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1、武汉工程职业技术学院毕业论文- - 1 1 - -武汉工程职业技术学院武汉工程职业技术学院 毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）计）题题 目目：提提高高模模具具钢钢质质量量的的具具体体途途径径系系 别别： 冶金工程系冶金工程系 专专 业：业： 冶金技术冶金技术 班班 级级： 0909 级冶金级冶金 1 1 班班学学 号号: : 姓姓 名名： 指指导导教教师师： 20122012 年年 3 3 月月 2020 日日武汉工程职业技术学院毕业论文- - 2 2 - -摘要摘要近年来，世界范围内模具钢制造业的竞争变得越来越激烈，企业能否在在尽可能短的时间内高效率、低消耗地为顾客提供个性化高质量产品，已
2、成为企业竞争能力的一个标志。模具钢材被称为工业之父，模具钢材质量的高低，将直接影响到产品的成本、产量、质量、新产品投产及老产品更新换代的周期、企业产品结构调整速度与市场竞争力，因此经济形势对模具钢材的质量提出了越来越高的要求。那么如何才能更合理地提高模具钢材的质量呢？也就是，怎么样才能让模具钢材在低成本、高效率、高精度条件下，更长时间地、更多模次地生产出质量合格的制件呢？这已经越来越成为人们关注的焦点。关键词关键词：模具钢、等向性能、热处理、炉外精炼、煅造武汉工程职业技术学院毕业论文- - 3 3 - -目录目录 提高模具钢质量的基本途径提高模具钢质量的基本途径.1.1 提高模具钢冶金质量的途
3、径提高模具钢冶金质量的途径.2.2 提高模具钢的纯净度提高模具钢的纯净度.4.4 提高模具钢的等向性能提高模具钢的等向性能.5.55.5. 模具材料的质量对模具热处理的影响模具材料的质量对模具热处理的影响556.6. 模具钢热处理存在的质量控制问题模具钢热处理存在的质量控制问题777.7. 模具热处理技术的进步推动制造业的创新模具热处理技术的进步推动制造业的创新888.8. 如何改善模具钢的锻造质量如何改善模具钢的锻造质量10109.9. 在模具钢材生产中常用的炉外精炼在模具钢材生产中常用的炉外精炼111110.10. 改善模具钢材带状碳化物的有效工艺措施改善模具钢材带状碳化物的有效工艺措施1
4、11111.11. 如何正确采取措施以提高模具钢质量水平如何正确采取措施以提高模具钢质量水平131312.12.参靠文献参靠文献.14.141 1 提高模具钢质量的基本途径提高模具钢质量的基本途径首先制件的设计要合理，尽可能选用最好的结构方案，制件的设计者武汉工程职业技术学院毕业论文- - 4 4 - -要考虑到制件的技术要求及其结构必须符合模具钢材制造的工艺性和可行性。模具钢材的设计是提高模具钢材质量的最重要的一步，需要考虑到很多因素，包括模具钢材材料的选用，模具钢材结构的可使用性及安全性，模具钢材零件的可加工性及模具钢材维修的方便性，这些在设计之初应尽量考虑周全。模具钢材材料的选用既要满足
5、客户对产品质量的要求，还需考虑到材料的成本及其在设定周期内的强度，当然还要根据模具钢材的类型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素来选材。例如：冲裁模的主要失效形式是刃口磨损，就要选择表面硬度高、耐磨性好的材料；冲压模主要承受周期性载荷，易引起表面疲劳裂纹，导致表层剥落，那就要选择表面韧性好的材料；拉深模应选择摩擦系数特别低的材料；压铸模由于受到循环热应力作用，故应选择热疲劳性强的材料；对于注塑模，当塑件为ABS、PP、PC 之类材料时，模具钢材材料可选择预硬调质钢，当塑件为高光洁度、透明的材料时，可选耐蚀不锈钢，当制品批量大时，可选择淬火回火钢。另外还需要考虑采用与制件亲和力较小的模具
6、钢材材料，以防粘模加剧模具钢材零件的磨损，从而影响模具钢材的质量。模具钢材结构设计时，尽量结构紧凑、操作方便，还要保证模具钢材零件有足够的强度和刚度；在模具钢材结构允许时，模具钢材零件各表面的转角应尽可能设计成圆角过渡，以避免应力集中；对于凹模、型腔及部分凸模、型芯，可采用组合或镶拼结构来消除应力集中，细长凸模或型芯，在结构上需采取适当的保护措施；对于冷冲模，应配置防止制件或废料堵塞的装置(如：弹顶销、压缩空气等)。与此同时，还要考虑如何减少滑动武汉工程职业技术学院毕业论文- - 5 5 - -配合件及频繁撞击件在长期使用中磨损所带来的对模具钢材质量的影响。对模具钢材主要成形零部件进行表面强化
7、，以提高模具钢材零件表面耐磨性，从而更好地提高模具钢材质量。对于表面强化，要根据不同用途的模具钢材，选用不同的强化方法。例如：冲裁模可采用电火花强化、硬质合金堆焊等，以提高模具钢材零件表层的耐磨性和抗压强度；压铸模、塑料模等热加工模具钢材钢零件可采用渗氮(硬氮化)处理，以提高零件的耐磨性、耐热疲劳性和耐磨蚀性；拉深模、弯曲模可采用渗硫处理，以减少摩擦系数，提高材料的耐磨性；碳氮共渗(软氮化)可应用于各类模具钢材的表面强化处理。另外，近几年发展起来的一种称为 FCVA 真空镀金刚石膜技术，能在零件表层形成一层与基体结合异常牢固又十分光滑均匀密实的保护膜，这种技术特别适合于模具钢材表面保护性处理，
8、也是提高模具钢材质量的一种效果显著的方法。当然，如果制件属试制产品或生产批量相当小的话，就不一定非要进行模具钢材零件的表面强化处理。2 2 提高模具钢冶金质量的途径提高模具钢冶金质量的途径冶炼质量对于高质量的模具钢材，国内外广泛采用炉外精炼、 真空处理、真空冶炼、喷粉处理、电渣重熔等工艺、降低钢中的有害元素、氧、氢和夹杂物的含量，进行化学成分和浇注温度的微调。通过电渣重熔还能够有效地改善钢的低倍组织和致密度， 提高模具钢材的等向性。 锻造轧制工艺在保证一定的锻造比的基础上，尽可能采用镦粗一拔长锻造和交叉轧制工艺，以提高模具材料的等向性。为了减少加工余量，提武汉工程职业技术学院毕业论文- - 6
9、 6 - -高材料的利用率，广泛采用精锻机、快锻水压机、高精度连轧机生产，提供高精度的钢材适应模具制造的需要。 热处理和精加工锻、轧材的热处理，应采用可控气氛或真空热处理，避免氧化脱碳，对有些塑料模具钢和热作模具钢应由冶金部门进行预硬处理。 对有些要求高的热作模具材料应由冶金部门预先进行组织细化处理，消除钢中的粗大碳化物和链状分布的碳化物，得到细小、均匀分布的碳化物组织，以进一步改善钢的各种性能，特别是等向性。根据国外的一些报道，有些热作模具钢通过电渣重熔多向煅造（轧制）组织细化处理，生产出高质量高等向性的模具钢，其横向的冲击韧度值可以相当于纵向的 90%以上。 不少钢厂对这种工艺生产的钢命名
10、了商品牌号,如奥地利伯乐钢厂的 ISODISC；日本日立金 属公司的 ISOTROPY， 日本高周波钢业公司的 MICROFINE 等， 我国不少冶金生产部门也在致力于这项工作。 另外从钢材各部位的冶金质量考虑，制造模具时应注意使模具的主要工作面（如型腔或刃部）选择接近钢材的表面位置； 因为在一般情况下钢材的表面是钢材比较清洁的部位，而钢材的心部是钢材低倍缺陷比较集中的区域；特别是在大截面莱氏体钢材中， 中心部位钢的共晶碳化物不均匀度会比表面部 位高出 23 级。还有模具的主要承受载荷的方向最好能选择与钢材的变形方向相一致，以减少钢材的各向异性对模具的不利影响。 导热性也是模具钢材，特别是有些
11、热作模具钢材和塑料模具钢材的主要性能指标之一。导热性好的模具钢材，能把加工中产生的热量和加工工件传来的热量迅速传出，避免模具工作表面产生过热现象改善模具的工作条件。对一些热塑性塑料成形用的模具和一些压铸模具，为了加快生产节武汉工程职业技术学院毕业论文- - 7 7 - -奏希望压制的工件迅速降温脱模，以提高生产率，为了解决这一问题，有时选用一些比钢铁导热性更好的模具材料，如高强度铜合金、高强度铝合金等。 3 3 高纯净度模具钢高纯净度模具钢钢的纯净度提高到一定水平，不但可以改进钢的原有性能，而且可以赋予钢的新性能。日本大同特殊钢公司把 SKD61 (4Cr5MoSiVl) 钢中硫、磷含量从 0
12、.03 降到 0.01 以下，冲击韧性提高一倍以上；日立金属公司把 SKD61 钢中的磷含量从 0.03 降到 0.001 ，钢的冲击韧性从 40J/cm2 提高到 130J/cm2 ；德国蒂森把 2344 (H13) 电渣中的磷含量降低到 0.003 且细晶化，钢的疲劳性能明显提高。将钢中的氧含量降低，也可以显著改善钢的韧性，国外有些特殊钢厂将模具钢的氧含量规定为 1510-6。为了提高模具钢的纯净度，国外普遍采用二次精炼工艺，主要用真空炉外精炼、电渣重熔、真空白耗等手段生产模具钢，以提高钢的纯净度，降低钢中有害夹杂物含量。由于钢中非金属夹杂物含量降低，尤其是脆性非金属夹杂物含量降低，有效地
13、提高钢的抛光性能和改善表面粗糙度，这对于高档的塑料模具钢尤为重要。因此，日本山阳特殊钢公司规定高纯净度的模具钢中的0 1010-6、 S 5010-6。武汉工程职业技术学院毕业论文- - 8 8 - -4 4 高等向性能模具钢高等向性能模具钢模具大部分是多向受力，因此提高钢的等向性能，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用寿命。近二十年来，国外不少特殊钢厂都采用不同工艺措施致力于开发高等向性能的模具钢，并且各自命名一些商业牌号。要获得高等向性能的模具钢，目前国外采用真空炉外精炼或电渣重熔、高温扩散退火和大锻造比的等向锻造工艺相结合，减小了大截面模块表面和心部横向
14、和纵向性能的差异。以生产高等向性能的 4Cr5MoSiVl 模具钢为例，主要的生产工序如下：即采用电渣重熔，除了提高钢的纯净度、降低钢中的非金属夹杂物之外，还可以使钢中的枝晶间距变小，结晶结构改变。另一个重要生产工序是对钢锭或钢坯进行高温扩散退火，使钢中原先较小颗粒的一次碳化物完全溶解，并在随后冷却过程中析出球状的碳化物；而原先条状粗大的一次碳化物则通过高温扩散溶解一部分，使其变小和球化，结合适当的软化处理，可获得球状碳化物均匀分布在铁素体基体上的组织，从而显著地提高钢的横向冲击韧性。5 5 模具材料的质量对模具热处理的影响模具材料的质量对模具热处理的影响模具钢零件或工具钢的生产要经历冶炼、浇
15、注、煅造、预先热处理、机械加工、最后热处理、精加工和装配等流程。为了搞好热处理，应掌握整个生产中各个环节的相互作用及其对产品质量影响的规律，将热处理作武汉工程职业技术学院毕业论文- - 9 9 - -为制造流程中的一环，以全局的视野分析和解决问题，常可收到事半功倍之效。举例如下：工业缝纫机梭心套冷挤压凸模，工件材料为 20Gr 钢，形变阻力较大，凸模所承受的单位压力超过 250MPa，而且在凸模中间有一个小孔，挤压时部分被挤钢料从中窜出使凸模承受径向张力，容易引起开裂。W6Mo5Cr4V2 钢制造的凸模，其最佳淬火、回火工艺即 1190加热淬火，560回火 4 次，仍未能完全消除凸模早期开裂的现象。对使用后的模具进行解剖和金相分析发现，凡是早期开裂的凸模，碳化物偏析的级别大多数在 3 级以下。由此可见，高速工具钢的莱氏体碳化物偏析导致韧性下降，是凸模早期开裂的重要原因。这就需要从控制高速钢原材料的质量，以及通过锻造改善碳化物级别着手，才能解决问题。我国国标规定，直径为 6080mm 的高速钢出厂时碳化物级别为 5 级。梭子凸模原设计尾部直径为 60mm，需要用直径大于 60 mm 的钢材制造，经过修改凸模设计，尾部直径改为 48mm，可以用 50mm 直径高速钢制造。通过对高速钢材进行“十字交叉”锻造，进一步降低碳化物级别，并规定煅造的形变规范，使钢料中
