2012冷冲压模具选材及热处理工艺方案设计

西安工业大学1西安工业大学`设计(论文)说明书姓名罗水华专业金属材料工程班级B090210学号B090210112012年12月1日2013年1月3日西安工业大学2课程设计任务书设计项目：冷冲压模具及热处理工艺方案设计完成期限：自2012年11月15日至2013年1月3日系别：机电信息系班级：B090210学生姓名：罗水华指导教师：刘健康批准日期：西安工业大学3摘要从当今世界范围的模具材料发展来看，无论是材料的品格、规格，或是材料的质量和数量，都可以基本满足现代模具工业的需要。但对于一个具体的模具零件而言，欲从众多模具材料中挑选出最能满足其使用性能要求的材料，并制定出与该性能要求相匹配的合理的热处理方案，则不是一件容易的事。冷作模具材料目前我国常用的冷作模具钢大致分为四大类：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金。尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具通常用碳素工具钢制作；模具寿命不高、尺寸大、形状复杂；轻负荷的冷作模具一般用低合金工具钢：尺寸大、形状复杂；重负荷的冷作模具需采用中合金或高合金工具钢；受冲击负荷且模刃单薄的冷作模具一般选用高韧性模具钢；尺寸精度要求高、寿命长的模具则要选择粉末高速钢、硬质合金等高档材料。市场流通仍以传统的老材料为主，新型的冷作模具钢，如DS、GD、CH、LD、GM、ER5、65Nb、012Al、LM2、RM2等20几个品牌应用等不普遍！作为课题研究，要了解冷冲压模具钢的热处理工艺，应选用成熟普遍的钢种来实践。关键词：冷冲压模具；模具材料：热处理工艺。目录第一章前言……………………………………………………………………41.1本课题内容概述………………………………………………………………51.2.1课题研究的目的和意义…………………………………………………51.2.2课题的研究内容…………………………………………………………5西安工业大学41.3论文的组织结构…………………………………………………………………5第二章实验方案………………………………………………………………52.1原材料的选择……………………………………………………………………62.1.1概述…………………………………………………………………………72.1.2冷冲压模具特点……………………………………………………………72.1.3冷冲压模具主要损坏形式…………………………………………………72.1.4冲头材料的性能要求………………………………………………………72.1.5材料的选用…………………………………………………………………72.2加热设备的选择…………………………………………………………………92.2.1热处理设备概论……………………………………………………………92.2.2电阻炉的选择………………………………………………………………92.3本课题的研究方案……………………………………………………………102.3.1本课题研究过程总述……………………………………………………102.3.2实验设备…………………………………………………………………102.3.3实验材料…………………………………………………………………102.3.4实验步骤…………………………………………………………………10第三章热处理工艺……………………………………………………………113.1原始组织………………………………………………………………………113.29SiCr钢淬火……………………………………………………………………113.39SiCr钢回火……………………………………………………………………13第四章实验结果分析………………………………………………………144.1金相组织分析……………………………………………………………144.29SiCr钢失效分析…………………………………………………………15第五章结论……………………………………………………………………15参考文献…………………………………………………………………………16致谢…………………………………………………………………………17第一章、前言西安工业大学51、前言1.2课题的研究目的和意义本课题主要研究冷冲压模具冲头热处理工艺的的设计，即为了达到工件所要求的性能，而采取正确的热处理工艺。常用的的热处理工艺主要有正火，球化退火退火，淬火，回火。同一种材料，经过不同的热处理工艺可以获得不同的性能和组织，且性能上会有较大的差别。本课题的目的在于了解各种热处理工艺的优缺点，最终根据材料确定一个最适合的热处理工艺。在了解热处理工艺的作用的前提下，利用其使原材料性能得到显著提升。这对于我国冷作模具的改进有重要意义，在现代工业中的应用前途一片光明，所以搞好这样的课题研究也是对社会的一种贡献！1.2.1本课题研究的内容概述该课题主要内容是拟采用直径为50mm,长50mm的棒状9SiCr钢试样，进行热处理，然后打磨试样，观察金相组织。并结合硬度实验来获取9SiCr钢达到机械性能，物理性能，工艺性能等，从而得到最适宜的热处理工艺的目的。本文研究内容主要包括以下几个部分：（1）原材料的选择，主要根据冷作模具冲头的性能要求选择合适的原材料。（2）观察原材料的组织，磨制金相，分析材料组织。（3）最终热处理工艺。主要从原材料的性能和相图出发确定热处理方法。（4）检验试样的性能，测试样的硬度。（5）观察热处理后的组织，磨制金相，分析组织结。1.2.2论文的组织结构第一章前言部分，介绍了课题的研究目的和意义，确定了课题的研究内容。第二章试验方案。第三章热处理工艺。第四章实验结果分析。第五章结论。第二章、实验方案西安工业大学6本试验的内容包括原材料选择、金相制样、热处理过程的试验方案和研究方法，以及试样的性能测试和组织分析手段。热处理过程是试验的关键步骤，直接影响到最终结果的好坏。主要包括以下几个部分：（1）原材料的选择，主要是根据螺栓的性能要求选择合适的原材料。（2）观察原材料的组织，磨制金相，分析材料组织。（3）最终热处理工艺。主要从原材料的性能和相图出发确定热处理方法。（4）检验试样的性能，测试样的硬度。（5）观察热处理后的组织，磨制金相，分析组织结构。2模具选材2.l模具选材的意义随着市场经济的迅猛发展和材料加工新技术新方法的不断采用，产品更新换代速度加快，对成型模具的数量和质量也在增加，模具材料的正确选择与合理使用己经制约商精度、长寿命、商效率模具制造的瓶颈之一。目前国内外通常按用途将模具材料分为三大类：冷作模具材料、热作模具材料和塑料成型模具材料。目前，这兰大类模具材料仍以黑色金属及其合金为主。合理的选择模具材料具有重要意义，首先，由模具在现代工业生产中的重要作用决定；其次，合理选材也是保证模具寿命、提商材料利用率的基本要求之一。模具材料的选择是指：针对其体的模具零件。在相应的模其材料中选择出一、两个较为理想或合适的材料的过程。一般说来，模具零件的选材要求所选材料满足：(1)使用性能足够——根据工作条件，失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，其中应考虑尺寸效应及主要的、关链的性能指标。(2)工艺性能良好——跟据制造工艺程及方法不同，保证所选材料具有良好的工艺性能，首先是能将模具零件制造出来。（3)供成上能保证——所选材料应考虑地方资源与市场供应情况，尽量少用进口材料，并且品材规格应尽鬟少而集中，以便于采购和管理。(4)经济往合理——要求所选材料，生产过程简单、成晶率高、成本低。也就是业界提出的“满足制品要求，发挥树料潜力，经济技术合理”原则。西安工业大学72.1.1概述9SiCr钢是低合金刃具用钢，但也常常制作冷作模具零件，效果很好。它比铬钢（Cr2或9Cr2）有更高的淬透性和淬硬性并且有较高的回火稳定性。适合分级淬火或等温淬火。2.1.2冷冲压模具的特点对于冲压模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。2.1.3冷冲压模具主要损坏形式冲头是冷冲压模具中主要的受力零件，它在工作过程中受载情况和主要损坏形式，主要有以下两种类型：（1）受冲击载荷：冲头在冲孔时，与板材直接撞击，会导致冲头表面发生变形或压溃。（2）受弯曲载荷：如遇到形状不平的板材，冲头在冲击时，心部由于承受弯曲载荷，容易发生断裂等失效。2.1.4冷冲压模具材料的性能和组织要求为了获得优异的强韧性和耐磨性，要求冷作模具钢和模具组织具备下列特点：（1）要求淬火-回火后的组织中有一定数量的剩余碳化物，分布要均匀，形态要圆整，尺寸要细小。（2）马氏体针要均匀，细小，要提高马氏体中板条马氏体的份额。（3）对于莱氏体钢，改善共晶碳化物形态、粒度、分布，是提高其强人性的关键。2.1.5材料的选用2.1.5.1冲裁模具材料的选用及热处理要求选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等西安工业大学8硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢—合金工具钢—基体钢—高碳高铬钢—高速钢—钢结硬质合金—硬质合金。此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。1）.厚板冲裁模厚板冲裁模承受的冲压力高于薄板冲模，为重载冲裁模，易磨损、崩刃和断裂，所以要求模具材料应具有高的耐磨性和强韧性。传统模具用钢传统的重载冲裁模具钢种主要有T8A、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。其中T8A为碳素工具钢，虽然淬透性、韧性比T10A钢有所改善，但易残存网状碳化物、热硬性差，只能用于工件批量较小的中厚冲裁模。T8A工具钢的热处理工艺为：790~820℃水或油淬，160~180℃回火，硬度58~61HRC。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2为高速工具钢，具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，但韧性较低，工作时有可能产生崩刃或断裂，而且价格较贵。建议采用低温淬火、快速加温淬火等工艺措施来改善其韧性。对于工件批量较大的厚板冲裁模，可以用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢做凸模，Cr12MoV钢做凹模。W18Cr4V钢的推荐热处理工艺：1220~1250℃淬火；550~570℃回火3次。W6Mo5Cr4V2钢的推荐热处理工艺：1160~1200℃淬火：550~570℃回火3次。9SiCr合金工具钢可用于制造形状复杂、变形小、耐磨性高、低速切削的工具，如钻头、螺纹工具、铰刀、板牙、丝锥、搓丝板和滚丝轮等。（塑料模具钢时，可用于顶出杆，制造尺寸家大，形状复杂和精度要求高的塑料膜。1）锻后退火：790-810（100/h）保温，冷至600（30/h）出炉空冷，HB200-240。等温退火与上述温度相同，在冷至720时等温一段时间后出炉空冷。（2）正火：900-920保温，空冷,HB320-410。西安工业大学9（3）调质：880-900油淬，回火680-700空冷或炉冷,HB200-240。850~875℃淬火硬度63~64HRC：180-200℃回火HRC60-62避免回火脆。2.2加热设备的选择2.2.1热处理设备概论在机械制造过程中热处理占重要地位，它对保证产品质量，提高机器工作效能和延长机器使用寿命都起着重要的作用，任何一种热处理工艺，只有通过相应的设备才能实现。目前，热处理设备的种类已十分繁多，根据它们在热处理生产过程中所完成的任务，通常将热处理设备分为主要设备和辅助设备两大类。威力增加产量、提高质量和改善劳动条件，推行流水生产和自动化生产，又组合成了许多综合热处理设备——热处理联合机。主要设备是完成主要热处理工序所用的设备，包括加热设备和冷却设备。这类设备对热处理效果和产品质量起到决定性的作用，两者之间又以加热设备为主要，包括各种热处理炉和加热