模具常用材料課件

模具常用材料1．選擇材料的一般原則要有足夠的使用性能。良好的工藝性能。合理的經濟性能。2．選擇模具材料應考慮的因素模具的工作條件：如模具的受力力狀態(tài)、工作溫度、腐蝕性等。模具的工作性質。模具結構因素：如模具的大小、形狀、各部件的作用、使用性質等。模具的加工手段。熱處理要求。3．模具材料常見缺陷模具材料的性能是影響模具壽命的主要因素之一，應根據(jù)模具的工作用途和模具類型合理選擇模具材料的種類和牌號。(1)模具材料易存在的質量問題1)非金屬夾雜物。非金屬夾雜物強度低、脆性大，與鋼基體的性能有很大差異，可視為鋼中的裂紋缺陷，易成為裂紋源，降低鋼的疲勞強度，引起鋼的早期斷裂失效。同時影響加工性能，也不利于提高表面質量。2)碳化物偏析。工具鋼組織中含有較多的合金碳化物。這些碳化物在結晶過程中常呈不均勻結晶或析出，形成大塊狀、網(wǎng)狀或帶狀偏析。如不消除這些偏析會使鋼的塑性、韌性、斷裂韌度及其他力學性能下降而影響模具的壽命。

3)中心疏松和白點。大截面模具鋼易存在中心疏松和白點，如不能很好消除，會造成模具淬火開裂及模具使用中的脆性開裂，也會使模具表面受力時出現(xiàn)凹陷。

(2)模具制造方面的質量問題這里主要介紹模具毛坯料的鍛造缺陷。模具毛坯料的鍛造是重要的熱成形加工工藝，同時也是改善模具材料質量，提高其性能，從而提高模具壽命的重要手段。1)毛坯鍛造時的一般缺陷。外部缺陷：如裂紋、鱗皮、凹坑、折疊等；內部缺陷：如過熱、過燒、疏松、組織偏析等。帶有這些缺陷的坯料制作的模具極易產生斷裂，或使熱處理后的部件存在應力使得模具過早失效。2)碳化物形態(tài)和分布均勻性不良。合理的鍛造工藝能使金屬晶粒和碳化物細化，改善碳化物的分布均勻性，減輕偏析程度。不合理的鍛造工藝達不到上述目的，致使模具存在內在質量問題而影響模具壽命。(3)模具加工方式產生的缺陷3)流線走向和分布不合理。鍛造加工會使金屬內部的非金屬夾雜物隨金屬的塑變流動而延伸，在組織內部形成明顯的流線，稱之為纖維方向。平行于纖維方向的抗壓能力和抗沖擊能力強，垂直于纖維方向的抗剪能力強，稱這一現(xiàn)象為金屬的方向異性。合理的金屬纖維方向和分布要通過鍛造工藝來控制，使模具工作時的最大應力與纖維方向承載能力相一致。1)電加工時，由于高壓放電產生高溫會使部件表層的晶相組織發(fā)生變化，產生脫碳、殘余應力等，致使模具磨損壽命降低。2)磨削加工時是否有燒傷、機械損傷等其他加工缺陷。(4)模具熱處理產生的缺陷1)過熱和過燒。熱處理時加熱時間過長、溫度過高致使晶粒粗大，使得材料的性能大大降低，脆性加大易斷裂。2)脫碳和腐蝕。淬火加熱時保護不良而產生氧化、脫碳、腐蝕等缺陷。淬火后表面硬度不高，模具的耐磨性能降低。3)淬火裂紋。一般是冷卻速度過快產生淬火裂紋，使模具產生早期開裂。

4)回火不足?；鼗饻囟炔粔蚧蚧鼗饡r間不足，沒有消除內應力和獲得穩(wěn)定的組織，模具承載和抗沖擊能力下降，易出現(xiàn)早期失效。

4．常用模具材料

表1-4常用模具材料模具類型零件名稱常用材料熱處理HRC冷沖模凸、凹模Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9CrSi、W18Cr4V、9Mn2V、T10A、T12A58～62固定板、卸料板30、35、45墊板45、T7、T845～55模具類型零件名稱常用材料熱處理HRC塑料模型芯型腔45、20滲碳、40Cr滲氮、T10A、Cr12、5CrMnMo、9Mn2V、P20（美國）45～55固定板、卸料板45、T10墊板Q235、45沖壓設備

沖壓加工中常用的壓力機分類見表1-5。機械壓力機按其結構形式和使用條件不同，分，若干系列，每個系列中又分若干組別，具體可參見機床手冊。壓力機的分類和型號例如：JA31-16A曲軸壓力機的型號意義是：J—機械壓力機；A—參數(shù)與基本型號不同的第一種變型；3—第三列；1—第一組；16—標稱壓力為160kN：A—結構和性能比原型作了第一次改進。表1-5壓力機分類類別名稱拼音代號機械壓力機J液壓壓力機Y自動壓力機Z錘C鍛壓機D剪切機Q彎曲校正機W其他T壓力機的名詞解釋如下。1.開式壓力機：指床身結構為C型，操作者可以從前、左、右接近工作臺，操作空間大，可左右送料的壓力機。2.單柱壓力機：指開式壓力機床身為單柱，此種壓力機不能前后送料。3.雙柱壓力機：指開式壓力機床身為雙柱型，可前后、左右送料。4.可傾壓力機：指開式壓力機床身可傾斜一定角度，便于出料。5.活動臺壓力機：指工作臺能作水平移動的開式壓力機。6.固定臺壓力機：指工作臺不能作水平移動的開式壓力機。7.閉式壓力機：指床身為左右封閉的壓力機。床身為框架式或叫龍門式，操作者只能從前后兩個方向接近工作臺，操作空間小，只能前后送料。8.單點壓力機：指滑塊由一個連桿驅動的壓力機，用于小噸位、臺面較小的壓力機。9.雙點壓力機：指滑塊由兩個連桿驅動的樂壓力機，用于大噸位、臺面較寬的壓力機。10.四點壓力機：指滑塊由四個連桿驅動的壓力機，用于前后左右都較大的壓力機。11.單動壓力機：指只有一個滑塊的壓力機。12.雙動壓力機：指具有內、外兩個滑塊的壓力機，外滑塊用于壓邊，內滑塊用于拉深。13.上傳動壓力機：指傳動機構設在工作臺以上的壓力機。14.下傳動壓力機：指傳動機構設在工作臺以下的壓力機。1．曲柄壓力機曲柄壓力機是以曲柄連桿機構作為主傳動機構的機械式壓力機，它是沖壓加工中應用最廣泛的一種，能完成各種沖壓工序，如沖裁、彎曲、拉深、成形等。開式雙柱可傾曲柄壓力機結構如圖1-4所示。圖1-5為開式雙柱可傾壓力機原理圖。常用壓力機的類型結構

傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)包括電動機、帶傳動、齒輪傳動等機構。如圖1-6所示，電動機的轉動經二級減速傳給曲軸，曲軸通過連桿帶動滑塊作上下往復運動。這種壓力機的曲軸是橫向放置的，齒輪、帶輪均在床身之外，裝配容易，維修方便，但占據(jù)空間大，零部件分散，安全感和外觀較差。(2)工作機構

工作機構為曲柄滑塊機構。由圖1-7可知，壓力機的連桿由連桿1和調節(jié)螺桿2組成，通過棘輪機構6旋轉調節(jié)螺桿2可改變連桿長度，從而達到調節(jié)壓力機閉合高度的目的。當連桿調節(jié)到最短時，壓力機的閉合高度最大；當連桿調節(jié)到最長時，壓力機的閉合高度最小。壓力機的最大閉合高度減去連桿調節(jié)長度就得到壓力機的最小閉合高度?；瑝K的下方有一個豎直的孔，稱模柄孔，模柄插入該孔后，由夾持器9將模柄夾緊，這樣上模就固定在滑塊上了。為了防止壓力機超載，在滑塊球形墊7下面裝有保險器8，當壓力機的載荷超過其承載能力時，保險器被剪切破壞，這樣可保護壓力機免遭破壞。在沖壓工作中，為了頂出卡在上模中的制件或廢料，壓力機上裝有可調剛性頂件（或稱剛性打料）裝置。由圖1-8可知，滑塊上有一水平的長方形通孔，孔內自由放置打料橫梁2，當滑塊運行到下止點進行沖壓加工時，制件（或廢料）進入上模（凹模）將打料桿3頂起，打料桿3又將打料橫梁2抬起，當滑塊上升時，打料橫梁兩端碰上固定在床身上的打料螺釘1，使之不能繼續(xù)隨滑塊向上運動，從而通過打桿將卡在上模（凹模）中的制件或廢料打出。(3)操縱系統(tǒng)操縱系統(tǒng)包括離合器、制動器和電氣控制裝置等。曲柄壓力機使用的離合器有摩擦離合器和剛性離合器兩類。圖1-9所示是雙轉鍵剛性離合器的工作原理圖。它的主傳動部分包括大齒輪8、中套4和兩個滑動軸承1、5。從動部分包括曲軸3、內套2和外套6等。接合件工作鍵14和副鍵13。操作部分由關閉器9等組成。中套用平鍵12與大齒輪連接，隨大齒輪一同轉動。中套內緣有四個半圓形槽，曲軸上有兩個直徑相同的半圓形槽，轉鍵中部的內緣與曲軸上的半圓形槽配合，外緣與曲軸外表面構成一個整圓。工作鍵左端裝有尾板10，尾板連同工作鍵在彈簧11的作用下，有向逆時針方向旋轉的趨勢。需要結合時，操縱關閉器使其讓開尾板，當中套上半圓槽與曲軸上半圓槽對正時，工作鍵在彈簧力作用下立即逆時針轉動，如圖1-9中D-D剖視右圖狀態(tài)，大齒輪帶動曲軸轉動。需要離合器脫開時，操縱機構使關閉器返回原位，迫使尾板連同工作鍵順時針轉動至原位工作鍵中部的外緣又與曲軸的外表面構成一個整圓，于是曲軸與中套脫開，大齒輪空轉，曲軸在制動器作用下停止轉動。雙轉鍵離合器的工作鍵與副鍵用拉板15相連,因此副鍵總是跟著工作鍵轉動，但二者轉向相反。裝設副鍵之后，在滑塊向下行程時，可以防止曲柄滑塊機構在自重作用下造成的曲軸轉動超前大齒輪轉動的現(xiàn)象出現(xiàn)，避免由此帶來的危害。剛性離合器雖然結構簡單，操作方便，但不能實現(xiàn)寸動行程（即滑塊可以一點點地向下或向上運動），安全性較差。開式壓力機常采用偏心帶式制動器。當離合器脫開時，制動器使曲軸停止在上止點±5°范圍內，以保證單次沖壓操作順利進行。圖1-1010為偏心帶式制動器外形圖。偏心帶式制動器工作原理：制動輪固定在曲軸左端，在其外包有制動鋼帶3，鋼帶內鉚有銅絲石棉帶2，制動帶一端與機身鉸接，另一端用彈簧4張緊。制動中心與曲軸中心線有一偏心距e，因此當曲軸接近上止點時，制動帶繃得最緊，制動力矩最大，使曲軸停止轉動。這種制動器結構簡單，但由于一直處于抱緊狀態(tài)，故能耗較大。

(4)支撐部件支撐部件包括床身、工作臺等。JB23-63型壓力機的支撐系統(tǒng)——床由兩部分組成，呈C形。床身10的上部分可相對于底座轉動一定的角度（約30°），從而使工作臺傾斜。C形床身有兩個立柱，工作時可以從三個方向操作，故稱為開式雙柱可傾式壓力機。這種壓力機可從縱、橫兩個方向送料，當采用縱向送料時，制件（或廢料）可以沿傾斜的工作臺從兩立柱之間自動滑下，操作方便。開式壓力機床身的主要缺點是剛性差，影響制件精度和模具壽命。(5)輔助系統(tǒng)壓力機上有多種輔助系統(tǒng)，如潤滑系統(tǒng)、保護裝置及氣墊等。為了從下模中頂出制件或深工藝提供壓邊力，在一些壓力機工作臺下裝有氣墊。曲柄壓力機是使用最廣泛的一種沖壓設備，具有精度高、剛性好、生產效率高、操作方便、易實現(xiàn)機械化和自動化生產等多種優(yōu)點。在曲柄壓力機上幾乎可以完成所有沖壓工序。因此，各國均大力發(fā)展曲柄壓力機，很多具有剛性好、精度高、結構緊湊、體積小、造型美大方等優(yōu)點的壓力機也不斷涌現(xiàn)出來。但是，由于曲柄壓力機的床身是敞開式結構，其機床剛度較差，故一般適用于標稱壓力在l000kN以下的小型壓力機。而1000-3000kN的中型壓力機和3000kN以上的大型壓力機，大多采用閉式壓力機。閉式壓力機的操作空間只能從前后方向接近模具，但機床剛度和精度較高。類型選擇沖壓設備的類型較多，其剛度、精度、用途各不相同，應根據(jù)沖壓工藝的性質、生產批量、模具大小、制件精度等正確選用。對于中小型的沖裁件、彎曲件或拉深件的生產，應選用開式機械壓力機。雖然開式壓力機的剛性差，在沖壓力的作用下床身的變形會破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質量，可是由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝機械化附屬裝置的特點，使它成為目前中、小型沖壓設備的主要型式。對于大中型沖裁件的生產，多采用閉式結構型式的機械壓力機。在大型拉深件的生產中，應盡量選用雙動拉深壓力機，因其可使所用模具結構簡單，調整方便。

沖壓設備的選擇沖壓設備的選用主要包括選擇壓力機的類型和確定壓力機的規(guī)格。在小批量生產中，尤其是大型厚板沖壓件的生產，多采用液壓機。液壓機沒有固定的行程，不會因為板料厚度變化而超載，而且在需要很大的施力行程加工時，與機械壓力機相比具有明顯的優(yōu)點。但是，液壓機的速度較低，生產效率低，而且零件的尺寸精度有時因受到操作因素的影響而不十分穩(wěn)定。摩擦壓力機具有結構簡單、不易發(fā)生超負荷損壞等特點，所以在小批量生產中常用來完成彎曲、成形等沖壓工作。但是，摩擦壓力機的行程次數(shù)較少，生產率低，而且操作也不太方便。在大批量生產或形狀復雜零件的生產中，應盡量選用高速壓力機或多工位自動壓力機。規(guī)格選用確定壓力機的規(guī)格時應遵循如下原則：（1）壓力機的標稱壓力必須大于沖壓工序所需壓力。當沖壓行程較長時，還應注意在全部工作行程上，壓力機許可壓力曲線應高于沖壓變形力曲線。（2）壓力機滑塊行程應滿足制件在高度上能獲得所需尺寸，并在沖壓工序完成后能順利地從模具上取出來。對于拉深件，行程應大于制件高度兩倍以上。（3）壓力機的行程次數(shù)應符合生產率和材料變形速度的要求。（4）壓力機的閉合高度、工作臺面尺寸、滑塊尺寸、模柄孔尺寸等都能滿足模具的正確安裝要求。對于曲柄壓力機，模具的閉合高度與壓力機閉合高度之間要符合以下公式。Hmax-5mm≥H+h≥Hmin+10mm式中H——模具的閉合高度(mm)；Hmax