粉末冶金模具的材料選擇和制造

8.粉末冶金模具的材料選擇和制造先建立信心，全力以赴，然后才能享受成果。

——舒勒1精品ppt·實(shí)用借鑒第一頁，共三十三頁。本章主要介紹模具零件的選擇和制造。粉末冶金模具主要零件包括陰模、模沖和芯棒。粉末冶金模具在燒結(jié)零件的生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的份額，而且其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與成本。因此，合理地選擇材料以及熱處理工藝、制定機(jī)械加工工藝和電加工工藝是非常重要的。2精品ppt·實(shí)用借鑒第二頁，共三十三頁。8.1模具材料選擇和熱處理

8.1.1模具制造的一般要求1.模具的壽命對模具壽命有較大影響的因素很多，例如，模具零件的制造精度和模具的裝配精度；陰模、芯棒和模沖材料的選用及其工作表面的粗糙度和硬度；熱處理質(zhì)量；是否正確使用模具；成形所用的粉末的種類和性能；制品的尺寸、形狀和密度；潤滑劑的效果等等。3精品ppt·實(shí)用借鑒第三頁，共三十三頁。陰模壽命陰模承受的壓力很高，實(shí)驗(yàn)表明，陰模磨損和壓制力之間接近線性關(guān)系，況且陰模還在具有磨料作用的粉末反復(fù)研磨下工作，而且其磨損量不能超過產(chǎn)品精度允許的范圍。硬度可以直接反應(yīng)材料的耐磨性能，抗磨損能力隨硬度的增加而提高。例如在同樣的使用條件下，硬質(zhì)合金陰模的使用壽命是鋼模的20～50倍。

4精品ppt·實(shí)用借鑒第四頁，共三十三頁。陰模壽命在考慮陰模使用壽命時(shí)，必須同時(shí)計(jì)算模具成本，要根據(jù)生產(chǎn)零件的數(shù)量和陰模的制造費(fèi)用，在保證預(yù)期技術(shù)條件和使用壽命下，盡量降低成本。5精品ppt·實(shí)用借鑒第五頁，共三十三頁。2.模具制造精度和表面光潔度6精品ppt·實(shí)用借鑒第六頁，共三十三頁。

模具主要零件的精度特別是精整模具的精度，一般不能低于產(chǎn)品的精度。模具主要零件工作表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)盡量低，這樣可以顯著改善產(chǎn)品的表面粗糙度，同時(shí)大大延長模具的使用壽命。7精品ppt·實(shí)用借鑒第七頁，共三十三頁。3.模具零件的硬度一般要求模具主要零件有盡可能高的硬度，但一定的硬度是與模具的材料和熱處理工藝相聯(lián)系的。如果熱處理工藝選擇不當(dāng)，就有可能硬度達(dá)到指標(biāo)，但脆性增大，在工作時(shí)造成模具炸裂，因此應(yīng)該根據(jù)工作條件和具體材料合理地提出硬度要求及相應(yīng)的熱處理工藝。8精品ppt·實(shí)用借鑒第八頁，共三十三頁。a.陰模硬度因其在高應(yīng)力狀態(tài)下經(jīng)受粉末的反復(fù)研磨，要求硬度盡量高。用高合金工具鋼制造陰模，其熱處理硬度應(yīng)在63～65HRC，低于此值陰模容易磨損。

9精品ppt·實(shí)用借鑒第九頁，共三十三頁。b.芯棒硬度因其使用條件與陰模相同，故硬度值應(yīng)與之近似。但其硬度值必須結(jié)合芯棒尺寸的大小來考慮。芯棒的長度與直徑的比值等于或小于12：1時(shí)，芯棒可以全部淬硬。當(dāng)長徑比值為20：1時(shí)，要分段熱處理，芯棒成形段的硬度值在58～60HRC范圍，成形段以下的硬度可以降低到40～45HRC。芯棒與螺紋連接部份在任何情況下其硬度值均不能大于45HRC。10精品ppt·實(shí)用借鑒第十頁，共三十三頁。c.模沖硬度應(yīng)考慮到其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模沖硬度取決于最薄弱截面的強(qiáng)度和最大壓制力。進(jìn)行回火時(shí)要特別避免在薄弱的截面上硬度不均勻。11精品ppt·實(shí)用借鑒第十一頁，共三十三頁。8.1.2模具材料的選擇

選擇模具材料主要從兩方面考慮，首先要滿足使用要求，陰模和芯棒都承受高壓和反復(fù)摩擦，要求高硬度、高耐磨性，故應(yīng)采用合金工具鋼、高速鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金或硬質(zhì)合金。這些材料的硬度和強(qiáng)度均可滿足使用要求，但其耐磨性和成本是按由前者到后者順序提高，因此具體選用哪一種材料還要視產(chǎn)品批量而定。對模沖的主要要求是韌性和強(qiáng)度，并且要有較好的抗疲勞性，一般選用中合金鋼或高合金鋼。12精品ppt·實(shí)用借鑒第十二頁，共三十三頁。其次還要從模具制造成本方面考慮。由于精加工在模具制造成本中占的比重很大，所以選材時(shí)還要注意材料的切削性和熱處理性能，防止因熱處理變形而影響加工精度。模具主要零件的材料及性能要求見下表13精品ppt·實(shí)用借鑒第十三頁，共三十三頁。14精品ppt·實(shí)用借鑒第十四頁，共三十三頁。8.2模具主要零件加工工藝線切割加工電火花加工仿形磨削15精品ppt·實(shí)用借鑒第十五頁，共三十三頁。

8.2.1．線切割加工a.工作原理線切割的加工原理是用一根很細(xì)的金屬絲（直徑為0.03～0.05mm）作工作電極，將金屬絲裝在一個(gè)高速轉(zhuǎn)動的貯絲筒上，并經(jīng)過絲架以10m／s左右的線速度來回移動，金屬絲接高頻電源的負(fù)極，被切割的工件接正極，以煤油或乳化液作為工作介質(zhì)。當(dāng)電極接觸金屬工件時(shí)，即發(fā)生電蝕作用，若按規(guī)定的方向移動，并使移動的速度與金屬絲對工件間電蝕速度相適應(yīng)（即不使之“短路”），即能達(dá)到切割的目的。

16精品ppt·實(shí)用借鑒第十六頁，共三十三頁。b.線切割加工工藝流程17精品ppt·實(shí)用借鑒第十七頁，共三十三頁。

c.線切割加工的優(yōu)點(diǎn)1）不需要像電火花加工那樣做特定形狀的電極。2）不論工件硬度如何，幾乎都能進(jìn)行順利的加工。3）加工的主要對象是平面形狀，也可以加工錐面，幾乎任何復(fù)雜形狀都可以進(jìn)行加工。4）輪廓加工所需的加工余量小，有利于少無切削，尤其能有效地加工貴重稀有的材料。

5）電極絲不斷地往復(fù)使用，損耗較小，故加工精度較高。18精品ppt·實(shí)用借鑒第十八頁，共三十三頁。

8.2.2.電火花加工電火花主要用于加工陰模的異形型腔孔，特別是沿軸向帶臺階的異形陰?？子镁€切割往往無法加工，而只能采用電火花加工。芯棒及上下模沖端面型腔亦可用電火花加工。19精品ppt·實(shí)用借鑒第十九頁，共三十三頁。a.電火花加工原理金屬電火花加工的原理是基于工件與電極之間進(jìn)行脈沖放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象。被加工的陰模接電源正極，加工電極接電源負(fù)極。通電后，電容器充電，這時(shí)兩極漸漸移近到某一距離時(shí)，兩極間的介質(zhì)（礦物油）被擊穿，電容器所蓄能量在極短的時(shí)間放出，致使火花通道中瞬時(shí)產(chǎn)生大量熱能，以使工件表面的金屬局部熔化和氣化而被腐蝕下來，火花不斷產(chǎn)生，金屬不斷被腐蝕。一般作為正極的金屬比負(fù)極被侵蝕的快，故陰模不斷被侵蝕，其型腔最終變成與電極相似的形狀。20精品ppt·實(shí)用借鑒第二十頁，共三十三頁。b.電火花加工的特點(diǎn)1）電火花加工不受材料力學(xué)性能影響，只要是導(dǎo)電體就能加工。可以直接加工熱處理后的陰模。2）能加工各種形狀的帶臺階孔和盲孔。3）加工出來的表面精度很高

4）金屬表面經(jīng)過劇烈的熱作用之后，產(chǎn)生一層極硬的合金層，提高了工作表面的耐磨性。21精品ppt·實(shí)用借鑒第二十一頁，共三十三頁。8.2.3仿形磨削

在粉末冶金模具制造中，仿形磨削主要用于各種齒輪、凸輪、鏈輪、擺線轉(zhuǎn)子及復(fù)雜形狀制品的模具中的模沖、芯棒等的精加工。這一工序不僅能縮短制造周期，而且可減少累積加工誤差，從而可保證模具制造精度。22精品ppt·實(shí)用借鑒第二十二頁，共三十三頁。1．仿形尺原理圖23精品ppt·實(shí)用借鑒第二十三頁，共三十三頁。仿形尺原理根據(jù)平行四邊形四連桿機(jī)構(gòu)特性，由觸頭B在樣板（靠模）上走軌跡，在固定支點(diǎn)A的作用下，金剛石砂輪修整器C與B走同樣的軌跡，使砂輪形狀與樣板形狀一致，但其大小是B所走軌跡的1／10倍，所以修出的仿形砂輪的形狀精度較高。24精品ppt·實(shí)用借鑒第二十四頁，共三十三頁。8.2.4模具用鋼的熱處理25精品ppt·實(shí)用借鑒第二十五頁，共三十三頁。PPT內(nèi)容概述8.粉末冶金模具的材料選擇和制造。精品ppt·實(shí)用借鑒。粉末冶金模具在燒結(jié)零件的生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的份額，而且其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與成本。因此，合理地選擇材料以及熱處理工藝、制定機(jī)械加工工藝和電加工工藝是非常重要的。8.1模具材料選擇和熱處理

8.1.1模具制造的一般要求。陰模、芯棒和模沖材料的選用及其工作表面的粗糙度和硬度。成形所用的粉末的種類和性能。硬度可以直接反應(yīng)材料的耐磨性能，抗磨損能力隨硬度的增加而提高。例如在同樣的使用條件下，硬質(zhì)合金陰模的使用壽命是鋼模的20～50倍。因其在高應(yīng)力狀態(tài)下經(jīng)受粉末的反復(fù)研磨，要求硬度盡量高。因其使用條件與陰模相同，故硬度值應(yīng)與之近似。芯棒的長度與直徑的比值等于或小于12：1時(shí)，芯棒可以全部淬硬。這些材料的硬度和強(qiáng)度均可滿足使用要求，但其耐磨性和成本是按由前者到后者順序提高，因此具體選用哪一種材料還要視產(chǎn)品批量而定。8.2.2.電火花加工第二十六頁，共三十三頁。8.3模具零件的加工27精品ppt·實(shí)用借鑒第二十七頁，共三十三頁。28精品ppt·實(shí)用借鑒第二十八頁，共三十三頁。29精品ppt·實(shí)用借鑒第二十九頁，共三十三頁。三、硬質(zhì)合金模具的加工

用硬質(zhì)合金做陰模，可以大幅度提高模具的使用壽命。但由于硬質(zhì)合金的機(jī)械加工性能很差。一般是將硬質(zhì)合金直接制造成接近陰模的形狀，并留有一定的加工余量，然后進(jìn)行磨削加工和電加工。30精品ppt·實(shí)用借鑒第三十頁，共三十三頁。8.4提高模具壽命的途徑31精品ppt·實(shí)用借鑒第三十一頁，共三十三頁。模具表面強(qiáng)化處理的方法1.模具表面的氮化處理氮化處理：以氮滲入模具表面，形成一層氮化物，以顯著提高模具工作表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。1）氣體氮化：氮化層深0.15~0.35mm,Hv≥750;脆性1~2級2）