模具材料及表面处理课件吴兆祥版全

2、模腔过渡圆角半径R的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：
由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径R对模 具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。
根据经验：r=(2~3.5)R适宜 3、模具工作部位角度的影响
反挤压凸模结构与寿命：
a)、b)凸模顶部设有斜角，所受单 位挤压力小，模具寿命较c)显著提高。
力学性能
疲劳磨损
润滑条件
四、韧性
韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的
能力。
评介指标：冲击韧度ak、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量
例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越
高；细晶粒组织、M板、B下、S回都具有高的韧性。
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三、耐热性
表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正 常工作的能力。
冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2 和K1C
影响强度的主要因素有： 钢的化学成分 金相组织 内应力状态
二、硬度与热硬性
硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。 热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。 模具对硬度的要求一般是：
冷作模具为：52~60HRC 热作模具为：40~52HRC
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
高等职业教育机电类规划教材 机械工业出版社精品教材
模具材料及表面处理
（第二版）
主编：吴兆祥
绪论
一、模具材料技术在模具工业中的地位
1、模具是重要的加工工艺装备
汽车、拖拉机零件： 70%
塑料制品：
80%~90%
日用五金：
60%~70%
2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响
三、课程性质与学习要求
本门课程属于专业课程，学习要求如下： ①掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。 ②正确选用模具材料热处理方法。 ③熟悉各类模具的表面处理及选用。
第一章 模具材料概论
第一节 模具及模具材料分类
一、模具分类
按材料、工艺、设备分：10类 按工作条件分：
冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。 热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。 成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末 冶金模等。
模锻斜角β及圆角半径对应力的影响：
由图可见，模锻斜角β越大，圆角半径越大， 底部所受最大比较应力越小。
二、模具制造质量对模具寿命的影响
零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。 Ra低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。 硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。 装配精度高，模具寿命高。
评价指标：高温热稳定性、抗氧化性
高温热稳定性常以材料在600~700℃时的屈服
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
五、耐蚀性
含有氯、氟的被加工材料对模具型腔 具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主 要方法。
第三节 模具的失效形式及分析
一、模具的失效形式 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。 模具的失效形式：
二、模具材料分类
模具材料
模具钢
其他模具 材料
冷作模具 钢
热作模具 钢
铸非塑铁铁料钢金模属具及合金 硬质、钢结硬质合 金 非金属材料
第二节 模具材料的主要性能指标
一、强度
强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标 冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度
正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很
大作用。 采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高 模具的寿命。 表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。
五、模具的使用对模具寿命的影响
1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模 具的磨损。
三、模具材料对模具寿命的影响
模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料， 模具寿命不同。 零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同， 并非硬度越高模具的寿命越长。 冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度 低，模具寿命短。
新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。
四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响
因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模 具的性能要求在图样上只用硬度标注。
影响硬度和热硬性的因素主要有：
钢的化学成分 热处理工艺 表面处理工艺
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损
组织状态
氧化磨损
①冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。 ②热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。 ③塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。 强韧化处理新工艺广泛采用。 表面技术水平不断提高。
2、国外概况
发达国家的模具钢系列化﹑标准化程度高。 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板﹑方料﹑扁料类型并经预 处理状态供应市场。 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。 发达国家模具表面处理设备及工艺先进。
模具材料技术影响到模具的制造成本。 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。
3、行业要求
合理选用模具材料。 合理实施模具的热处理及表面处理。 大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。
二、国内、外模具材料技术水平概况
1、国内概况
模具钢系列化水平提高，现纳入GB有26只钢。 研制出不少新型模具钢：
冷冲压模具过量塑性变形而失效：
热锻模塌陷、磨损失效：
冷镦冲头磨损、折断失效：
二、模具失效分析 模具失效分析的步骤： 生产现场调查 模具用材和制造工艺调查 对模具进行失效分析
模具失效原因主要产生在制造过程：
结构设计不当 材料选择和质量问题 毛坯锻造不良 机械加工缺陷 热处理不当 装配精度不高
例：冷冲压冲头的失效分析
R处断裂 D处磨损超差
冲击疲劳造成 表面硬度不足造成
改进措施： 增加R处的过渡圆角 D处采用表面强化处理
第二节 影响模具寿命的主要因素
一、模具结构设计对模具寿命的影响
1、模腔结构的影响 组合式优于整体式
塔形锻造凹模式
螺栓冷镦凹模
a)为整体式，易于开裂。 b)为组合式，不易开裂，寿命长。