模具工程材料介绍

现代模具的特点1面大量广，品种繁多2作为批量生产，模具在提高经济效益方面起着关键作用3模具生产影响到产品开发更新换代和发展速度4它的寿命影响到产品的成本5现代模具向大型化、复杂化精密化发展。模具的分类：冷作模具、热作模具、型腔模具模具材料的分类：（1）钢铁材料，通常将模具钢分为冷作模具钢、热作模具钢、橡塑模具钢三类。（2）非铁金属材料，主要有铜基合金、低熔点合金、难熔合金、硬质合金、钢接硬质合金等（3）非金属材料，用于制造模具的非金属材料主要有陶瓷、橡胶、塑料等模具失效的形式：断裂失效、磨损失效、疲劳失效、变形失效、磨蚀失效锻造的目的：锻造的第一个目的是使刚才打到模具毛坯的尺寸及规格，为后续加工做好准备。锻造的第二个目的是改善模具钢的组织和性能，使大块碳化物破碎，并均匀分布，改变金属纤维的方向性，使流线合理分布，消除或减轻冶金缺陷，提高模具钢的致密度预备热处理的目的为模具的机械加工和最终热处理做组织准备，其关键的因素是加热温度，冷却温度或等温温度的选择。模具材料的选用原则：①生产批量，当工件的生产批量很大时，凸、凹模材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢；对于模具的其他共同以结构部分和辅助结构部分的两件材料要求，也要相应的提高。在批量不大时，可考虑降低成本，可适当放宽对材料性能的要求。②被冲压材料的性能、工序性质和凸、凹模的工作条件。当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，模具凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料；对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。③材料性能，应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。④生产、使用情况，应考虑我们模具钢的生产和使用情况冷作模具钢的一般性能要求1高硬度高耐磨性2较高的强度和足够韧性3良好的工艺性冷作模具材料的性能要求：（1）变形抗力，衡量冷作模具材料变形抗力的指标主要有硬度、抗压强度、抗弯强度。（2）断裂能力（3）耐磨性（4）咬合能力（5）受热软化能力冷作模具材料的使用性能要求：（1）锻造工艺性，良好的锻造工艺性是指可锻性好。（2）切削加工性，切削工艺性是指可加工性和可磨削性；（3）热处理工艺性，包括退火工艺性，淬透性，淬硬性，脱碳、侵蚀敏感性，过热敏感性，淬火变形倾向冷作模具材料的内部冶金质量要求：（1）化学成分不均匀性；（2）磷和硫的含量；（3）钢中夹杂物；（3）碳化物不均匀性；（5）疏松冷作模具钢的选用原则：首先要满足模具的使用性能要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性。具体选择时应从模具的种类、结构、工作条件、制品材质、制品形状和尺寸、加工精度、生产批量等方面综合考虑，最后根据模具使用寿命和模具成本做出选择。冷作模具钢的热处理工艺工序在安排上应注意：（1）为减少热处理变形，对于位置公差和尺寸公差要求严格的模具，常在机加工之后安排高温回火或调质处理。（2）由于线切割加工破坏了脆硬层，增加了脆硬层脆性和变形开裂的危险，因此，线切割加工之前的淬火、回火，常采用分级淬火或多次回火和高温回火，使淬火应力处于最低状态，避免模具线切割时变形、开裂。（3）为使线切割模具尺寸相对稳定，并使脆硬层组织组织有所改善，工件经线切割后应及时进行再回火，回火温度不高于淬火后的回火温度。硬质合金将高熔点，高硬度的金属碳化物的粉末和粘结剂混合，加压成型在经烧结而成的一种粉末冶金材料。按碳化物的不同，通常分为钨钴类和钨钴钛类，冷冲裁模用的一般是钨钴类。共性是高硬度‘高耐磨和高的抗压强度，但脆性大，不能锻造、热处理和切削加工。主要用于多工位级进模，大直径拉伸凹模的镶块、拉丝模、冷挤压模等。

钢结硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，以合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法产生的一种新型模具材料。它具有硬质合金的高硬度，高耐磨和高抗压性又具有钢的可加工性，热处理性。以WC为硬质相的钢结硬质合金，简称为DT钢，可用于制作冷镦模，冷挤压模，冷冲模，拉伸模等。但价格昂贵，小批量生

产时，技术经济效益不明显。冷冲裁模的选用原则：1冷冲裁模的寿命2冲压件的材质3冲压件的形状，尺寸，厚度，精度及毛刺要求等4价格；主要是对刃口的要求，应有高硬度和高耐磨性及一定的韧性冷拉伸模的材料选用：若被拉伸材料较薄，强度较低，塑性较好，模具承载较轻时，属轻载拉伸；若被拉伸板材强度较高板材较厚时则承载较大为重载拉伸；在拉伸时，冲击力很小，主要要求模具具有较高的强度和耐磨性，工作时不发生粘附和划伤，并具有一定的韧性和较好的切削加工性，热处理变形小。选材与被拉伸材料的类别厚度和变形率有关。轻载拉伸可选T8A,9Mn2V和CrWMn，重载，可选Cr12WMnCr12或钢结硬质合金等。对于小批量的拉伸模可选用较低档的材料，如表面淬火钢，甚至铸铁等；大批量时，应对模具进行渗氮，硼，钒或镀硬Cr。对中碳合金钢模具进行渗碳等表面处理冷挤压模的选用制作冷挤压模的材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性，一般要求硬度为61～63HRC由于承受极大的挤压力，故要求抗压强度高，为防折断抗弯强度也要提高，并要求具有较高的强度和硬度及较高的冷热疲劳抗力。目前常用的材料有60Si2Mn,Cr12,Cr12MnV,W18Cr4V及低碳高速钢6W6Mo5Cr4V基体钢LD,65Nb,012Al低合金高强韧性钢GD，马氏体时效钢，硬质合金等冷镦模具材料的选用要求凸模材料有高的强韧性、抗弯强度和高的耐磨性；凸模材料必须具备高强度、高硬度及高的冲击韧性。对于形状不复杂变形量不大的一般载荷冷镦模，凸模可用T10A,60Si2Mn,9SiCr,GCr15等，凹模可用T10A,Cr12MoVGCr15等。变形量大，形状较复杂的重载冷镦模用钢为强度较高的合金钢或中、高碳钢，如Cr12,高速钢等冷作模具的制造工艺路线1）一般成形冷作模具：锻造—球化退火—机加工成形—淬火+回火—钳修装配。2）成形磨削及电加工冷作模具：锻造—球化退火—机械粗加工—淬火+回火—精加工（凸模成形磨削，凹模电加工）—钳修装配3）复杂冷作模具：锻造—球化退火—机械粗加工—退火或调质—精加工—钳修装配冷作模具的强韧化处理低淬+低回；高淬+高回；微细化处理；等温淬火和分级淬火等热作模具钢的分类：热作模具钢按用途可以分为热锻模用钢、热挤压模用钢和压铸模用钢，又可细分为锤锻模用钢、机锻模用钢、热挤压模用钢、热锻模用钢、热冲裁模用钢和压铸模用钢。按耐热性分类可以分为高耐热性用钢、中耐热性用钢和低耐热性用钢，或按热油性能分为高韧性钢、高热强性钢和高耐磨钢。按合金元素分类可以分为钨系热模钢、铬系热模钢、铬铂系及铬钨铂系热模钢，或按合金元素含量多少分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢。高韧性热作模具钢的基本性能：①淬透性高，以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致的力学性能。②冲击韧性好、热疲劳抗力高，以保证能承受冲击载荷及在急冷急热反复冲击下不至于发生龟裂。③导热性好，以保证模具型腔表面的热量尽快传导外散，降低模具的温升，有利于减少热磨损及热疲劳损伤。④较高的抗回火稳定性及高温强度，以减少热塑性变形。⑤较好的抗氧化性能和加工工艺性能。热锻模具钢的性能要求：①高的冲击韧度和断裂韧度。②高的高温硬度及高温强度。③高的淬透性。④高的热疲劳抗力。⑤较高的回火稳定性。⑥良好的工艺性能及抗氧化性。铸造模块的性能特点：①铸造模块的耐磨性优于锻造模块。②铸造模块裂纹扩展速度比锻钢模具慢，应力集中敏感性比锻钢模块低，这些都有利于模具寿命的提高。③铸造模块冲击韧度值低于锻造模块。

热锻模具淬火工艺的特点1因锻模尺寸较大，大多采用箱式电炉加热。为防止加热过程中产生氧化脱碳，对模具型腔表面及燕尾加以保护。2装炉应注意模块的装置，以使加热均匀。装炉温度不宜太高，以防产生裂纹。3近年研究表明：随淬火温度的提高，钢的断裂韧性有所提高，钢的抗回火能力和热稳定性也得到提高；淬火温度提高后，还能推迟热疲劳裂纹的产生；而淬火温度提高后，又使奥氏体晶粒粗大，降低钢的冲击韧性；但通过回火温度的调整，可使钢的冲击韧性到达模具的要求。4淬火前对模具采用延时冷却等工艺措施，可避免淬火变形及开裂倾向。5保温时间的计算，应将装箱厚度作为模具厚度的一部分加以计算，且采用加热系数的上限。6淬火冷却时影响模具质量的关键，冷却时应注意入油方向并适当摆动及冷却介质的循环。7淬火后的回火。淬火目的是调整模块的力学性，能消除应力，稳定组织和尺寸。所达硬度是以模具不发生脆断的最高硬度值，则模具既有很高的耐磨性，又有很高的塑性抗变形能力，以免模具的早期磨损，变形失效和早期脆断。

陶瓷型精铸锻模工艺：工艺概述：采用陶瓷型精密铸造工艺，将锻模型腔精铸成型，型腔无需再机械加工。