第八章模具材料(全华图书)

神采創意工作室第八章模具材料第8章模具材料8.1沖壓模具材料8.2塑膠模具材料8.3壓鑄模具材料8.4模具材料選擇8.5模具材料熱處理8.6表面處理8-003模具學沖壓模具材料8-1沖壓模具作業：耐壓力、耐沖擊、耐磨耗性及淬火時變形小。是沖壓模具材料應具備條件。碳鋼很困難滿足這些條件，為此要添加錳(Mn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)或鈷(Co)等合金元素改善鋼質。【8-02】8-004模具學碳(C)：增加鋼硬度及耐磨性但降低韌性。碳為鋼最主要成份，對鋼影響顯著，含量增加可改變機械性質，加強抗拉強度或硬度、減少韌性或延性、減弱沖擊強度、增強磨耗性、增加被削阻力、降低熔接性。【8-02】沖壓模具材料8-18-005模具學錳(Mn)：增加高溫抗拉強度、硬度，可增高淬火性，且賦予耐磨耗性，顯著減少熱處理時變形率，防止硫所致脆性化。錳使鋼料易於熱軋或鍛造，工具鋼至少都含0.2%～0.5%錳含量。鋼料可能含錳高達20%，產生冷作硬化現象。添加更多錳於碳鋼中效果為增加其硬度穿透。【8-02】沖壓模具材料8-18-006模具學矽(Si)：增加耐熱性、耐蝕性及強度，並改善電磁氣性質。工具鋼皆含矽0.10%～0.30%，添加目的與加少量錳相同，使鋼容易鑄造及熱作。矽通常不單獨使用，深硬化元素如錳、鉬或鉻通常與矽加入使用。矽會增加工具鋼強度和韌性。【8-02】沖壓模具材料8-18-007模具學磷(P)及硫(S)：磷及硫二元素經常出現在鋼料完全分析中，都被認為是有害的雜質，必須儘量降低。平爐工具鋼中含量皆少於0.05%，電爐工具鋼，即使最廉價等級亦少於0.03%。硫加入高合金工具鋼改進切削性。熔融時要特別小心，須確實形成正確碳化物形態，並嚴格控制含量和分佈。【8-02】沖壓模具材料8-18-008模具學鉻(Cr)：增加耐磨性、耐蝕性、硬化能高溫強度。碳鋼中加鉻時，可提高抗拉強度、硬度、減少伸度、沖擊值。含量增加時，改善淬火性、耐磨耗性，通常與鎢共存，增高效果。【8-02】沖壓模具材料8-18-009模具學鎢(W)：增加硬度、耐磨性及高溫抗拉強度。加鎢會產生與鉻類似性質，因與碳化合，形成硬碳化物，增高硬度、耐磨耗性，增大高溫的較化阻性。鎢須大量添加才會有效。加入高碳工具鋼大約1.50%，增加耐磨性。鎢常與碳形成化學性結合，碳化物具有極高硬度和耐磨性及優良紅熱硬度。【8-03】沖壓模具材料8-18-010模具學鉬(Mo)：增加硬化能、耐蝕性、抵抗潛變、防止回火脆性。鉬(Mo)與鎢有同樣的性質，會增加紅熱硬度和耐磨性，效力約鎢的2倍，且與鉻同樣提高淬火性，增大淬火硬化層，提高高溫硬度、潛變阻力，回火硬化性較大。【8-03】沖壓模具材料8-18-011模具學釩(V)：加強晶粒微細化。釩(V)使鋼結晶粒微細化，固溶於基地鐵，提高硬化能，增大回火軟化的阻性，通常很少單獨使用，與鉻或鉻-鎢共存。在碳鋼中加入少量釩(約0.15%)，含量不影響硬度或硬度穿透。在某些鋼中，能保持鋼料晶粒細小增加韌性。【8-03】沖壓模具材料8-18-012模具學鈷(Co)：增加高溫強度。鈷很少單獨使用，與鉻、鎢、鉬(Mo)等共存發揮其效果。鈷除高速工具鋼外很少使用。用來增加紅熱硬度以便工具可在更高速下使用，同時會增高一些硬化溫度，增加表面脫碳傾向及減低韌性。【8-03】沖壓模具材料8-18-013模具學廣義模具材料：使用在模具上任何材料。模具材料包括金屬與非金屬。歸納三大類：構造用鋼、工具用鋼、特殊用材料等。狹義模具材料：指工具鋼為中心材料，其強度與耐磨性影響整體模具壽命。【8-03】沖壓模具材料8-18-014模具學目前國內生產鋼材，除了碳鋼外，大部份工具鋼都仰賴進口，以日本為最多，美國、德國、瑞典次之。工具鋼種類繁多，其大部份均可做模具鋼使用，在選用模具材料時須格外謹慎與適確。工具鋼本身是由碳鋼加上合金元素組成不同鋼質。【8-03】沖壓模具材料8-18-015模具學日本JIS標準與中國CNS標準將工具鋼分為三類：第一類：碳素工具鋼第二類：高速工具鋼第三類：合金工具鋼【8-03】沖壓模具材料8-18-016表8.1JIS工具鋼分類標準模具學【8-04】8-017表8.2CNS工具鋼分類模具學【8-04】8-018模具學特性：耐磨耗性高。韌性(耐沖擊性)大。經熱處理變形小。淬火性良好。切削性良好。硬度大。脫碳少。價格低。熱處理簡單。【8-05】沖壓模具材料8-18-019模具學機械構造用鋼(SC)：含碳量在0.10%～0.55%之低、中碳鋼。價格低廉，加工容易，適合模具附屬零件，如導料板、承板固定板、剝料板及少量下料模導桿、襯套。金屬少量下料用沖頭及刀口亦可用S30C以上加淬火製造。【8-05】沖壓模具材料8-18-020模具學碳素工具鋼(SK-)：碳素工具鋼分為七個鋼種SK1、SK2、SK3、SK5、SK6、SK7。碳素工具鋼價格較低，易於熱處理方便加工，多用於不太需要耐久性模具。碳素工具在高溫下硬度低，同時由於切削熱而易被退火，耐力差。【8-05】沖壓模具材料8-18-021模具學用於較不受沖擊，須要堅硬耐磨耗刀具或鑽頭類，使用高碳工具鋼。須要承受打擊鏨鑿或鍛造工具等，硬度不必太高，但須要強韌性者則宜採用低碳工具鋼。以SK1硬度最高，但韌性最低，而以SK7韌性最大，硬度最低。使用於模具鋼以含碳0.9%以上者較多，其中以SK3最為常用。【8-05】沖壓模具材料8-18-022模具學高速工具鋼：高速工具鋼含有碳、鉻、鎢、鉬、釩、鈷等特殊元素。再分鎢系六種和鉬系七種兩大類。鎢系高速中含鎢量極高均在18%左右。鉬系高速鋼中含鋼量約5%左右，降低含鎢量至6%，即以效力很強的少量鉬代替多量鎢，其中添加鈷是所有各類工具鋼僅有的，用來增加切削能力。【8-05】沖壓模具材料8-18-023模具學高速度切削致使刀端發熱，切削能力不致於低落，得名高速工具鋼。工業界以SKH51使用最為普遍。高速鋼經適當熱處理可顯著硬化，增大磨耗阻力，因昂貴常用於小形沖頭、沖模等，特別適於直徑小沖孔等，因高溫硬度、磨耗與常溫差不多，常用於高溫加工模具材料。【8-06】沖壓模具材料8-18-024模具學合金工具鋼：碳素工具鋼硬化能差，欲達到淬火硬化效果，必須淬火於水，易生淬裂或淬火應變，改良這種缺點便是合金工具鋼。提高鋼硬化能，添加鉬、鉻、鉬、釸、鎳等合金元素即可。合金工具鋼是優於碳素工具鋼，次於高速工具鋼模具材料。【8-06】沖壓模具材料8-18-025模具學依合金鋼特性分類：切削用合金工具鋼。耐沖擊合金工具鋼。冷作(耐磨)合金工具鋼。熱作(熱模)合金工具鋼。【8-06】沖壓模具材料8-18-026模具學切削用合金工具鋼：為SKS類有八種材質。工具鋼含碳量相當高，多數在1.0%以上，以鎢、鉻為主成分，添加少量的釩，形成鎢、鉻、釩碳化物，提高硬度與耐磨性。鉻淬火性效果較SK類提高甚多，適用於切削鋼種。使用於模具鋼種以SKS2最多，尤其中級沖模使用很多。【8-06】沖壓模具材料8-18-027模具學耐衝擊合金工具鋼：此類工具鋼專適用於耐衝擊，必須有強韌性，而其切削性及耐磨性可以稍微犧牲，故含碳量較低，多數在1.0%以下，SKS3使用量較多。【8-06】沖壓模具材料8-18-028表8.3萬用之合金工具鋼模具學【8-21】8-029模具學冷作合金工具鋼：包含SKS類及SKD類。SKS類成份屬於高錳-低鉻-低鎢，以求淬火後變形小，減少內部應力發生，增加耐磨性；SKD類以成份組成皆以含鉻量甚高為其特點，而具耐磨性及強韌性，淬火後變形少是相當優良鋼種，SKD11最著名。冷作合金工具鋼，SKD類淬火性都比SKS類有改善，空氣淬火硬化。【8-07】沖壓模具材料8-18-030模具學熱作合金工具鋼：包含SKD類材質及SKT類材質。熱作模具不能因溫度上升而軟化變形，在紅熱狀態仍須具有高強度及高耐磨性，同時為了防止淬裂，故含碳量所有工具鋼中最低者，約在0.30%左右，加入鉻、鉬、鎢、釩改善。SKD類則加鎳以加強韌性。熱作合金工具鋼中以SKD61使用量最多，其次為SKT4。【8-07】沖壓模具材料8-18-031表8.4模具材料選用參考表模具學【8-21】8-032模具學一般以所含之合金元素量超過8%者稱為高合金工具鋼。低於8%者稱為低合金工具鋼。SKS合金鋼為低合金工具鋼。SKD與SKT兩類為高合金工具鋼。【8-08】沖壓模具材料8-18-033模具學鑄鐵系材料：灰鑄鐵(FCO)具高抗壓強度，經濟且鑄造容易，適於模座、配合件、大型成型模具及引伸模。延性鑄鐵：除保有一般鑄鐵鑄造優點外，其韌性及強度因其球狀游離石墨存在而不亞於鋼料。【8-08】沖壓模具材料8-18-034表8.5常用模具材料CNS，JIS，SAE，DIN間之對照表模具學8-035模具學第一類：用於沖頭承板、滑塊、爆發成形用模具。第二類：用於沖頭、刀口、鑲塊、坯料壓板、導料件、滑塊、引伸模、精密下料模具壓板及其他需高強度，優越耐磨性之材料。第三類：同第二類，惟要求等級更高者。【8-09】沖壓模具材料8-18-036模具學其他合金鋼：鉻鉬鋼(SCM-)鎳鉻鉬鋼(SNCM)鋁鉻鉬鋼(SACM)軸承用鋼(SUJ-)超硬合金鋼等【8-09】沖壓模具材料8-18-037模具學軸承用高碳鉻鋼(SUJ)：軸承用高碳鉻鋼SUJ2為軸承用的鋼材，耐磨耗性及淬火性均良好，硬度為55～60，用於滑動部分，需高硬度及耐磨耗性零件。【8-09】沖壓模具材料8-18-038模具學不銹鋼(SUS)：不銹鋼含鉻量高，含碳量極低，耐蝕性良好，主要應用於高溫具腐蝕性塑料，如PVC模具。【8-09】沖壓模具材料8-18-039模具學鈹銅合金：含鈹2.5%，銅97.5%鈹銅合金，常用在型腔中需高熱傳導部位，或形狀特別複雜的部位，通常是嵌入在模板內，構成型腔一部分。以機械切削，或壓力鑄造成形。【8-09】沖壓模具材料8-18-040模具學非金屬材料、非金屬材料：燒結合金、鑄鋁青銅、鈹銅合金、鉍銅合金、硬體夾板、橡膠、軟木、塑膠材料等。將各種模具經熱處理後再以鍍鉻、氮化等表面處理，則可得到良好耐磨性及硬度。【8-09】沖壓模具材料8-18-041模具學隨模具種類的不同，其構成零件亦不相同。通常典型模具除了模座、螺絲、螺柱、彈簧、定位銷以及部份特定形狀沖頭已有標準規格件外，其他零件均因模具種類而有所不同，均需由設計者決定。【8-09】沖壓模具材料8-18-042模具學模座：市售模具有雙柱式、四柱式、滾珠導柱式及QDC快速換模模座等。模板為鑄鐵、鑄鋼或碳鋼製造。導柱及襯套為SK3或SKS2經淬火或表面鍍鉻製成，另有滾珠式導柱。上、下模座因係固定模具必須承受合模時撞擊力，需有較大韌性防止因使用過久後變形成本低易於加工設計者均採用機械構造用鋼S10C～S55C或鑄鐵鑄造。【8-09】沖壓模具材料8-18-043模具學導柱及襯套為引導合上、下模用，在高速沖壓下，須要有高耐磨性才能防止磨耗。須具適當韌姓，以防止因上、下模未能精密配合所導致合模時輕微衝擊而生破裂危險。常用材料S45C、SK3、SK5、SK7、SKS2，施以淬火或表面硬化處理。【8-10】沖壓模具材料8-18-044模具學承板、剝料板及壓板：承板大多為固定沖頭或嵌入物，要求以易於加工及低成本為原則，均採低碳鋼S10C～S30C甚或一般構造用滾軋鋼材SS41。厚度限制或複雜引伸、彎曲模、精密下料模採用S45C～S55C或鑄鐵。剝料板及壓板二者作用大同小異，材質與上同。【8-10】沖壓模具材料8-18-045模具學導料板、定位銷：導料板是導引胚料進入模具用，一般用低碳鋼製成，但在高產量或快速送料時，為避免磨耗而引起送料偏料，可採用中碳鋼經熱處理，此處所指定位銷是用於連續模具中固定料片行程。【8-10】沖壓模具材料8-18-046模具學滑塊、導塊：通常運用到滑塊模具甚多，如滑塊沖模，因與導塊同屬於利用摩擦來作導向運動，如側向沖頭，配合接觸面須有極高耐磨性及韌性，以因應決速沖壓工作。一般SK3、SK5、SKS2、SKS3製成，特殊者另以表