模具材料讲义

VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD2012.05.16.CHD기술영업부구매팀模具材料VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD模具材料模具的分类(금형분류)模具材料的选用(금형재료의선용)模具材料的热处理模具的失效VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.金属材料的性能■金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。1.使用性能是指为了保证零件的正常工作，材料应具备的性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能.1.1力学性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度1.2物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性1.3化学性能：耐腐蚀性、高热抗氧化性2.工艺性能是指金属材料在被加工过程中，适应各种加工工艺方法的性能，如铸造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。2.1铸造性能2.2锻造性能2.3焊接性能2.4热处理性能2.5切削加工性能2.6冲压性能VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.1金属材料的力学性能1.机械零件或其他结构件在使用过程中，会受到各种外力的作用。金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能，它是保证保证零件和构件正常工作应具备的主要性能。衡量金属材料力学性能的指标主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。力学性能不仅是机械零件设计、选材、验收、鉴定的主要依据，也是对产品加工工程实行质量控制的重要参数。2.金属材料在加工和使用过程中所受到的外力成为载荷。1）静载荷，是指在短时间内以高速度作用于零件上的载荷。2）冲击载荷，是指在短时间内以高速度作用于零件上的荷重。3）交变载荷，是指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷。3.金属材料在载荷作用下发生的尺寸和形状的变化称为变形。按去除载荷后变形是否能完全恢复的情况，变形可分为弹性变形和塑性变形。去除载荷后零件的变形能立即恢复原状，即随载荷的作用而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形；若去除载荷后零件的变形不能完全消失而是保留一部分残余变形，这种不能恢复的残余变形称为塑性变形，也称为永久变形。根据载荷作用不同，变形又可分为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等五种变形方式。4.金属材料在受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的历，称为内力。单位面积上的内力叫做应力。简述材料受拉伸载荷或压缩载荷时，其横截面积上的应力的计算公式。VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.1.1强度定义：金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力成为强度。金属材料的强度越高，抵抗塑性变形和断裂的能力，在工作中所能承受的载荷就越大。金属材料的强度按受力类型分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗弯强度和抗扭强度五种。一般情况下多用抗拉强度作为衡量金属材料强度的依据。金属材料的抗拉强度是通过拉伸试验测定的。1）拉伸试验2）拉伸曲线在拉伸试验过程中，试验机自动以拉伸力F为纵坐标，以拉伸量ΔL为横坐标，画出一条拉伸力F与伸长量ΔL的关系曲线，称为力-拉伸曲线或拉伸曲线。VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD3）由拉伸曲线可以看出，低碳钢试样的拉伸过程可分为以下几个阶段：-弹性变形阶段(op)：在拉伸试验时，若施加在试样上的载荷未超过Fp，那么在此阶段试样所发生的变形均为弹性变形，即载荷去除后试样的形状和尺寸可以恢复原状。Fp为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大载荷。-屈服阶段(pe):若载荷超过Fp时，试样开始出现微量的塑性变形，则卸除载荷后试样的变形不能完全消失，即试样的形状和尺寸不能恢复原状。当载荷达到Fe时，试样开始发生明显的塑性变形。-强化阶段(e’m):当载荷超过Fe后，材料开始出现明显的塑性变形，同时欲使试样继续伸长，载荷也必须不断增加，即随着塑性变形量的增加，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化。Fm为试样拉断前所能承受的最大载荷。-颈缩阶段(mz):当载荷增加到最大值Fm时，试样开始局部截面积缩小，出现颈缩现象，变形主要集中在颈缩部位。VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.1.2塑性定义：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。塑性表示了金属材料在断裂前产生塑性变形的能力的大小。金属材料的塑性也是通过拉伸试验测定的，衡量指标有断后伸长率和断面收缩率两种。材料具备一定的塑性才能进行各种成型加工，如冷冲压、锻造、轧制等。钢的塑性较好，能通过锻造成型。铸铁的断后伸长率几乎为零，塑性很差，所以不能进行塑性变形加工。另外，具有一定塑性的零件，偶尔过载也能由于发生一定量的塑性变形而不致立即断裂，在一定程度上保证了零件的工作安全性，因此对于重要的结构零件要求必须具备一定的塑性。塑性并不是越大越好，一般来说，各种零件对塑性的要求有一定的限度。钢材的塑性过大，一般其强度会降低，这不但会降低钢制零件的使用寿命，而且会加大零件的自身重量，浪费材料。定义：硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。（1）布氏硬度(BH)（2）洛氏硬度(HR)（3）维氏硬度(HV)1.1.3硬度VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.1.4冲击韧性定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力成为冲击韧性。衡量指标是冲击吸收功AkVISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.1.5疲劳强度1）疲劳现象：实际生产中有许多机器零件，如齿轮、弹簧、衢州等，都是在交变载荷下工作的。承受交变载荷的零件，在工作应力低于其屈服强度时，经过较长时间的工作也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳。疲劳断裂是在实现无明显塑性变形的情况下突然发生的，故其具有很大的危险性。2）疲劳强度金属材料在无数次交变载荷的作用下而不发生断裂的最大应力，称为疲劳强度，用δ-1表示。疲劳强度的数值越大，材料抵抗疲劳破坏的能力越强。3）提高疲劳强度的措施疲劳断裂是在零件应力集中的局部区域发生的，疲劳断裂的宏观断口都有一个疲劳裂纹的策源地和裂纹扩展区。因此疲劳强度除了与材料的属性有关外，零件表面状态和内部缺陷对疲劳强度的影响也很大，如表面擦伤(刀痕、打记号、磨裂等)、表面粗糙度、加工纹路、腐蚀、内部裂纹与夹杂等。表面很小的伤痕都会造成尖锐的缺口，产生盈利集中使δ-1大大下降。零件的疲劳强度除了与材料属性有关之外，还可以采取下列措施来加以提高：改善零件的结构形式，避免尖角、缺口、截面突变等，以避免应力集中一起疲劳裂纹；采用化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等表面强化处理，提高其表面强度；降低零件表面粗糙度，提高表面加工质量，尽可能减少可能成为疲劳源的表面损伤和缺陷等一系列措施均可提高零件的疲劳强度。VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD1.2金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指在制造机械零件和工具的过程中，金属材料适应各种加工方法的性能。工艺性能标志着金属材料制成成品的难易程度，直接影响到工件加工的质量、生产效率和加工成本。工艺性能主要包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能以及切削加工性能等。1.2.1铸造性能铸造是指将熔化后的金属液浇入铸模中，待凝固、冷却后获得所需形状和性能的零件的成型方法。铸造是获得零件毛坯的主要方法之一。铸造性能是指金属的铸造成形过程中获得优质铸件的能力。铸造性能通常用金属液的流动性、收缩性等表示。金属的流动性越好，收缩率越小，则表明铸造性能越好。1.2.2锻造性能锻造是指利用冲击力或压力使金属产生变形的加工方法。锻造性能是指金属材料锻造时会改变形状而不产生裂纹的性能。锻造性能好，表面金属易于锻造成形。锻造性能与金属的塑性和变性抗力有关，金属的塑性越好，变性抗力越小，则锻造性能越好。黄铜和铝合金在室温状态下就有良好的锻造性能；钢在加热状态下锻造性能较好，低碳钢的锻造性能比中碳钢、高碳钢，非合金钢比相同含碳量的合金钢好；铸铜、铸铝和铸铁则不能进行锻造。1.2.3焊接性能焊接性能是指在两块分离的金属之间通过加热或加压，使其牢固地结合成一个整体的加工方法。焊接性能是指材料在限定的加工条件下，通过焊接方法获得复合设计要求的焊接接头的性能。焊接性一般根据焊接时产生的裂纹敏感性和焊缝区力学性能的变化来判断。如低碳钢和低碳合金钢焊接性能良好，其焊接质量容易保证，焊接工艺简单；高碳钢和高合金钢焊接性能较差，焊接时需要采用预热或气体保护焊等，焊接工艺复杂。1.2.4热处理性能热处理是通过对固态下的材料进行加热、保温、冷却，从而获得所需要的组织和性能的工艺。钢的热处理性能包括淬透性、晶粒长大倾向、回火稳定性、变形与开裂倾向等。1.2.5切削加工性能切削加工性能是金属材料切削加工的难以程度。切削加工性能的好坏，直接影响零件的表面质量、刀具的寿命、切削加工成本等。切削VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD2.模具材料的选择■模具的应用：随着现代工业技术的迅速发展，诸多产品零件广泛采用各种先进的金属无切削、少切削加工新工艺生产，如精密锻造、精密铸造、精密冲压、恒温超塑性成形等加工新技术。这些先进的加工技术是离不开与产品相适应的模具的。模具加工有材料利用率高、生产效率高、产品质量好、解决能源、生产成本低等优点，因此，模具在现代机械制造业中日益广泛得到应用。模具的质量和性能好坏、寿命的长短，直接关系到产品的质量、寿命和经济效益。模具材料及热处理以及表面强化工艺是影响模具质量、性能及使用寿命诸多因素中的主要因素。为了提高模具的质量和使用寿命，降低成本，增加效益，就要求合理选用模具材料，正确选择热处理及表面强化工艺，大力推广应用新材料、新工艺和新技术。VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD2.模具材料的选择2.1.1模具的分类：1）按模具结构形式分类：冲模中的单工序模(COVERMODULE)、复合模、级进模等(COREPLATE)；塑料成型模具中的压缩模、注塑模(PLATE等)、挤出模(HOSEFEED).2）按模具使用对象分类：如电工模具、汽车模具、电视机模具等。3）按模具材料分类：如钢模、铸铁模、硬质合金模等。4）按工艺性质分类：冲孔模、落料模、拉伸模、弯曲模、塑料成型模、吸塑模、吹塑模5）按模具服役条件分类：冷作模具、热作模具、塑料模具、玻璃模具、陶瓷模具。6）按模具成型加工工艺性质和使用对象为主的综合分类：金属板材成型模具、费金属材料制品成型模具、金属体积成型模具、简易模具（通用模具与经济模具）等2.1模具及模具材料的分类：VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHD2.模具材料的选择2.1.2模具材料的分类：制造模具的材料一般可分为钢铁材料、非铁金属及其合金材料和费金属材料三大类。应用最多的是钢铁材料，其中主要的又是模具钢。根据模具的服役条件，通常将模具钢分为以下四种类型。1）冷作模具钢：目前我国研制和应用过的冷作模具钢多达40多种。按钢的化学成分、工艺性能极其承载能力，冷作模具钢又可分为10类。2）热作模具钢：低耐热高韧性热作模具钢、中耐热韧性热作模具钢高耐热行热作模具钢、特殊用途热作模具钢。3）塑料模具钢：碳素塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢。4）其他模具材料：玻璃模具及陶瓷模具所用的材料。2.1模具及模具材料的分类：VISION2015PQP33!!HYUNDAMInd.Co.,Ltd.CHDText分类CHD实例图例冷作模具单工序继进模具冲裁模(blankingdie;punchingdie)使板材分离，得到所需形状和尺寸的平片毛坯或制件的冲模。1.COVERMODULE2.PLATE(