模具材料与热处理课件9~12

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1、 9.1 常用冲压件材料9.1.1 常用冲压件材料的化学成分和力学性能9.1.2 冲压用材料的合理选择 9.2 常用塑件材料及性能9.2.1 概论9.2.2 塑料的分类9.2.3 塑料的性能9.2.4 塑料一般选材第9章 模具加工件材料概述目录一般来说，产品设计和工艺人员遇到下列情况时，都会涉 及加工件材料选用问题。 (1)设计新产品时，根据产品的技术经济指标，对零部件 的作用、受力情况和工作条件以及工艺要求选用材料。 (2)改进产品或仿制产品时，在原产品和仿制品的基础上 提出改进方案，根据改制和仿制的要求选用合适的材料。 (3)进口产品国产化时，对样品进行技术分析和性能试验 ，选用性能与之相

2、当的新材料。 (4)改变工艺流程时，选择代用材料。在生产过程中，采 用新材料、新工艺、新技术和节能降耗都涉及材料的变更问 题。 (5)原材料供需发生问题时，为确保生产的顺利进行，需 要进行临时或长期材料变更。 因此，合理选用材料是保证产品使用性、工艺性、经济性 的基础。 9.1 常用冲压材料冲压所用的材料是多种多样的，绝大多数是板料、带料及块料， 有时也对某些型材及管材进行冲压加工。材料类别包括黑色金属、有色金属和非金属三大类。其中主要以 各种金属板料为冲压加工的对象。 一是黑色金属。普通碳素钢钢板 如Q195，Q235钢钢板等。 优质碳素结构钢钢板 常用牌号有08，08F，10，20钢钢板等

3、低合金结构钢钢板 常用的如Q345(16Mn)，Q295(09Mn2)钢钢板。 电工硅钢钢板 如DT1，DT2钢钢板。 不锈钢钢板 如1Cr18Ni9Ti，1Cr13钢钢板等 二是有色金属。包括紫铜板、黄铜板、锡磷青铜板、铍青铜板、铝 板、钛合金板、镁锰合金板等。三是非金属，包括纸胶板、布胶板、皮革、塑料板、橡胶板、纤维 板、云母板等。主要用于轻工业和建材业相应的产品中。 3.新型冲压材料 当代材料科学的发展已经做到根据使用与 制造上的要求设计并研发新的材料，因此很多冲压 用的新型板材应运而生。新型冲压板材包括高强度 钢板、耐腐蚀钢板、涂层板及复合板材。 (1)高强度钢板 (2)耐腐蚀钢板 (

4、3)涂层板 (4)复合板材 9.1.2 冲压材料的合理选择 冲压材料选择的合理与否，直接影响到冲压产 品的性能、质量和制造成本，还决定冲压工艺过程 及继续加工的复杂程度。所以合理选材是十分重要 的。 1.选择冲压材料应遵循的原则通常在选择冲压材料时应遵循以下原则: (1)所选材料首先应满足工件的使用性能要求; (2)所选材料要有较好的工艺性能; (3)所选材料要有较好的经济性。 3.满足工件的工艺性能要求 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成型工序两大类 。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁 、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋轧、矫正是几种主要的冲压工 艺。(1)分离工序 分离

5、工序一般包括剪裁、落料、冲孔、切边和整修等，主要 以冲裁件为主，冲裁件的材料主要以满足使用要求为前提，对 材料没有特别的要求。只是在抗拉强度大于600 MPa时要考虑模 具的强度。 (2)成型工序 成型工序主要以弯曲件、拉延件、成型件和冷挤压件为主。 弯曲件对材料的要求 拉延件对材料的要求 （3）焊接工艺对冲压材料的要求 金属材料的焊接性主要决定于化学成分，也决定于焊接工 艺条件及结构的刚性。不同的焊接工艺对材料的性能及焊接 工艺有不同的要求。因此，对于需要进行焊接加工的冲压件 选材时，应考虑材料的焊接性。 （4）机械加工工艺对冲压材料性能的要求 冲压件中有少部分工件在冲压成型以后还需要进行机

6、械加 工，如传动轴上的储油筒座、底盘用的制动盘以及发动机上 用的一些部件等，因此对这些工件选材时应考虑机械加工对 材料的要求。 （5）涂装工艺对冲压材料的要求 涂装质量直接影响到产品的外观质量和产品档次的提升， 涂装质量除了涂装材料本身的影响外，钢板的涂装性能也是 涂装工艺不可忽视的因素。一般来说，影响钢板涂装性能的 主要因素有钢板表面状态、钢板清洁度和钢板表面粗糙度。 4.选择冲压材料的注意事项 充分重视废料及余料的 作用: 冲压生产中的废料通常 分为两部分，即由产品结构 造成的，称为结构废料;由 工艺排样造成的称为工艺废 料。产品结构废料应在产品 设计时尽量考虑对废料的利 用。如图9-1所

7、示的单相电 度表电磁冲片，其冲下的废 料仍可作为冲制垫片，从而 降低了成本。图9-1 单相电度表电磁冲片排样 1电磁冲片 2冲制垫片 3废料例：在工艺排样时，应尽量考虑无废料及少废料排样 ，如图9-2(a)所示为电度表线圈焊片无废料排样形式，图 9-2(b)所示为少废料排样形式。 图9-2 电度表线圈焊片排样形式 1条料;2落料工件; 3废料 9.2 常用塑料及性能 9.2.1 塑料的分类 1.按使用特性分类 (1)通用塑料 (2)工程塑料 (3)特种塑料 增强塑料: 泡沫塑料: 2.按理化特性分类 (1)热固性塑料 (2)热塑性塑料 3.按加工方法分类 根据成型方法，可将塑料分为膜压、层压、

8、注射、挤 出、吹塑、浇铸和反应注射塑料等多种类型。 9.2.2 塑料一般选材 塑料模具典型的选材程序 1.零部件的构思 零部件的构思是指进行初步的功能设计，即零部件的形状及其功能元 件的形状，并考虑选择基本加工方法。 2.选材 塑料性能主要包括 相对密度 、色泽与透明度、 硬度、 机械性能 3.初步分析设计 初步分析设计是指利用工程设计性能计算壁厚和工件的其他尺寸，并 根据塑料的特点进行制品设计和模具设计。 4.试制样品 试制样品即在部件实际使用条件下或模拟零部件的使用条件下进行试 验。 5.重新设计和重新试验 当性能不能满足使用要求时，要重新筛选材料或重新设计并试验。 6.根据试制样品的试验

9、情况和加工零部件的成本，确定最终设计和选 材。 7.确定材料的技术规格和检验方法 思考题 9-1 常用冲压材料有哪些? 9-2 何时会涉及加工件材料选用问题?冲压工艺对材料有 何基本要求? 9-3 影响冲压性能的主要因素有哪些?说明化学元素C对冲 压性能的影响。 9-4 简述选择冲压材料应遵循的原则。目录101 失效分析1011 失效的分类1012 失效的基本影响因素1013 失效分析 102 模具的服役条件与失效形式1021 模具的服役条件1022 模具的失效形式1023 冲裁模的服役条件和失效形式1024 拉深模的服役条件和失效形式1025 冷挤压模的服役条件和失效形式 103 模具寿命及

10、其影响因素1031 影响模具使用寿命的基本因素1032 模具热处理和表面强化对使用寿命的影响1033 影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施第10章 模具失效目录10.1 失效分析系统、设备、工件等产品丧失额定功能的现象称为失效。 对失效现象进行科学、公正和客观的诊断、预测和预防，对 人类揭示和认识客观事物的本质，激发和加快科学技术的进 步，促进和协调国民经济的持续发展以及营造和保证社会的 稳定具有重要作用。下列任何一种情况的发生，都可以认为零件已经失效：p零件完全破坏，不能继续工作p零件严重损伤，不能保证工作安全p零件虽能安全工作，但工作低效10.1.3 失效分析零件的失效形式比较复杂，

11、根据零件破坏的特点、 所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳 为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。表面损伤失效断裂失效变形失效应 力 腐 蚀 断 裂 失 效蠕 变 断 裂 失 效疲 劳 断 裂 失 效低 应 力 脆 断 失 效塑 性 断 裂 失 效塑 性 变 形 失 效弹 性 变 形 失 效磨 损 失 效表 面 疲 劳 失 效腐 蚀 失 效失效形式失效分析的目的是揭示零件失效的根本原因，影响失效的 因素很多，要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析。服役条件失效零件失效分析失效类型失效原因工业试验实验室试验提高零件失效抗力加强管理改进工艺提高主要抗力指标改进设计工 艺使 用材

12、 料设 计10.1.3 失效分析1.无损检测无损检测是针对材料在冶金、加工、使用过程中 产生的缺陷和裂纹用无损探伤法进行检查，以查清其 状态及分布。2.断口分析断口分析是对断口进行全面的宏观(肉眼、低倍 显微镜)及微观(高倍显微镜、电子显微镜)观察分析 ，确定裂纹的发源地、扩展区和最终断裂区，判断 出断裂的性质和机理。脆性断口 韧性断口 疲劳断口失效分析的主要方法3.金相分析通过观察分析零件（特别是失效源周围）显微组 织构成情况，如组织组成物的形态、粗细、数量、分 布及其均匀性等，辨析各种组织缺陷及失效源周围组 织的变化，对组织是否正常作出判断。4.化学分析检验材料整体或局部区域的成分是否符合

13、设计要求。5.力学分析检查分析失效零件 的应力分布、承载能力以及 脆断倾向等。失效分析的主要方法(3)断裂形式的特征 韧性断裂的特征 宏观特征:宏观变形方式为缩颈，典型断口为杯锥状断口，底部 成纤维状剪切断口，其平面和拉伸轴大致呈45角。 微观特征:蛇形滑移和延伸，间距不等、短而且平行、不连续的 条纹韧窝，大小相当于显微空洞裂纹的一半。韧性断裂见图10-1。 韧性(塑性)断裂实物断口韧窝电镜 照片脆性断裂的特征脆性断裂时承受的工作应力较低，通常不超过材料的 屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应 力脆断。这种宏观裂纹可以在生产工艺过程中产生，还可 能由于疲劳或应力腐蚀而产生。脆性断

14、裂见图10-2。(a)脆性断裂实物 (b)断口电镜照片 图10-2其他断裂失效形式 其他断裂形式主要是疲劳断裂和蠕变断裂。疲 劳断裂见图10-3。 疲劳断裂实物疲劳断裂显微形貌3.表面损伤失效 粘着磨损 两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部 粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到另一表面 或被撕下作为磨料留在两个表面之间的现象称为粘着 磨损。如图10-4所示。 图10-4 粘着磨损磨料磨损 配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒 或表面微凸体的作用而造成表面损伤（被犁削形成沟 槽）的磨损称为磨料（粒）磨损。如图10-5所示。 图10-5 磨料（粒）磨损示意图4.腐蚀失效 腐蚀是金属

15、暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗，它是金属与 环境介质之间发生的化学和电化学作用的结果。点腐蚀集中于局部，呈尖锐小孔，进而向深度扩成孔穴甚至穿透。金属表 面受破坏处和未受破坏处形成“局部电池”，其中受破坏处是阳极，未受破坏处 是阴极，腐蚀电流由阳极流向周围的阴极，阳极处很快被腐蚀成小孔。如图10- 6所示。 晶间腐蚀发生于晶粒边界或其近旁。其主要原因是晶界处化学成分不均匀 。如图10-7所示。 图10-7 晶间腐蚀示意图图10-6 点腐蚀示意图10.2 模具的服役条件与失效形式 一、模具的服役条件冷作模具主要用于金属或非金属材料的冷态成形。冷作模具在服 役过程中承受拉伸、弯曲、压缩、冲击、疲劳等不同应力的作用，而 用于金属冷挤、冷镦、冷拉伸的模具，还要承受300度左右的交变温度 作用；热作模具主要用于高温条件下的金属成形，模具是在高温下承 受交变应力和冲击力，工件成形温度往往在1000度以上，模具还要经 受高温氧化及烧损，在强烈水冷条件下经受冷热变化引起的热冲击作 用；塑料模具中的热固性塑料压模受力较大，而且温度为200250度 左右，模具在较强的磨损及浸蚀条件下工作，而热塑性塑料注射模其 受力、受磨损都不太严重，但部分塑料品种含有氯及氟，当压制时易 放出腐蚀性气体，模具型腔经受气体腐蚀作用。二、模具的失效形式