模具材料課件

平面設(shè)計(jì)模具壽命與材料Molding

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materialPrincipalSpeaker

：Shi-jieFangDepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,LuoyangInstituteofScienceandTechnology

2011級(jí)《模具壽命與材料》課程簡(jiǎn)介緒論第1章模具失效與使用壽命第2章模具材料概述第3章冷作模具材料及熱處理第4章熱作模具材料及熱處理第5章塑料模具材料及熱處理第7章模具表面處理技術(shù)洛陽理工學(xué)院教材：[1]高為國(guó).模具材料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004主要參考書：[1]

胡傳炘，白韶軍，安躍生等.表面處理手冊(cè).北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2004[2]吳兆祥，蘇思靈，盧瑞敏等.模具材料及表面處理.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008[3]陳勇.夏江梅.韋玉屏等.模具材料及表面處理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200212第1章Molding

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material緒論一、模具材料的作用和地位二、模具材料的應(yīng)用和發(fā)展三、本課程的性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和基本要求Molding

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material洛陽理工學(xué)院2●

主要內(nèi)容●

重點(diǎn)及難點(diǎn)

一、無31一、模具材料的作用和地位●

在模具材料的作用和地位洛陽理工學(xué)院1.模具是材料成型加工中的重要工藝裝備2.發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床行業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一3.模具成型廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、軍事、航空航天等領(lǐng)域飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)電產(chǎn)品的成型加工中占（60%~70%）家電產(chǎn)品、塑料制品成型加工中占（80%~90%）4.模具材料的種類、熱處理工藝、表面技術(shù)是影響模具使用壽命的重要因素5.模具材料的使用性能直接影響模具的質(zhì)量和使用壽命6.模具材料的工藝性能主要影響模具加工的難易程度、加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本34二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展洛陽理工學(xué)院50多年來，我國(guó)模具工業(yè)已發(fā)展為獨(dú)立的工業(yè)體系上世紀(jì)70年代以來，我國(guó)陸續(xù)推廣了電渣重熔、爐外精煉、真空電弧重熔、六面鍛造等新技術(shù)，使得模具鋼產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外水平相當(dāng)1989年，國(guó)務(wù)院頒布《當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決議》，把模具列為“機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位”“八五”時(shí)期（1991~1995年）建的模具鋼扁鋼和厚鋼生產(chǎn)線對(duì)改善我國(guó)模具鋼的品種規(guī)格起到了較大的作用50多年的發(fā)展，我國(guó)模具工業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展，表現(xiàn)為：

1）模具鋼產(chǎn)量已躍居世界前列，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)

2）基本形成了具有我國(guó)特色的模具用材料體系，鋼材系列比較完整

3）冷作模具鋼方面，研制出：

a.低合金~：GD、CH-1、DSb.較高韌性的高合金、高耐磨~：D2、LD、GM、ER5c.基體鋼：65Nb、CG-2、LM1、LM245洛陽理工學(xué)院4）熱作模具鋼方面，研制出用于高強(qiáng)韌性和高熱穩(wěn)定性的新鋼種：a.鍛錘模：3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSib.熱擠壓模：HM1、TM、012Al、Y4、Y10、HD、PH具有高的熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度、熱疲勞抗力。壽命比5CrNiMo、5CrMnMo（常用的熱鍛模用鋼）高數(shù)倍

熱作模具鋼------是使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬成形的模具用鋼。熱作模具包括：熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模三類。5二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展5）塑料模具鋼方面，研制出新型塑料模具專用鋼種：a.預(yù)硬型塑料模具鋼：P20、718b.易切削預(yù)硬鋼：8Cr2S、Y55、5NiSCac.時(shí)效硬化型塑料模具鋼：25CrNi3MoAl、PMS、20、06Nid.耐腐蝕塑料模具鋼：PCR6洛陽理工學(xué)院硬質(zhì)合金------是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷（Co）、鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。鋼結(jié)硬質(zhì)合金------以難熔金屬硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相、以鋼作粘結(jié)相制成的硬質(zhì)合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及鋼的良好力學(xué)性能。主要用作耐磨零件和機(jī)器構(gòu)件。其組織特點(diǎn)是微細(xì)的硬質(zhì)相均勻彌散地分布于鋼的基體中。6）用硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金制造模具a.用于拉絲模、冷沖模、冷鐓模、無磁模b.硬質(zhì)合金：硅鋼片高速?zèng)_模c.鋼結(jié)硬質(zhì)合金：M12螺栓冷鐓模6二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展7洛陽理工學(xué)院1.電渣重熔（electroslagremelting）

是利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。其主要目的是提純金屬并獲得潔凈、組織均勻且致密的鋼錠。2.爐外精煉

是把一般煉鋼爐中要完成的精煉任務(wù)，如脫硫、脫氧、除氣、去除非金屬夾雜物、調(diào)整鋼的成分和鋼液溫度等，在爐外的“鋼包”或者專用的容器中進(jìn)行。3.真空電弧重熔是一種利用電弧作熱源在真空條件下熔煉金屬的真空熔煉技術(shù)，簡(jiǎn)稱VAR4.六面鍛造指三向鐓粗和拔長(zhǎng)的聯(lián)合工藝，每次都要有一定的鍛造比，才能使共晶碳化物逐步變成無規(guī)則均勻分布，或接近均勻分布。

5.基體鋼（matrixsteels)

是一種特殊用途工具鋼，其化學(xué)成分相當(dāng)于高速鋼的基體成分，在正常熱處理后其組織與高速鋼基體相同。這種鋼具有接近高速鋼的強(qiáng)度并且具有相當(dāng)好的韌性，可用來制造高硬度耐沖擊工具?；w鋼主要用于重載冷作模具、難變形材料用的大型復(fù)雜模具、鋼鐵材料用的熱擠壓模具?！窠忉寧讉€(gè)概念（省略不講）7二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展8洛陽理工學(xué)院東風(fēng)勇士（中國(guó)悍馬）汽車的車身覆蓋件用冷作模具制造的產(chǎn)品89洛陽理工學(xué)院汽車用沖壓件用冷作模具制造的產(chǎn)品910洛陽理工學(xué)院東方紅輪式拖拉機(jī)的車身覆蓋件用冷作模具制造的產(chǎn)品1011洛陽理工學(xué)院用冷作模具制造的產(chǎn)品二戰(zhàn)時(shí)英國(guó)的司登沖鋒槍我國(guó)的56式?jīng)_鋒槍二戰(zhàn)時(shí)德國(guó)的MP44突擊步槍子彈彈殼和彈夾1112洛陽理工學(xué)院各類模鍛件汽車用曲軸模鍛件用熱作模具制造的產(chǎn)品1213洛陽理工學(xué)院用注塑模制造的產(chǎn)品手機(jī)的塑料外殼汽車內(nèi)飾用塑料件洗衣機(jī)的塑料殼體筆記本電腦的塑料殼體電冰箱內(nèi)膽塑料件1314表面工程技術(shù)簡(jiǎn)介洛陽理工學(xué)院激光加熱表面淬火始于上世紀(jì)70年代，激光束加熱速度每秒達(dá)～10℃，表面溶化層厚度很薄.液態(tài)層的結(jié)晶冷卻速度大于常規(guī)表面淬火冷卻速度10倍以上，因此激光表面淬火馬氏體的含量要比常規(guī)熱處理淬火工藝的高電子束表面改性電子束表面改性始于上世紀(jì)70年代后期，電子束表面改性：可進(jìn)行表面淬火、表面合金化，具有極快的加熱速度，可實(shí)現(xiàn)自冷淬火，能準(zhǔn)確定點(diǎn)局部淬硬、變形小，便于采用數(shù)字控制或計(jì)算機(jī)控制熱噴涂是利用電弧、等離子或燃燒火焰等熱源將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰流本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預(yù)處理過的基體表面，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。離子注入是近30年來國(guó)際上蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種材料表面改性高新技術(shù)。在真空條件下，將所需元素（金屬或非金屬）離子加速，使其具有數(shù)百或數(shù)萬eV能量的離子束流，注入到固體材料（金屬、半導(dǎo)體、合金、陶瓷）的表層，使固體發(fā)生物理、化學(xué)和冶金性能的變化，此過程稱為離子注入14二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展15洛陽理工學(xué)院5.傳統(tǒng)的化學(xué)熱處理技術(shù)將金屬工件放入含有某些活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層，改變表層化學(xué)成分及組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。包括：滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等6.刷鍍是依靠一個(gè)與陽極接觸的墊或刷提供電鍍需要的電解液的電鍍方法。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、鍍層質(zhì)量好、鍍層結(jié)合強(qiáng)度高、可進(jìn)行局部電鍍等優(yōu)點(diǎn)7.化學(xué)氣相沉積（CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。比如：用CVD法制備Ni-P復(fù)合涂層，耐磨性與硬質(zhì)合金相當(dāng)8.

物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積是通過蒸發(fā)，電離或?yàn)R射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件表面。物理氣象沉積方法有真空鍍，真空濺射和離子鍍?nèi)N，目前應(yīng)用較廣的是離子鍍。比如：沉積TiC、TiN鍍層提高模具表面的抗粘著性和抗咬合性

15表面工程技術(shù)簡(jiǎn)介二、模具材料的應(yīng)用與發(fā)展16三、本課程的性質(zhì)、教學(xué)目的和基本要求洛陽理工學(xué)院1.課程性質(zhì)是普通高等教育應(yīng)用型本科材料成形及控制工程專業(yè)（模具方向）的一門專業(yè)課。2.課程要求(1)已學(xué)習(xí)了“金屬學(xué)與熱處理”或“工程材料及熱處理”課程(2)既要懂模具的設(shè)計(jì)與制造，也要懂模具材料及表面處理技術(shù)

(3)掌握模具材料的特性、強(qiáng)韌化方法、使用范圍(4)在選擇材料時(shí)注意質(zhì)量、壽命、成本三者的關(guān)系，達(dá)到正確選擇模具材料及掌握正確的熱處理方法(5)熟悉各類模具的表面處理方法及其選用

1617第1章Molding

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material第1章模具失效與使用壽命第1節(jié)模具的失效分析第2節(jié)典型模具的服役條件及失效分析第3節(jié)模具的使用壽命及其影響因素Molding

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material洛陽理工學(xué)院1718●

主要內(nèi)容洛陽理工學(xué)院1.模具的失效分析2.典型模具的服役條件及失效形式3.模具的使用壽命及其影響因素4.模具熱處理與表面強(qiáng)化對(duì)使用壽命的影響●

重點(diǎn)及難點(diǎn)

1.模具的失效機(jī)理、過程分析2.熱作、冷作、塑料模具的服役條件及失效形式3.模具材料、熱處理及表面強(qiáng)化對(duì)使用壽命的影響

1819第一章

模具失效與使用壽命重要定義洛陽理工學(xué)院1）模具失效是指模具喪失正常的使用功能，不能通過一般的修復(fù)方法（如刃磨、拋磨等）使其重新服役的現(xiàn)象2）模具失效分為兩類：a.正常失效（比較安全）b.非正常失效（早期失效）（不安全，應(yīng)加以避免）3）模具使用壽命（模具正常壽命）

是指模具在正常失效前生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品的數(shù)目，若其在生產(chǎn)過程中經(jīng)過多次修模，則模具的使用壽命為首次壽命與各次修模壽命的總和1920第一節(jié)

模具的失效分析一、模具的損傷與失效洛陽理工學(xué)院1）失效是指模具在服役中產(chǎn)生過量塑性變形、表面損傷、開裂與斷裂、冷熱疲勞、腐蝕等損傷后，將喪失原有的功能，以致不能正常服役，這種現(xiàn)象稱為失效。2）模具失效是一個(gè)變化的過程如:斷裂失效經(jīng)歷的過程是：表面產(chǎn)生缺陷——表面微裂紋——裂紋擴(kuò)展——斷裂3）模具損傷

指模具使用過程中，出現(xiàn)變形、微裂紋、腐蝕等現(xiàn)象，但沒有立即喪失服役能力的現(xiàn)象。4）損傷是模具破壞的起源；損傷的積累可導(dǎo)致模具的失效5）非正常失效（早期失效）模具達(dá)到一定工業(yè)技術(shù)水平公認(rèn)的使用壽命而產(chǎn)生的失效6）正常失效在模具使用一定期限后，由緩慢塑性變形、均勻的磨損或疲勞破壞而出現(xiàn)的失效2021第一節(jié)

模具的失效分析二、模具的失效分類洛陽理工學(xué)院2122第一節(jié)

模具的失效分析三、模具的失效機(jī)理分析洛陽理工學(xué)院1）磨損是指模具表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而從模具的接觸表面逐漸失去物質(zhì)的現(xiàn)象稱為~。2）磨損失效當(dāng)磨損使模具的尺寸發(fā)生變化或使模具表面的狀態(tài)發(fā)生改變而使其不能正常工作時(shí)，稱為~。3）磨損按機(jī)理分類：

磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、氣蝕和沖蝕磨損等1.磨粒磨損

工件表面的硬突出物和外來硬質(zhì)顆粒在加工時(shí)刮擦模具表面，引起模具表面材料脫落的現(xiàn)象，稱為~。22（一）磨損失效23第一節(jié)

模具的失效分析三、模具的失效機(jī)理分析洛陽理工學(xué)院磨粒磨損失效的機(jī)理a.磨粒是來自外部的硬質(zhì)顆?；蚬ぜ砻娴挠餐怀鑫颾.垂直分力作用c.水平分力作用d.磨粒壓入工件——磨粒刮擦模具——從模具表面切下切屑——磨粒嵌入模具表面——磨粒耕犁或犁皺工件表面f.對(duì)模具和工件表面的影響

23模具工件24第一節(jié)

模具的失效分析三、模具的失效機(jī)理分析洛陽理工學(xué)院減少磨粒磨損的措施1）提高模具材料的硬度2）提高模具表面耐磨性3）模具使用中，清理模具和工件表面的磨粒

2425第一節(jié)

模具的失效分析三、模具的失效機(jī)理分析洛陽理工學(xué)院1）少數(shù)微觀突起的封頂壓力很大，導(dǎo)致局部彈塑性變形2）破壞模具表層潤(rùn)滑層和氧化膜，新鮮表面曝露，引起局部粘著3）工件與模具相對(duì)運(yùn)動(dòng)，引起局部淬火，形成淬火裂紋4）運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生撕裂、剝落25粘著磨損的機(jī)理26第一節(jié)

模具的失效分析三、