家模具制造业的产值已超过机床行业，是经济发展的支柱产业之一 3. 模具成型广泛应用于机械、电子、轻工、军事、航空航天等领域 飞机、汽车、拖拉机、机电产品的成型加工中占（60%70%） 家电产品、塑料制品成型加工中占（80%90%） 4. 模具材料的种类、热处理工艺、表面技术是影响模具使用寿命的重要因素 5. 模具材料的使用性能直接影响模具的质量和使用寿命 6. 模具材料的工艺性能主要影响模具加工的难易程度、

4、加工质量和生产成本,3,4,二、模具材料的应用与发展,洛阳理工学院,50多年来，我国模具工业已发展为独立的工业体系 上世纪70年代以来，我国陆续推广了电渣重熔、炉外精炼、真空电弧重熔、六面锻造等新技术，使得模具钢产品质量与国外水平相当 1989年，国务院颁布当前产业政策要点的决议，把模具列为“机械工业技术改造序列的第一位” “八五”时期（19911995年）建的模具钢扁钢和厚钢生产线对改善我国模具钢的品种规格 起到了较大的作用 50多年的发展，我国模具工业得到长足发展，表现为： 1）模具钢产量已跃居世界前列，国民经济的重要基础工业 2）基本形成了具有我国特色的模具用材料体系，钢材系列比较完整

5、3）冷作模具钢方面，研制出： a. 低合金 ：GD、CH-1、DS b. 较高韧性的高合金、高耐磨 ：D2、LD、GM、ER5 c. 基体钢：65Nb、CG-2、LM1、LM2,4,5,洛阳理工学院,4）热作模具钢方面，研制出用于高强韧性和高热稳定性的新钢种： a. 锻锤模 ：3Cr2MoWVNi、 5Cr2NiMoVSi b. 热挤压模 ：HM1、TM、012Al、Y4、Y10、HD、PH 具有高的热稳定性、高温强度、热疲劳抗力。寿命比5CrNiMo、 5CrMnMo（常用的热锻模用钢）高数倍,热作模具钢-是使热态金属或液态金属成形的模具用钢。 热作模具包括：热锻模、热挤压模、压铸模三类。,

6、5,二、模具材料的应用与发展,5）塑料模具钢方面，研制出新型塑料模具专用钢种： a. 预硬型塑料模具钢 ：P20、718 b. 易切削预硬钢 ：8Cr2S、Y55、5NiSCa c. 时效硬化型塑料模具钢：25CrNi3MoAl、PMS、20、06Ni d. 耐腐蚀塑料模具钢：PCR,6,洛阳理工学院,硬质合金-是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）、镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。 钢结硬质合金-以难熔金属硬质化合物为硬质相、以钢作粘结相制成的硬质合金。钢结硬质合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能

7、。主要用作耐磨零件和机器构件。其组织特点是微细的硬质相均匀弥散地分布于钢的基体中。,6）用硬质合金和钢结硬质合金制造模具 a. 用于拉丝模、冷冲模、冷镦模、无磁模 b. 硬质合金：硅钢片高速冲模 c. 钢结硬质合金：M12螺栓冷镦模,6,二、模具材料的应用与发展,7,洛阳理工学院,1.电渣重熔（electroslag remelting） 是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其主要目的是提纯金属并获得洁净、组织均匀且致密的钢锭。 2.炉外精炼 是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，在炉外的“钢包”或者专用的容器中进

8、行。 3.真空电弧重熔 是一种利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真空熔炼技术，简称VAR 4.六面锻造 指三向镦粗和拔长的联合工艺，每次都要有一定的锻造比，才能使共晶碳化物逐步变成无规则均匀分布，或接近均匀分布。 5.基体钢（matrix steels) 是一种特殊用途工具钢，其化学成分相当于高速钢的基体成分，在正常热处理后其组织与高速钢基体相同。这种钢具有接近高速钢的强度并且具有相当好的韧性，可用来制造高硬度耐冲击工具。 基体钢主要用于重载冷作模具、难变形材料用的大型复杂模具、钢铁材料用的热挤压模具。, 解释几个概念（省略不讲）,7,二、模具材料的应用与发展,8,洛阳理工学院,东风勇士（中

9、国悍马）汽车的车身覆盖件,用冷作模具制造的产品,8,9,洛阳理工学院,汽车用冲压件,用冷作模具制造的产品,9,10,洛阳理工学院,东方红轮式拖拉机的车身 覆盖件,用冷作模具制造的产品,10,11,洛阳理工学院,用冷作模具制造的产品,11,12,洛阳理工学院,各类模锻件,汽车用曲轴模锻件,用热作模具制造的产品,12,13,洛阳理工学院,用注塑模制造的产品,13,14,表面工程技术简介,洛阳理工学院,激光加热表面淬火 始于上世纪70年代，激光束加热速度每秒达10，表面溶化层厚度很薄.液态层的结晶冷却速度大于常规表面淬火冷却速度10倍以上， 因此激光表面淬火马氏体的含量要比常规热处理淬火工艺的高 电

10、子束表面改性 电子束表面改性始于上世纪70年代后期，电子束表面改性：可进行表面淬火、表面合金化，具有极快的加热速度，可实现自冷淬火，能准确定点局部淬硬、变形小，便于采用数字控制或计算机控制 热喷涂 是利用电弧、等离子或燃烧火焰等热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。 离子注入 是近30年来国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术 。在真空条件下，将所需元素（金属或非金属）离子加速，使其具有数百或数万eV能量的离子束流，注入到固体材料（金属、半导体、合金、陶瓷

11、）的表层，使固体发生物理、化学和冶金性能的变化，此过程称为离子注入,14,二、模具材料的应用与发展,15,洛阳理工学院,5. 传统的化学热处理技术 将金属工件放入含有某些活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变表层化学成分及组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。包括：渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗、渗硼、渗金属等 6. 刷镀 是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的电镀方法。具有设备简单、镀层质量好、镀层结合强度高、可进行局部电镀等优点 7. 化学气相沉积（CVD) 是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表

12、面，进而制得固体材料的工艺技术。比如：用CVD法制备Ni-P复合涂层，耐磨性与硬质合金相当 8. 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。比如：沉积TiC、TiN镀层提高模具表面的抗粘着性和抗咬合性,15,表面工程技术简介,二、模具材料的应用与发展,16,三、本课程的性质、教学目的和基本要求,洛阳理工学院,1. 课程性质 是普通高等教育应用型本科材料成形及控制工程专业（模具方向）的一 门专业课。 2. 课程要求 (1) 已学习了“金属学与热处理

13、”或“工程材料及热处理”课程 (2) 既要懂模具的设计与制造，也要懂模具材料及表面处理技术 (3) 掌握模具材料的特性、强韧化方法、使用范围 (4) 在选择材料时注意质量、寿命、成本三者的关系，达到正确选择模 具材料及掌握正确的热处理方法 (5) 熟悉各类模具的表面处理方法及其选用,16,17,第1章,Moldingtoollifespanandmaterial,第 1 章 模具失效与使用寿命,第1节 模具的失效分析 第2节 典型模具的服役条件及失 效分析 第3节 模具的使用寿命及其影响 因素,Moldingtoollifespanandmaterial,洛阳理工学院,17,18, 主要内容,

14、洛阳理工学院,1. 模具的失效分析 2. 典型模具的服役条件及失效形式 3. 模具的使用寿命及其影响因素 4. 模具热处理与表面强化对使用寿命的影响, 重点及难点,1. 模具的失效机理、过程分析 2. 热作、冷作、塑料模具的服役条件及失效形式 3. 模具材料、热处理及表面强化对使用寿命的影响,18,19,第一章 模具失效与使用寿命,重要定义,洛阳理工学院,1）模具失效 是指模具丧失正常的使用功能，不能通过一般的修 复方法（如刃磨、抛磨等）使其重新服役的现象 2）模具失效分为两类： a. 正常失效（比较安全） b. 非正常失效（早期失效）（不安全，应加以避免） 3）模具使用寿命（模具正常寿命）

15、是指模具在正常失效前生产出的合格产品的数目， 若其在生产过程中经过多次修模，则模具的使用寿 命为首次寿命与各次修模寿命的总和,19,20,第一节 模具的失效分析,一、模具的损伤与失效,洛阳理工学院,1）失效 是指模具在服役中产生过量塑性变形、表面损伤、开裂与断裂、冷热疲劳、腐蚀等损伤后，将丧失原有的功能，以致不能正常服役，这种现象称为失效。 2）模具失效是一个变化的过程 如: 断裂失效经历的过程是： 表面产生缺陷表面微裂纹裂纹扩展断裂 3）模具损伤 指模具使用过程中，出现变形、微裂纹、腐蚀等现象，但没有立即丧失服役能力 的现象。 4）损伤是模具破坏的起源；损伤的积累可导致模具的失效 5）非正常失效（早期失效） 模具达到一定工业技术水平公认的使用寿命而产生的失效 6）正常失效 在模具使用一定期限后，由缓慢塑性变形、均匀的磨损或疲劳破坏而出现的 失效,20,21,第一节 模具的失效分析,二、模具的失效分类,洛阳理工学院,21,22,第一节 模具的失效分析,三、模具的失效机理分析,洛阳理工学院,1）磨损 是指模具表面的相对运动，而从模具的接触表面逐渐失去物质的现象称 为。 2）磨损失效 当磨损使模具的尺寸发生变化或使模具表面的状态发生改变而使其不能 正常工作时，称为。 3）磨损按机理分类： 磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳