冷作模具材料

1、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容1.模具失效的影響因素及其分析模具失效的影響因素及其分析課題六 冷作模具材料與熱處理教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)： 1 1. . 了解模具失效的類(lèi)型和影響模具壽命的因素了解模具失效的類(lèi)型和影響模具壽命的因素教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 模具失效的影響因素及其分析模具失效的影響因素及其分析課題六 冷作模具材料與熱處理 塑性成形塑性成形（plasticity forming） 在外力作用下，金屬發(fā)生在外力作用下，金屬發(fā)生塑性變形塑性變形，從而獲得具有一定從而獲得具有一定形狀、尺寸、組織形狀、尺寸、組織和和力學(xué)性力學(xué)性能能的的工件工件的生產(chǎn)方法，又叫的生產(chǎn)方法，又叫塑性加工塑性加工或或壓力加

2、壓力加工工。常見(jiàn)的塑性成形方法常見(jiàn)的塑性成形方法：鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。課題六 冷作模具材料與熱處理1.切削量小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)屑加工；切削量小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)屑加工；2.產(chǎn)品力學(xué)性能好，尺寸精度高；產(chǎn)品力學(xué)性能好，尺寸精度高；3.自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)率高自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)率高;4.材料利用率高，產(chǎn)品范圍廣泛材料利用率高，產(chǎn)品范圍廣泛.塑性加工特點(diǎn)塑性加工特點(diǎn): 塑性成形廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽拖、容器、塑性成形廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽拖、容器、造船、建筑、包裝、航空航天工業(yè)部門(mén)。造船、建筑、包裝、航空航天工業(yè)部門(mén)。 大多數(shù)金屬和合金均有一定的塑性，可進(jìn)行各大多數(shù)金屬和

3、合金均有一定的塑性，可進(jìn)行各種塑性加工。種塑性加工。課題六 冷作模具材料與熱處理冶金屬材料的一般加工過(guò)程：金屬材料的一般加工過(guò)程： 課題六 冷作模具材料與熱處理1、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 1) 纖維組織（流線）形成纖維組織（流線）形成 金屬發(fā)生塑性變形后，晶粒發(fā)生變形，沿形變方向被拉長(zhǎng)金屬發(fā)生塑性變形后，晶粒發(fā)生變形，沿形變方向被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒變成細(xì)條狀或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時(shí)拉伸時(shí))，金屬中的，金屬中的夾雜物也被拉長(zhǎng)，形成纖維組織。夾雜物也被拉長(zhǎng)，形成纖維組織。 課題六 冷作模具材料與熱處理2.塑性變形對(duì)金屬性能的影

4、響塑性變形對(duì)金屬性能的影響 產(chǎn)生加工硬化產(chǎn)生加工硬化 塑性變形對(duì)金屬性能最重要的影響是造成加工硬化，即隨變形度的增塑性變形對(duì)金屬性能最重要的影響是造成加工硬化，即隨變形度的增大，大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱(chēng)為。這種現(xiàn)象稱(chēng)為加加工硬化工硬化，也叫形變強(qiáng)化。，也叫形變強(qiáng)化。在生產(chǎn)中可通過(guò)冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強(qiáng)度。在生產(chǎn)中可通過(guò)冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強(qiáng)度。 課題六 冷作模具材料與熱處理加工硬化具有極重要的加工硬化具有極重要的實(shí)際意義實(shí)際意義 首先，它是一種非常重要的強(qiáng)化手段首先，它是一種非常重要的強(qiáng)化手段； 其次，

5、加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形；其次，加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形； 第三，它可保證金屬零件和構(gòu)件的工作安全性第三，它可保證金屬零件和構(gòu)件的工作安全性。課題六 冷作模具材料與熱處理 產(chǎn)生各向異性產(chǎn)生各向異性 原因：纖維組織及形變織構(gòu)的形成原因：纖維組織及形變織構(gòu)的形成 沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性明顯高于垂直方向的沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性明顯高于垂直方向的 應(yīng)使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合，應(yīng)使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合，最大剪應(yīng)力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的最大剪應(yīng)力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的輪廓相符，盡量使纖維組織不被切斷。輪廓相符

6、，盡量使纖維組織不被切斷。 課題六 冷作模具材料與熱處理影響金屬的物理、化學(xué)性能。影響金屬的物理、化學(xué)性能。 使電阻增大，耐腐蝕性降低。使電阻增大，耐腐蝕性降低。 產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力 即外力去除后，金屬內(nèi)部會(huì)殘留下來(lái)應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力即外力去除后，金屬內(nèi)部會(huì)殘留下來(lái)應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件變形或開(kāi)裂。會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件變形或開(kāi)裂。退火處理。退火處理。 殘余壓應(yīng)力殘余壓應(yīng)力卻可以使承受交變載荷的零件提高其疲勞強(qiáng)度。卻可以使承受交變載荷的零件提高其疲勞強(qiáng)度。 表面滾壓、噴丸或熱處理的方法提高疲勞強(qiáng)度。表面滾壓、噴丸或熱處理的方法提高

7、疲勞強(qiáng)度。 課題六 冷作模具材料與熱處理 金屬坯料在上下砧鐵間受沖擊力或金屬坯料在上下砧鐵間受沖擊力或壓力而變形壓力而變形，從而獲得所需幾何形狀，從而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件。及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件。一、一、 自由鍛自由鍛（free forging） 1. 特點(diǎn)特點(diǎn)： 工具簡(jiǎn)單，設(shè)備通用性好，適應(yīng)性強(qiáng)工具簡(jiǎn)單，設(shè)備通用性好，適應(yīng)性強(qiáng)（1kg300t)，是生產(chǎn)大型鍛件的唯一生產(chǎn)方法；是生產(chǎn)大型鍛件的唯一生產(chǎn)方法； 生產(chǎn)率低，鍛件精度差，且只能鍛形狀簡(jiǎn)單生產(chǎn)率低，鍛件精度差，且只能鍛形狀簡(jiǎn)單的鍛件，適于單件小批生產(chǎn)。的鍛件，適于單件小批生產(chǎn)。分類(lèi)：手工鍛和分類(lèi)：手工鍛和機(jī)器鍛機(jī)器鍛設(shè)備：設(shè)備：

8、空氣錘，空氣錘，蒸汽蒸汽-空氣錘，空氣錘， 液壓機(jī)等液壓機(jī)等課題六 冷作模具材料與熱處理2. 自由鍛工序自由鍛工序 基本工序基本工序（鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)、（鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移）；錯(cuò)移）； 課題六 冷作模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理 輔助工序輔助工序（壓鉗口、壓痕）；（壓鉗口、壓痕）； 精整工序精整工序（整形、校正等）。（整形、校正等）。（1）鐓粗（餅類(lèi)鍛件）鐓粗（餅類(lèi)鍛件） 坯料高度減小而橫截面積增大。坯料高度減小而橫截面積增大。 有：平砧鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗有：平砧鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗 2. 自由鍛基本工序自由鍛基本工序課題六 冷作

9、模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理（2）拔長(zhǎng)（軸桿鍛件）拔長(zhǎng)（軸桿鍛件） 坯料橫截面積減小而長(zhǎng)度增加。坯料橫截面積減小而長(zhǎng)度增加。 課題六 冷作模具材料與熱處理（3）沖孔）沖孔 將坯料沖出透孔或不透孔。有實(shí)心沖子沖孔將坯料沖出透孔或不透孔。有實(shí)心沖子沖孔（雙面沖孔）（雙面沖孔） 、空心沖子沖孔、墊環(huán)沖孔。、空心沖子沖孔、墊環(huán)沖孔。課題六 冷作模具材料與熱處理鍛造溫度范圍：鍛造溫度范圍：始鍛始鍛溫度（溫度（AE線低線低200）終鍛溫度終鍛溫度（800 ）課題六 冷作模具材料與熱處理三、板材沖壓成形（三、板材沖壓成形（sheet forming） 板料沖壓板料沖壓： 利用沖模使板料變形或

10、分離的壓力加工方法。一般板利用沖模使板料變形或分離的壓力加工方法。一般板料沖壓是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行，所以又叫冷沖壓。冷料沖壓是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行，所以又叫冷沖壓。冷沖板料通常厚度不大于沖板料通常厚度不大于4mm4mm。板料沖壓特點(diǎn)板料沖壓特點(diǎn): 1 1）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，材料的利用率高；）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，材料的利用率高； 2 2）具有足夠的精度和較低的表面粗糙度；互換性好，強(qiáng)）具有足夠的精度和較低的表面粗糙度；互換性好，強(qiáng)度高，剛度好；度高，剛度好； 3 3）適應(yīng)性強(qiáng)）適應(yīng)性強(qiáng), , 沖壓零件可大可小沖壓零件可大可小, ,小的如儀表零件小的如儀表零件, ,大的大的如汽車(chē)縱梁和表面

11、覆蓋件等；如汽車(chē)縱梁和表面覆蓋件等； 4 4）生產(chǎn)率高，每分鐘可沖壓小件數(shù)千，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化）生產(chǎn)率高，每分鐘可沖壓小件數(shù)千，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。和自動(dòng)化。但沖壓工藝所用的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，但沖壓工藝所用的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，適合于大批生產(chǎn)。適合于大批生產(chǎn)。 課題六 冷作模具材料與熱處理沖壓成形產(chǎn)品示例一日常用品課題六 冷作模具材料與熱處理沖壓成形產(chǎn)品示例二高科技產(chǎn)品汽車(chē)覆蓋件飛機(jī)蒙皮課題六 冷作模具材料與熱處理l沖壓用原材料沖壓用原材料: 塑性好的金屬塑性好的金屬,如低碳鋼如低碳鋼,銅合金銅合金,鋁合金鋁合金,鎂合金等鎂合金等.l沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備：剪床和沖床剪床和沖床l

12、沖壓基本工序：沖壓基本工序：分離工序和變形工序分離工序和變形工序1、分離工序：、分離工序：坯料在外力作用下，使其一部分與另一部分坯料在外力作用下，使其一部分與另一部分互相分離?；ハ喾蛛x。（1）沖裁（落料和沖孔）：）沖裁（落料和沖孔）： 坯料按封閉輪廓分離的工序。坯料按封閉輪廓分離的工序。 沖孔：沖孔：被分離的部分為廢料，而周邊是成品。被分離的部分為廢料，而周邊是成品。 落料：落料：被分離的部分為成品，而周邊是廢料。被分離的部分為成品，而周邊是廢料。課題六 冷作模具材料與熱處理1 1）沖裁變形過(guò)程）沖裁變形過(guò)程：普通沖裁時(shí)由于間隙比較大，沖裁分普通沖裁時(shí)由于間隙比較大，沖裁分離過(guò)程不是純剪切狀態(tài)

13、，所以整個(gè)變形過(guò)程有以下三個(gè)階段離過(guò)程不是純剪切狀態(tài)，所以整個(gè)變形過(guò)程有以下三個(gè)階段組成，其最后階段因撕裂而分離。組成，其最后階段因撕裂而分離。課題六 冷作模具材料與熱處理 彈性變形階段彈性變形階段: :凸模壓縮板料，使之產(chǎn)生局部凸模壓縮板料，使之產(chǎn)生局部彈性拉伸和彎曲變形，最終在工件上呈現(xiàn)出圓角帶。彈性拉伸和彎曲變形，最終在工件上呈現(xiàn)出圓角帶。 塑性變形階段塑性變形階段: :當(dāng)板料變形區(qū)應(yīng)力滿足屈服條件當(dāng)板料變形區(qū)應(yīng)力滿足屈服條件時(shí)，便形成塑性變形，材料擠入凹模，并引起冷變形時(shí)，便形成塑性變形，材料擠入凹模，并引起冷變形強(qiáng)化。在工件剪斷面上表現(xiàn)為光亮帶。此階段終了時(shí)，強(qiáng)化。在工件剪斷面上表現(xiàn)

14、為光亮帶。此階段終了時(shí)，在應(yīng)力集中的刃口附近出現(xiàn)微裂紋，這時(shí)沖裁力最大。在應(yīng)力集中的刃口附近出現(xiàn)微裂紋，這時(shí)沖裁力最大。 斷裂分離階段斷裂分離階段：隨著凸、凹模刃口的繼續(xù)壓入，：隨著凸、凹模刃口的繼續(xù)壓入，上下裂紋延伸，以至相遇重合，板料被分離。這一上下裂紋延伸，以至相遇重合，板料被分離。這一過(guò)程在工件剪斷面上產(chǎn)生一粗糙的斷裂帶。過(guò)程在工件剪斷面上產(chǎn)生一粗糙的斷裂帶。課題六 冷作模具材料與熱處理（2）修整：利用修整模沿沖裁件）修整：利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶及毛刺，以提高精度，降低剪裂帶及毛刺，以提高精度，降低表面粗糙度。與切削加工相似

15、，與表面粗糙度。與切削加工相似，與沖裁不同。沖裁不同。外緣修整（外形），外緣修整（外形），內(nèi)緣修整（內(nèi)孔）。內(nèi)緣修整（內(nèi)孔）。（3）切斷：用剪刃或沖模將板沿）切斷：用剪刃或沖模將板沿不封閉輪廓不封閉輪廓分離的工序。分離的工序。 剪刃安裝剪刃安裝在在剪床上，將板料切成具有一定寬剪床上，將板料切成具有一定寬度的條料；度的條料；沖模安裝在沖模安裝在沖床上，制沖床上，制取簡(jiǎn)單的平板零件。取簡(jiǎn)單的平板零件。課題六 冷作模具材料與熱處理2、變形工序：變形工序：使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序?yàn)樽冃喂ば?。拉深、彎曲、翻邊、脹形等。不破裂的工序?yàn)樽冃喂ば?。?/p>

16、深、彎曲、翻邊、脹形等。 （1）拉深（）拉深（deep forming） 利用模具使落料后得到的利用模具使落料后得到的平板坯料變形成開(kāi)口空心零件的成形工序。平板坯料變形成開(kāi)口空心零件的成形工序。課題六 冷作模具材料與熱處理（2）彎曲（）彎曲（bending） 使坯料的一部分相對(duì)另一部分彎曲成一定角度的工序。使坯料的一部分相對(duì)另一部分彎曲成一定角度的工序。 最小半徑最小半徑rmin=(0.25-1)S 課題六 冷作模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理（4）翻邊）翻邊 在帶孔坯料的平面或曲面部在帶孔坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定曲線翻成豎直分上使板料沿一定曲線翻成豎直邊緣的沖壓方法。在

17、汽拖工業(yè)應(yīng)邊緣的沖壓方法。在汽拖工業(yè)應(yīng)用廣泛。用廣泛。 分為內(nèi)孔翻邊，外緣翻邊，不分為內(nèi)孔翻邊，外緣翻邊，不變薄翻邊，變薄翻邊。變薄翻邊，變薄翻邊。課題六 冷作模具材料與熱處理（5）旋壓）旋壓 旋壓機(jī)，沖模簡(jiǎn)單，變形力小，但效率低。旋壓機(jī)，沖模簡(jiǎn)單，變形力小，但效率低。用于空心回用于空心回轉(zhuǎn)體的中小批量生產(chǎn)或大型封頭。轉(zhuǎn)體的中小批量生產(chǎn)或大型封頭。課題六 冷作模具材料與熱處理 碳素工具鋼碳素工具鋼 共有七個(gè)牌號(hào)：共有七個(gè)牌號(hào)：T7T13 1、成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：l高碳高碳(0.651.35%C) 隨含碳量提高，碳化物量增加，隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。耐磨性提高，但韌性

18、下降。 碳素工具鋼帶碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料碳素工具鋼材料課題六 冷作模具材料與熱處理 2、熱處理及組織、熱處理及組織 熱處理：正火熱處理：正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低溫回火低溫回火 球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, 便于加工便于加工; 為淬火作組織準(zhǔn)備。為淬火作組織準(zhǔn)備。 使用狀態(tài)下的組織：使用狀態(tài)下的組織： M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量) 球狀珠光體球狀珠光體T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織課題六 冷作模具材料與熱處理 3、用途、用途 由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低

19、速刃具。具和低速刃具。 T7T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。錘子等。木工鑿木工鑿木工鉆木工鉆課題六 冷作模具材料與熱處理 T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車(chē)刀等。車(chē)刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐絲錐銼刀銼刀手鋸條手鋸條鉆頭鉆頭課題六 冷作模具材料與熱處理 1、成分特點(diǎn)：、成分特點(diǎn)： 高碳：高碳：0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：提高耐回火性：Si 提高耐磨性、

20、細(xì)化晶粒提高耐磨性、細(xì)化晶粒: W、V l 低合金工具鋼低合金工具鋼l由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(35)形成。形成。 低合金工具鋼制品低合金工具鋼制品課題六 冷作模具材料與熱處理 2、熱處理及組織、熱處理及組織 同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油油(碳素工具鋼為水碳素工具鋼為水)。 使用狀態(tài)下的組織為：使用狀態(tài)下的組織為： M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量) 3、常用鋼號(hào)及用途、常用鋼號(hào)及用途 應(yīng)用最多的是應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐

21、、板牙等如絲錐、板牙等. 絲錐絲錐板牙板牙低合金工具鋼扳手低合金工具鋼扳手課題六 冷作模具材料與熱處理 9Mn2V鋼鋼 用途用途 制造碳素工具鋼不能滿足要求的中小模具，如厚度小制造碳素工具鋼不能滿足要求的中小模具，如厚度小于于3mm的彎曲模、成形模、落料模。的彎曲模、成形模、落料模。 鍛造工藝鍛造工藝 熱處理工藝熱處理工藝 球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火。球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火。熱處理后的組織為熱處理后的組織為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體?；鼗瘃R氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。課題六 冷作模具材料與熱處理 GCr15鋼鋼 用途用途 制造精度要求較高的小型尺寸落料模、冷擠

22、模、成形制造精度要求較高的小型尺寸落料模、冷擠模、成形模和搓絲模等。模和搓絲模等。 鍛造工藝鍛造工藝 熱處理工藝熱處理工藝 主要為主要為球化退火、正火、淬火球化退火、正火、淬火和和低溫回火低溫回火。球化退火目的：不僅是降低鋼的硬度，以球化退火目的：不僅是降低鋼的硬度，以利于切削利于切削加工，更重要的是加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀獲得細(xì)的球狀P和均勻分布的過(guò)剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱和均勻分布的過(guò)剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做處理做組織準(zhǔn)備組織準(zhǔn)備。課題六 冷作模具材料與熱處理淬火和低溫回火淬火和低溫回火 GCrl5鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在820一一840 范圍內(nèi)，回范圍內(nèi)，回火溫度一般為火溫度一般為150 160 。 軸承鋼淬火回火后的組織為軸承鋼淬火回火后的組織為極細(xì)的回火極細(xì)的回火M、均勻分布的粒、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余狀碳化物以及少量殘余A。 CrWMn鋼鋼 用途用途 主要用于變形要求小、形狀復(fù)雜的輕載