冷作模具材料

1、复习上次课内容1.模具失效的影响因素及其分析模具失效的影响因素及其分析课题六 冷作模具材料与热处理教学目标：教学目标： 1 1. . 了解模具失效的类型和影响模具寿命的因素了解模具失效的类型和影响模具寿命的因素教学重点和难点：教学重点和难点： 模具失效的影响因素及其分析模具失效的影响因素及其分析课题六 冷作模具材料与热处理 塑性成形塑性成形（plasticity forming） 在外力作用下，金属发生在外力作用下，金属发生塑性变形塑性变形，从而获得具有一定从而获得具有一定形状、尺寸、组织形状、尺寸、组织和和力学性力学性能能的的工件工件的生产方法，又叫的生产方法，又叫塑性加工塑性加工或或压力加

2、压力加工工。常见的塑性成形方法常见的塑性成形方法：锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。课题六 冷作模具材料与热处理1.切削量小，可实现无屑加工；切削量小，可实现无屑加工；2.产品力学性能好，尺寸精度高；产品力学性能好，尺寸精度高；3.自动化程度高，生产率高自动化程度高，生产率高;4.材料利用率高，产品范围广泛材料利用率高，产品范围广泛.塑性加工特点塑性加工特点: 塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、造船、建筑、包装、航空航天工业部门。造船、建筑、包装、航空航天工业部门。 大多数金属和合金均有一定的塑性，可进行各大多数金属和

3、合金均有一定的塑性，可进行各种塑性加工。种塑性加工。课题六 冷作模具材料与热处理冶金属材料的一般加工过程：金属材料的一般加工过程： 课题六 冷作模具材料与热处理1、塑性变形对金属组织结构的影响、塑性变形对金属组织结构的影响 1) 纤维组织（流线）形成纤维组织（流线）形成 金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形变方向被拉长金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒变成细条状或压扁。当变形量很大时，晶粒变成细条状(拉伸时拉伸时)，金属中的，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。夹杂物也被拉长，形成纤维组织。 课题六 冷作模具材料与热处理2.塑性变形对金属性能的影

4、响塑性变形对金属性能的影响 产生加工硬化产生加工硬化 塑性变形对金属性能最重要的影响是造成加工硬化，即随变形度的增塑性变形对金属性能最重要的影响是造成加工硬化，即随变形度的增大，大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。这种现象称为。这种现象称为加加工硬化工硬化，也叫形变强化。，也叫形变强化。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。 课题六 冷作模具材料与热处理加工硬化具有极重要的加工硬化具有极重要的实际意义实际意义 首先，它是一种非常重要的强化手段首先，它是一种非常重要的强化手段； 其次，

5、加工硬化有利于金属进行均匀变形；其次，加工硬化有利于金属进行均匀变形； 第三，它可保证金属零件和构件的工作安全性第三，它可保证金属零件和构件的工作安全性。课题六 冷作模具材料与热处理 产生各向异性产生各向异性 原因：纤维组织及形变织构的形成原因：纤维组织及形变织构的形成 沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的 应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。并使纤维分布与零件的最大剪应力方向与纤维方向垂直。并使纤维分布与零件的轮廓相符，尽量使纤维组织不被切断。轮廓相符

6、，尽量使纤维组织不被切断。 课题六 冷作模具材料与热处理影响金属的物理、化学性能。影响金属的物理、化学性能。 使电阻增大，耐腐蚀性降低。使电阻增大，耐腐蚀性降低。 产生残余内应力产生残余内应力 即外力去除后，金属内部会残留下来应力。残余内应力即外力去除后，金属内部会残留下来应力。残余内应力会使金属的耐腐蚀性能降低，严重时可导致零件变形或开裂。会使金属的耐腐蚀性能降低，严重时可导致零件变形或开裂。退火处理。退火处理。 残余压应力残余压应力却可以使承受交变载荷的零件提高其疲劳强度。却可以使承受交变载荷的零件提高其疲劳强度。 表面滚压、喷丸或热处理的方法提高疲劳强度。表面滚压、喷丸或热处理的方法提高

7、疲劳强度。 课题六 冷作模具材料与热处理 金属坯料在上下砧铁间受冲击力或金属坯料在上下砧铁间受冲击力或压力而变形压力而变形，从而获得所需几何形状，从而获得所需几何形状及内部质量的锻件。及内部质量的锻件。一、一、 自由锻自由锻（free forging） 1. 特点特点： 工具简单，设备通用性好，适应性强工具简单，设备通用性好，适应性强（1kg300t)，是生产大型锻件的唯一生产方法；是生产大型锻件的唯一生产方法； 生产率低，锻件精度差，且只能锻形状简单生产率低，锻件精度差，且只能锻形状简单的锻件，适于单件小批生产。的锻件，适于单件小批生产。分类：手工锻和分类：手工锻和机器锻机器锻设备：设备：

8、空气锤，空气锤，蒸汽蒸汽-空气锤，空气锤， 液压机等液压机等课题六 冷作模具材料与热处理2. 自由锻工序自由锻工序 基本工序基本工序（镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、（镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移）；错移）； 课题六 冷作模具材料与热处理课题六 冷作模具材料与热处理 辅助工序辅助工序（压钳口、压痕）；（压钳口、压痕）； 精整工序精整工序（整形、校正等）。（整形、校正等）。（1）镦粗（饼类锻件）镦粗（饼类锻件） 坯料高度减小而横截面积增大。坯料高度减小而横截面积增大。 有：平砧镦粗、局部镦粗和垫环镦粗有：平砧镦粗、局部镦粗和垫环镦粗 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序课题六 冷作

9、模具材料与热处理课题六 冷作模具材料与热处理（2）拔长（轴杆锻件）拔长（轴杆锻件） 坯料横截面积减小而长度增加。坯料横截面积减小而长度增加。 课题六 冷作模具材料与热处理（3）冲孔）冲孔 将坯料冲出透孔或不透孔。有实心冲子冲孔将坯料冲出透孔或不透孔。有实心冲子冲孔（双面冲孔）（双面冲孔） 、空心冲子冲孔、垫环冲孔。、空心冲子冲孔、垫环冲孔。课题六 冷作模具材料与热处理锻造温度范围：锻造温度范围：始锻始锻温度（温度（AE线低线低200）终锻温度终锻温度（800 ）课题六 冷作模具材料与热处理三、板材冲压成形（三、板材冲压成形（sheet forming） 板料冲压板料冲压： 利用冲模使板料变形或

10、分离的压力加工方法。一般板利用冲模使板料变形或分离的压力加工方法。一般板料冲压是在再结晶温度以下进行，所以又叫冷冲压。冷料冲压是在再结晶温度以下进行，所以又叫冷冲压。冷冲板料通常厚度不大于冲板料通常厚度不大于4mm4mm。板料冲压特点板料冲压特点: 1 1）可生产形状复杂的零件，材料的利用率高；）可生产形状复杂的零件，材料的利用率高； 2 2）具有足够的精度和较低的表面粗糙度；互换性好，强）具有足够的精度和较低的表面粗糙度；互换性好，强度高，刚度好；度高，刚度好； 3 3）适应性强）适应性强, , 冲压零件可大可小冲压零件可大可小, ,小的如仪表零件小的如仪表零件, ,大的大的如汽车纵梁和表面

11、覆盖件等；如汽车纵梁和表面覆盖件等； 4 4）生产率高，每分钟可冲压小件数千，易于实现机械化）生产率高，每分钟可冲压小件数千，易于实现机械化和自动化。和自动化。但冲压工艺所用的模具结构复杂，制造成本较高，但冲压工艺所用的模具结构复杂，制造成本较高，适合于大批生产。适合于大批生产。 课题六 冷作模具材料与热处理冲压成形产品示例一日常用品课题六 冷作模具材料与热处理冲压成形产品示例二高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮课题六 冷作模具材料与热处理l冲压用原材料冲压用原材料: 塑性好的金属塑性好的金属,如低碳钢如低碳钢,铜合金铜合金,铝合金铝合金,镁合金等镁合金等.l冲压设备冲压设备：剪床和冲床剪床和冲床l

12、冲压基本工序：冲压基本工序：分离工序和变形工序分离工序和变形工序1、分离工序：、分离工序：坯料在外力作用下，使其一部分与另一部分坯料在外力作用下，使其一部分与另一部分互相分离。互相分离。（1）冲裁（落料和冲孔）：）冲裁（落料和冲孔）： 坯料按封闭轮廓分离的工序。坯料按封闭轮廓分离的工序。 冲孔：冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。被分离的部分为废料，而周边是成品。 落料：落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。被分离的部分为成品，而周边是废料。课题六 冷作模具材料与热处理1 1）冲裁变形过程）冲裁变形过程：普通冲裁时由于间隙比较大，冲裁分普通冲裁时由于间隙比较大，冲裁分离过程不是纯剪切状态

13、，所以整个变形过程有以下三个阶段离过程不是纯剪切状态，所以整个变形过程有以下三个阶段组成，其最后阶段因撕裂而分离。组成，其最后阶段因撕裂而分离。课题六 冷作模具材料与热处理 弹性变形阶段弹性变形阶段: :凸模压缩板料，使之产生局部凸模压缩板料，使之产生局部弹性拉伸和弯曲变形，最终在工件上呈现出圆角带。弹性拉伸和弯曲变形，最终在工件上呈现出圆角带。 塑性变形阶段塑性变形阶段: :当板料变形区应力满足屈服条件当板料变形区应力满足屈服条件时，便形成塑性变形，材料挤入凹模，并引起冷变形时，便形成塑性变形，材料挤入凹模，并引起冷变形强化。在工件剪断面上表现为光亮带。此阶段终了时，强化。在工件剪断面上表现

14、为光亮带。此阶段终了时，在应力集中的刃口附近出现微裂纹，这时冲裁力最大。在应力集中的刃口附近出现微裂纹，这时冲裁力最大。 断裂分离阶段断裂分离阶段：随着凸、凹模刃口的继续压入，：随着凸、凹模刃口的继续压入，上下裂纹延伸，以至相遇重合，板料被分离。这一上下裂纹延伸，以至相遇重合，板料被分离。这一过程在工件剪断面上产生一粗糙的断裂带。过程在工件剪断面上产生一粗糙的断裂带。课题六 冷作模具材料与热处理（2）修整：利用修整模沿冲裁件）修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带及毛刺，以提高精度，降低剪裂带及毛刺，以提高精度，降低表面粗糙度。与切削加工相似

15、，与表面粗糙度。与切削加工相似，与冲裁不同。冲裁不同。外缘修整（外形），外缘修整（外形），内缘修整（内孔）。内缘修整（内孔）。（3）切断：用剪刃或冲模将板沿）切断：用剪刃或冲模将板沿不封闭轮廓不封闭轮廓分离的工序。分离的工序。 剪刃安装剪刃安装在在剪床上，将板料切成具有一定宽剪床上，将板料切成具有一定宽度的条料；度的条料；冲模安装在冲模安装在冲床上，制冲床上，制取简单的平板零件。取简单的平板零件。课题六 冷作模具材料与热处理2、变形工序：变形工序：使坯料的一部分相对另一部分产生位移而使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工序为变形工序。拉深、弯曲、翻边、胀形等。不破裂的工序为变形工序。拉

16、深、弯曲、翻边、胀形等。 （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变形成开口空心零件的成形工序。平板坯料变形成开口空心零件的成形工序。课题六 冷作模具材料与热处理（2）弯曲（）弯曲（bending） 使坯料的一部分相对另一部分弯曲成一定角度的工序。使坯料的一部分相对另一部分弯曲成一定角度的工序。 最小半径最小半径rmin=(0.25-1)S 课题六 冷作模具材料与热处理课题六 冷作模具材料与热处理（4）翻边）翻边 在带孔坯料的平面或曲面部在带孔坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定曲线翻成竖直分上使板料沿一定曲线翻成竖直边缘的冲压方法。在

17、汽拖工业应边缘的冲压方法。在汽拖工业应用广泛。用广泛。 分为内孔翻边，外缘翻边，不分为内孔翻边，外缘翻边，不变薄翻边，变薄翻边。变薄翻边，变薄翻边。课题六 冷作模具材料与热处理（5）旋压）旋压 旋压机，冲模简单，变形力小，但效率低。旋压机，冲模简单，变形力小，但效率低。用于空心回用于空心回转体的中小批量生产或大型封头。转体的中小批量生产或大型封头。课题六 冷作模具材料与热处理 碳素工具钢碳素工具钢 共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13 1、成分特点：成分特点：l高碳高碳(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物量增加，随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。耐磨性提高，但韧性

18、下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料课题六 冷作模具材料与热处理 2、热处理及组织、热处理及组织 热处理：正火热处理：正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火 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; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) 球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织课题六 冷作模具材料与热处理 3、用途、用途 由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工由于碳工钢热硬性、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：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻课题六 冷作模具材料与热处理 T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。车刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头课题六 冷作模具材料与热处理 1、成分特点：、成分特点： 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、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V l 低合金工具钢低合金工具钢l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品课题六 冷作模具材料与热处理 2、热处理及组织、热处理及组织 同碳素工具钢，只是淬火介质为同碳素工具钢，只是淬火介质为油油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。 使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制造形用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥

21、、板牙等如丝锥、板牙等. 丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手课题六 冷作模具材料与热处理 9Mn2V钢钢 用途用途 制造碳素工具钢不能满足要求的中小模具，如厚度小制造碳素工具钢不能满足要求的中小模具，如厚度小于于3mm的弯曲模、成形模、落料模。的弯曲模、成形模、落料模。 锻造工艺锻造工艺 热处理工艺热处理工艺 球化退火、机加工，然后淬火和低温回火。球化退火、机加工，然后淬火和低温回火。热处理后的组织为热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。课题六 冷作模具材料与热处理 GCr15钢钢 用途用途 制造精度要求较高的小型尺寸落料模、冷挤

22、模、成形制造精度要求较高的小型尺寸落料模、冷挤模、成形模和搓丝模等。模和搓丝模等。 锻造工艺锻造工艺 热处理工艺热处理工艺 主要为主要为球化退火、正火、淬火球化退火、正火、淬火和和低温回火低温回火。球化退火目的：不仅是降低钢的硬度，以球化退火目的：不仅是降低钢的硬度，以利于切削利于切削加工，更重要的是加工，更重要的是获得细的球状获得细的球状P和均匀分布的过剩的细粒状碳化物，为零件的最终热和均匀分布的过剩的细粒状碳化物，为零件的最终热处理做处理做组织准备组织准备。课题六 冷作模具材料与热处理淬火和低温回火淬火和低温回火 GCrl5钢的淬火温度严格控制在钢的淬火温度严格控制在820一一840 范围内，回范围内，回火温度一般为火温度一般为150 160 。 轴承钢淬火回火后的组织为轴承钢淬火回火后的组织为极细的回火极细的回火M、均匀分布的粒、均匀分布的粒状碳化物以及少量残余状碳化物以及少量残余A。 CrWMn钢钢 用途用途 主要用于变形要求小、形状复杂的轻载