模具工程材料介绍(doc 8页)

模具工程材料介绍（doc 8页）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。

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。

工艺优点：1省时2省料3设备投入少，工艺易掌握4模具寿命长。

工艺路线：准备母模—沙套造型—陶瓷型灌浆—起模—喷烧—焙烧烘干—浇注—清理—退火—机加工—淬火+回火；精铸模块的性能特点：1耐磨性优于锻造模块（尤其是采用金属衬陶瓷型水冷工艺）；2应力集中敏感性低于锻造模块3但冲击韧性值低于锻造模块。

铸钢堆焊大型锻模容易产生裂纹，防止产生裂纹的主要措施为：1合理设计堆焊槽2选用桥当的堆焊工艺参数：高压，低电流易得优质焊缝；为获得均匀焊缝，在焊接过程中应逐渐降低电压，且不断地调节电流。

双金属电渣熔铸模块技术：1应用：使模块带有良好韧性的模尾或更换已断裂的模尾，以免整个模块的保费；2工艺优点：（1）因不需对模具尾部进行专门回火处理，减少了工序，缩短了制模周期，工艺简单可靠，节省了加工费用（2）熔铸模块成分均匀，气体含量低，夹杂少，组织致密，晶粒细，各向异性小，延长了模块的使用寿命。

塑料模具的工作条件：据塑料制品成型固化不同，塑料膜可分为热固性塑料膜和热塑性塑料膜。

热固性塑料膜工作是，塑料固态粉末或预制坯料加入型腔，在一定温度下热压成型，故受力大，并受一定的冲击，摩擦较大。

即热机械负载及摩擦较大。

热塑性塑料膜工作时，是使塑料在黏流状态下，通过注射，挤压等方式进入模腔而成型，受变形抗力小，受热受压及磨损情况不严重。

但均在一定温度下工作，故均须有耐腐蚀的性能。

塑料模具的性能要求：与冷、热作模具相比，塑料模的基本要求并不太高，具体如下：1使用性能（1）较高的硬度和耐磨性；（2）一定的抗热性和耐蚀性；2工艺性能（1）有较好的冷、热成型性，变形抗力小（2）切削加工性好，有良好的抛光性及焊接性能；（3）有较好的淬透性，热处理变形小。

铸造模具预处理的目的是：消除由于铸造、清理、切削冒口时产生的组织应力和热应力，使模具的组织及性能均匀，以减少最终热处理时发生变形及开裂，也为了降低硬度，便于机械加工。

表面工程改善机械零件、电子电器元件等基质材料表面性能的一门科学和技术，主要用于提高零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗疲劳强度等力学性能，是维修与再制造的基本手段。

表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力情况。

表面工程技术分为：表面改性，表面处理和表面涂覆。

表面化学热处理是在一定的温度下、在不同的活性介质中向钢零件的表面渗入一些化学元素，用来改变零件表面成分、组织，以改善其使用性能和延长其使用寿命的热处理过程。

普通的化学热处理按渗入元素的不同分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬等，随着科学技术的进步又发展起来真空化学热处理及等离子体化学热处理等技术。

真空化学热处理是指将钢制零件在真空条件中加热，渗入金属或非金属元素，改变钢的表面成分、组织和性能热处理方法。

它的优点是工件不氧化、台步脱碳、渗入速度快、生产效率高等。

等离子化学热处理是利用负压气体在一定电压的激发下产生辉光离子放电效应形成等离子态、大量的正离子强烈轰击工件表面发生一系列复杂的物理化学反应，使工件表面快速获得所需渗层的热处理方法，它的优点是渗速快、变形小、渗层浓度梯度平缓、节能等。

表面化学热处理的三个基本过程是：化学介质的分解、活性原子的吸收和原子向内层扩散形成一定厚度。

渗碳是：将低碳钢件放入渗碳介质中，在900℃~950℃加热保温，使活性碳原子渗入刚健表面，并获得高碳渗层的工艺方法。

经过渗碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韧性。

常用的渗碳工艺蛀牙偶有气体渗碳和离子渗碳等。

离子渗碳具有渗碳效率高、碳浓度梯度平缓、工件变形小、环境污染小以及狭缝和小孔都能处理的优点。

渗氮是：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理成为渗氮。

钢件渗氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。

由于氮化层体积长大，在表层形成较大的残余，因此可以获得比渗碳更高的疲劳强度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。

渗氮后钢件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的抗腐蚀性能。

渗氮的优点：模具变形小，适用于精度要求较高的模具。

钢件渗氮后一般不进行热处理，为了提高钢件心部的强韧性，渗氮前必须进行调质处理。

渗硼是：将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程。

热喷涂：是利用一种热源，如电弧、离子弧或燃烧的火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体形成结合层的工艺方法。

按热源的种类可将喷涂分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和激光喷涂四种基本方法。

喷涂材料主要有丝状材料和粉末材料。

按照加热和涂层结合方式分类，热喷涂又可分为喷涂和喷熔两种。

热喷涂技术的特点：①喷涂材料广泛，所获得的涂层性能也非常广泛。

②适用于各种基体材料的零件，各种金属和非金属零件的表面都可以热喷涂。

③操作程序少，速度快，生产效率高。

④被喷涂零件的尺寸范围较宽。

⑤基材变形小，除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺。

⑥可赋予普通材料以特殊的表面性能。

⑦成本低，经济效益显著。

火焰喷涂：是利用燃气及助燃气体混合燃烧作为热源，喷涂材料则以一定的传送方法进入火焰，加热到熔融或软化状态，然后依靠气体或火焰加速喷射到基体上。

根据喷涂材料不同，可分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂两种。

等离子喷涂：是以氮气、惰性气体如氩气作为工作介质，在专用的喷枪内发生电离形成热等离子体，再将进入该等离子弧区的粉末状涂层材料熔融、雾化，并告诉喷送到被涂工件表面，形成涂层。

工业上使用的风离子喷涂设备由喷枪、电源、送粉器、控制装置和热交换器等组成。

电镀技术：是一种用点化学方法在基体（金属或非金属）表面沉积金属或金属化处理的技术。

电镀的目的是改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。

镀层的种类按使用性能可分为：①防护性镀层②防护-装饰性镀层③装饰性镀层④耐磨和减磨镀层⑤电性能镀层⑥磁性能镀层⑦可焊性镀层⑧耐热镀层⑨修复用镀层。

按镀层与基体金属之间的电化学性质分类，可分为阳极性镀层和阴极性镀层。

按镀层的组合形式分为单层镀层和多层金属镀层。

电镀：是指在交流电的作用下，电解液中的金属原子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。

电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。

合金镀层：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层被称为合金镀层。

电镀合金与热冶金相比有如下特点：①容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金②可获得热熔相图没有的合金③容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金④在相同合金成分下，电镀合金比热熔合金的硬度高、延展性差。