模具材料概述概要PPT课件

-,1,2.1模具的分类2.2模具的服役条件及失效形式2.3模具的使用寿命及其影响因素,第二单元模具材料概述,-,2,2.1模具的分类,模具的分类根据成型材料、成形工艺和成型设备的不同，模具分类如下图：,-,3,根据服役条件的不同，模具分类如下：,模具,冷作模具,热作模具,塑料模,其他模具,返回,-,4,2.2模具的服役条件及失效形式,一般情况下，模具的服役条件与安装模具的机床类型、吨位、精度、成形次数、生产效率、被加工件大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条件、锻造成形温度、冷却润滑条件等等都有关系，因而模具的服役条件会有很大的不同。显然不同种类的模具，由于工作条件的不同，它们在服役中发生失效的形式和特点也将各不相同。了解模具的服役条件，对正确选用模具材料及热处理工艺相当重要。既是对模具进行失效分析的前提，又是提高模具的必备条件。,-,5,一、冷作模具的服役条件及失效形式,冷作模具是指在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。,冷作模具,冷冲裁模,冷拉深模,冷挤压模,冷镦模,冷作模具都是在常温下对工件材料施力，使其产生分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的成品或半成品件。,-,6,冷冲模具工作对象是金属或非金属板材依靠冷冲模具的刃口完成冷冲压加工中的分离工序。,1.冷冲裁模课件2动画-落料冲孔复合模.swf,冷冲模具的主要工作部位凸模（冲头）和凹模的刃口，靠它们对板料施加压力，使其产生弹性变形、塑性变形和分离过程。,冷冲模具的最常见的失效形式是模具刃口的磨损，厚板冲裁模还会塑性变形、断裂或崩刃。,凸模（冲头）承受压力同时还要承受冲击力、剪切力和弯曲力的作用。凹模的刃口端面和侧面承受挤压和摩擦力的作用。,-,7,模具局部断裂示意图,返回,-,8,模具的塑性变形,冲头弯曲,冲头镦粗,凹模模口胀大,返回,-,9,2.冷拉深模课件2铝煲冲压.ram,依靠模具使金属坯料产生塑性变形而获得一定尺寸、形状的产品,最常见的失效形式是磨损，有时还会产生咬合、擦伤、变形等失效形式。,承受的冲击力不大，受到摩擦力十分强烈。凸模承受压力和摩擦力；凹模承受径向张力和摩擦力的作用。,-,10,3.冷镦模,在冲击力的作用将金属棒状坯料镦成一定尺寸、形状的产品。,最常见的失效形式是磨损失效和疲劳断裂失效。,在室温条件下工作，塑性变形大，工作环境差，凸模承受巨大的冲击力和摩擦力；凹模承受胀力和摩擦力的作用。,-,11,4.冷挤压模幻灯片11,依靠模具使金属坯料在强大而均匀的近似静挤压力的作用下，产生塑性变形流动而形成产品,主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、凸模折断失效、疲劳断裂失效及纵向开裂失效，有时还会产生胀裂失效。,在进行冷挤压加工时，模具承受强大的挤压力（如正挤压钢材时，挤压力约为20002500MPa），同时产生很大的摩擦力，由于摩擦和变形，模具的局部表面温度可达400以上。此外由于金属坯料不平整，凸模和凹模之间的间隙不均匀和中心线不一致，还会使的偏载或横向弯曲载荷。,-,12,-,13,二、热作模具的服役条件及失效形式,锤锻模在服役时不仅要承受冲击力和摩擦力的作用，还要承受很大的压应力、拉应力和弯曲应力的作用，同时受到交替的加热和冷却的作用。,热作模具,锤锻模,压力机锻模,热挤压模,热冲裁模,压铸模,热作模具是指将金属坯料加热到再结晶温度以上进行压力加工的模具。,主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、断裂失效、冷热疲劳、断裂失效等。,-,14,热挤压模课件2管材挤出成型.gif,热挤压模工作时，承受压缩应力和弯曲应力，脱模时承受一定的拉应力，受热温度较高，如在挤压铜合金和结构钢时，模具型腔的温度可达600800，后还要进行冷却。,热挤压模是使被加热金属坯料在高温压力下成形成形,主要的失效形式是磨损失效、塑性变形失效、断裂失效、冷热疲劳断裂失效及模具型表面的氧化失效等。,-,15,压铸模具的型腔表面要承受液态金属的压力、冲刷、侵蚀和高温作用，每次压铸件脱模后还要对模具的型腔表面进行冷却和润滑，而使模具承受急冷、急热作用；,热作模具工作时既承受机械载荷，又承受热载荷，且在循环状态下工作。,压铸模,主要的失效形式是磨损失效、粘模失效、侵蚀失效、冷热疲劳等。,-,16,三、塑料模的服役条件及失效形式,塑料模是用于成型塑料制品的模具。,塑料模,注射模,压缩模,挤出模,气动成型模,塑料模按成型固化不同可分为：,压注模,根据成型方法的不同，塑料模可分为：,塑料模,热固性成型塑料模,热塑性成型塑料模,-,17,热固性塑料模工作温度为150250，工作压力约为20008000MPa，物料以固体粉末状态或预制坯料状态进入模具型腔。受力大、易磨损、受热、有时腐蚀。,热塑性塑料模工作温度为150250，工作压力约为20006000MPa，物料以粘流状态进入模具型腔。受压、易磨损、受热、有时腐蚀，但不严重。,主要的失效形式是磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效、断裂失效、疲劳失效及热疲劳失效等。,-,18,2.3模具的使用寿命及其影响因素,模具的使用寿命,模具的结构设计,模具的服役条件,影响模具寿命的因素,影响模具寿命的因素,模具的材料,模具的热处理与表面强化,模具的制造工艺,-,19,一、模具材料对使用寿命的影响,1、材料的类别,某螺栓冷镦凹模，原用Cr12钢制作，工作中常出现早期劈裂，寿命仅12千件。先采用增加壁厚，增到40mm也无多大收获。后改用T8A并采用喷水激冷薄壳淬火，有效克服了早期劈裂现象，寿命高达2万件以上。Cr12钢具有高的抗压强度和耐磨性，但塑性、韧性很差，抗拉强度和疲劳强度较低，而T8A相对地韧性较高，经处理后硬度也较高。,材料的类别不同，其性能存在差异，直接决定了它的使用范围、安全可靠性和使用寿命；不同材料制成的模具，其使用性能和寿命差别很大。,某冲裁模，选用9Mn2V钢时，寿命为五万余次。选用Cr12MoV钢时，寿命高达40多万次。,-,20,应合理选择模具材料,-,21,2、硬度,T8A钢制铆钉模的工作硬度与寿命的关系,模具零件硬度的高低，对模具的使用寿命影响很大，但并不是硬度越高越好，应根据具体的服役条件及主要失效形式确定硬度的范围及各零件间硬度的匹配。,-,22,冶金质量缺陷往往容易造成淬火开裂或模具的早期，主要出现在大、中型截面模具（如锤锻模、大型覆盖件的模具）以及碳和合金元素含量高的模具钢（如Cr2、CrWMn、3Cr2W8V、Cr12、Cr12MoV、W18Cr24V）。,3、冶金质量,非金属夹杂物强度低、脆性大，与基体的性能有很大的差异，可视为钢中的类裂纹缺陷，降低疲劳强度和韧性。,冶金质量缺陷具体表现在非金属夹杂物、碳化物偏析、中心疏松和白点。,碳化物在结晶过程中常呈不均匀结晶或析出，形成大块状、网状或带状偏析，会明显降低塑性、韧性、断裂抗力及其它力学性能。还影响加工和热处理性能。,大截面模具中，易存在中心疏松和白点，在锻造毛坯、淬火时容易开裂以及在服役中发生脆断或凹陷。,-,23,二、模具的热处理与表面强化对使用寿命的影响,通过预先热处理，改善模具材料的组织结构，清除金属坯料的内部组织缺陷，改善材料的切削加工性，提高模具的承载能力。,通过最终热处理，获得所需的使用性能。,通过表面强化，改善模具表面特性，获得硬度、耐磨性、韧性、抗疲劳强度等性能指标的良好配合，满足“外硬里韧”的性能要求。,-,24,可见：模具的寿命与类型及