模具材料的分类.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模具材料的分类,5.1 模具材料的分类,5.1.1 冷作模具材料,1.火焰淬火钢,2.基体钢,3.高韧性低合金冷作模具钢,4.高碳中铬耐磨模具钢,5.1.2 热作模具材料,5.1.3 塑料模具材料,1.预硬钢,2.时效硬化钢,3.冷挤压成型塑料模具钢,5.1.4 其他模具材料,在三大类模具材料之外，还有,铸造模具钢,、,有色合金模具材料,、,玻璃模具材料,等。,5.2 模具材料的性能要求,冷冲压模具,要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性,;,冷挤压模具,要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削加工性,;,热作模具,用钢要求在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗腐蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。,5.2.1 使用性能,对各类模具钢提出的性能要求主要包括,硬度、强度和韧性,等。,1.硬度,硬度表示了钢对变形和接触应力的抗力，而且是很容易测定的一种性能，同时硬度与强度也有一定关系，可通过二者的换算关系得到材料硬度值。可按硬度范围划定模具类别，如,高硬度,（5260,HRC），,一般用于,冷作模具,;,中等硬度,（4052,HRC），,一般用于,热作模具,。,图,5-1,硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响,1-,W6Mo5Cr4V2,钢,;2-,Cr12MoV,钢,;3-,Cr5Mo1V,钢,2.,强度,强度是指钢在服役过程中，抵抗变形和断裂的能力。对于模具来说则是整个型面或各个部位在服役过程中抵抗拉伸力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合力的能力。,3.,韧性,在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的韧性。韧性是模具钢的一种重要性能指标，它决定了材料在冲击试验力作用下对破裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆断的危险性越小，热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾向，冲击韧度试验具有重要意义。,4.耐磨性,模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其尺寸精度。,图 5-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平;试验以,Cr12MoV钢为基准（,=1.0）。图,5-3所示是标准模具进行耐磨性试验的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。,图,5,-,2,五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性,图,5-3,工模具钢的磨粒磨损抗力,1-,高碳高钒高速钢,;2-,高碳高钒钢,;,3-,低合金模具钢及碳素工具钢,5.,抗热疲劳性能,热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，还受到高温及周期性的急冷急热的作用，抗热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工作寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。,6.,咬合抗力,咬合抗力实际上就是发生“,冷焊,”时的抵抗力。该性能对于模具材料较重要。试验时通常在干摩擦条件下，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的材料（如奥氏体钢）进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐渐增大载荷，此时，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷”，咬合临界载荷愈高，标志着咬合抗力愈强。,7.,耐蚀性,金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称为金属的耐蚀性。,提高模具材料的耐蚀性，通常,采用合金化方法,获得一系列耐蚀合金，主要包括,:,（,1,）提高金属或合金的热力学稳定性,（,2,）加入易钝化合金元素,（,3,）加入能促使合金表面生成致密腐蚀产物保护膜的合金元素,不同的服役条件对模具材料主要力学性能要求不同,对热作模具钢要考虑其,抗热疲劳性能,;,对压铸模具应考虑其耐融熔金属的,冲蚀性能,;,对于高温下工作的热作模具应考虑其在工作温度下的,抗氧化性能,;,对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其,耐蚀性,;,对高载荷下工作的模具应该考虑其,抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度,等。,5.2.2 工艺性能,在模具生产成本中，材料费用一般占,10%,20%,，而机械加工、热处理、装配和管理费用占,80%,以上。,所以模具材料的工艺性能是影响模具的生产成本和制造难易程度的主要因素之一。改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降低模具的制造费用。,模具材料的工艺性能,主要包括,可加工性,，,淬透性,和,淬硬性,，,淬火温度,和,热处理变形,，,氧化,、,脱碳敏感性,及其他因素。,1.可加工性,（,1,）可加工性概述,模具的可加工性包括：,热加工性能,（热塑性、加工温度范围等）；,冷加工性能,（切削、磨削、抛光、冷拔等）；,特种加工,（如电火花加工）。,粉末冶金,焊,接,塑性成形,铸,造,毛 坯,预先热处理,模具零件,切削加工,最终热处理,模具零件的加工工艺路线,2.淬透性和淬硬性,淬透性,主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态,;,淬硬性,则主要取决于钢中的碳含量。,对于大部分的冷作模具钢，淬硬性往往是主要的考虑因素。,对于热作模具钢和塑料模具钢，一般模具尺寸较大，尤其是制造大型模具，其淬透性更为重要。,3.淬火温度和热处理变形,为了便于生产，要求模具钢,淬火温度范围,尽可能放宽一些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时，由于难以准确地测量和控制温度，所以要求模具钢有更宽的淬火温度范围。,模具在热处理时，尤其在淬火过程中，要产生体积变化、形状翘曲、畸变等，为保证模具质量，要求模具钢的,热处理变形小,。,4.氧化、脱碳敏感性,模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于钼含量较高的模具钢，由于氧化、脱碳敏感性强，需要采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。,5.其他因素,在选择模具钢时，除了必须考虑,使用性能,和,工艺性能,之外，还必须考虑模具钢的,通用性,和,价格,。从技术、经济方面全面分析，以最终选定合理的模具材料。,5.3 模具材料的选用原,则,模具材料的选用有三个原则,一是使用性能原则,材料的使用性能应满足模具的使用要求。对大量机器工件和工程构件，主要是,机械性能,;,对一些特殊条件下工作的工件，则必须根据要求考虑到材料的,物理化学性能,。,二是工艺性能原则,材料的工艺性能应满足,模具生产工艺,的要求。,三是经济性原则,必须考虑材料的经济性。采用便宜的材料，把总成本降至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有最强的竞争力。,5.3.1 满足使用性能要求,1.,耐磨性,2.,强韧性,3.,疲劳断裂性能,4.,高温性能,5.,抗热疲劳性能,6.,耐蚀性,5.3.2 满足工艺性能要求,模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有以下特性,:,（,1,）良好的可锻性,（,2,）良好的退火工艺性,（,3,）良好的切削加工性,（,4,）较小的氧化、脱碳敏感性,（,5,）良好的淬硬性,（,6,）良好的淬透性,（,7,）较低的淬火变形开裂倾向,（,8,）良好的可磨削性,5.3.3 满足经济性要求,1.材料的价格,2.模具的总成本,3.自然资源等因素,模具材料的通用性,，也是选用模具材料时必须考虑的因素。除了特殊要求以外，尽可能采用大量生产的通用型模具材料。目前，通用型模具钢技术比较成熟，积累的生产工艺和使用经验较多，性能数据也比较完整，便于在设计和制造过程中参考。,产品消费的总成本,购置价格,使用成本,固定成本,制造厂利润,维护费,维修费,保险费,折旧费,日常开支,行政费,批发与零售费,研究与开发费,可变成本,（生产成本）,基本材料成本,制造成本,产品成本分析,我国常用金属材料的相对价格,材 料,相对价格,材 料,相对价格,普通碳素结构钢,1,铬不锈钢,5,普通低合金结构钢,1.25,铬镍不锈钢,15,优质碳素结构钢,1.31.5,灰口铸铁,1.4,合金结构钢（,Cr-Ni,钢除外）,1.72.5,球墨铸铁,1.8,铬镍合金结构钢（中合金钢）,5,可锻铸铁,22.2,滚珠轴承钢,3,铸造铝合金、铜合金,810,碳素工具钢,1.6,普通黄铜,1317,低合金工具钢,34,锡青铜、铝青铜,19,高速钢,1620,钛合金,5080,硬质合金,150200,（工程塑料）,515,3.自然资源等因素,1.,能源和资源消耗少,世界能源储藏量,石油,天然气,煤,铀,可开采储量,9970,亿桶,138,万亿,m,3,1,，,039,，,272,吨,200,万吨,可开采年限,45.5,年,64,年,219,年,74,年,主要产地及储量比例,中东,66.4%,独联体、中东,70%,美、苏、中、澳,70%,储量（,10,6,t,）,可用年数,再生率,(%),Fe,110,6,109,31.7,Al,1170,35,16.9,Cu,308,24,40.9,Zn,123,18,21.2,Mo,5.4,36,Ag,0.2,14,41.0,Cr,775,112,Ti,147,51,重要金属的世界储量,3.自然资源等因素,2.,环境污染小,材料,矿物燃料能耗,排碳量,MJ/Kg,MJ/m,3,Kg/t,Kg/m,3,木材,1.52.8,7501390,3056,1528,混凝土,2.0,4800,50,120,钢材,35,266,000,700,5320,一次铝,435,1,100,000,8700,22,000,再生铝,13,33,000,一定性能水平下的材料能耗,木材,混凝土,钢,塑料,铝、镁及钛合金,E/,b,24,145,100500,475-1002,710-1029,E,生产每公斤材料的能耗；,材料密度；,b,抗拉强度,生产各种材料消耗的能量及碳的排放量,思考题,5-1,模具材料一般可分为哪几类,?,5-2,简述模具材料的力学性能要求和工艺性能要求。,5-3,简述选用模具材料的原则。,5-4,简述我国模具材料的发展概况。,目录,高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大,10000r/min,以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到,25,30m/min,，镗杆最高转速,6000r/min,。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达,50m/min,，加速度,5m/s2,，位置精度,0.008,0.01mm,，重复定位精度,0.004,0.005mm,。落地式铣镗床铣刀 由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式,(,无镗轴,),结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式,(,无镗轴,),高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑枕驱动结构采用线性导轨，直线电机驱动，这种结构是高速切削所必需的，国外厂家在落地式铣镗床上都已采用，国内同类产品还不多见，仅在中小规格机床上采用线性导轨。高速加工还对环境、安全提出了更高的要求，这又产生了宜人化生产的概念，各厂家都非常重视机床高速运行状态下，对人的安全保护与可操作性，将操作台、立柱实行全封闭式结构，既安全又美观。,工艺特点,精品课件文档，欢迎下载，下载后可以复制编辑。,更多精品文档，欢迎浏览。,