模具常用材料

模具常用材料1．选择材料的一般原则•要有足够的使用性能。•良好的工艺性能。•合理的经济性能。2．选择模具材料应考虑的因素•模具的工作条件：如模具的受力力状态、工作温度、腐蚀性等。•模具的工作性质。•模具结构因素：如模具的大小、形状、各部件的作用、使用性质等。•模具的加工手段。•热处理要求。3．模具材料常见缺陷模具材料的性能是影响模具寿命的主要因素之一，应根据模具的工作用途和模具类型合理选择模具材料的种类和牌号。(1)模具材料易存在的质量问题1)非金属夹杂物。非金属夹杂物强度低、脆性大，与钢基体的性能有很大差异，可视为钢中的裂纹缺陷，易成为裂纹源，降低钢的疲劳强度，引起钢的早期断裂失效。同时影响加工性能，也不利于提高表面质量。2)碳化物偏析。工具钢组织中含有较多的合金碳化物。这些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。如不消除这些偏析会使钢的塑性、韧性、断裂韧度及其他力学性能下降而影响模具的寿命。3)中心疏松和白点。大截面模具钢易存在中心疏松和白点，如不能很好消除，会造成模具淬火开裂及模具使用中的脆性开裂，也会使模具表面受力时出现凹陷。(2)模具制造方面的质量问题这里主要介绍模具毛坯料的锻造缺陷。模具毛坯料的锻造是重要的热成形加工工艺，同时也是改善模具材料质量，提高其性能，从而提高模具寿命的重要手段。1)毛坯锻造时的一般缺陷。外部缺陷：如裂纹、鳞皮、凹坑、折叠等；内部缺陷：如过热、过烧、疏松、组织偏析等。带有这些缺陷的坯料制作的模具极易产生断裂，或使热处理后的部件存在应力使得模具过早失效。2)碳化物形态和分布均匀性不良。合理的锻造工艺能使金属晶粒和碳化物细化，改善碳化物的分布均匀性，减轻偏析程度。不合理的锻造工艺达不到上述目的，致使模具存在内在质量问题而影响模具寿命。(3)模具加工方式产生的缺陷3)流线走向和分布不合理。锻造加工会使金属内部的非金属夹杂物随金属的塑变流动而延伸，在组织内部形成明显的流线，称之为纤维方向。平行于纤维方向的抗压能力和抗冲击能力强，垂直于纤维方向的抗剪能力强，称这一现象为金属的方向异性。合理的金属纤维方向和分布要通过锻造工艺来控制，使模具工作时的最大应力与纤维方向承载能力相一致。1)电加工时，由于高压放电产生高温会使部件表层的晶相组织发生变化，产生脱碳、残余应力等，致使模具磨损寿命降低。2)磨削加工时是否有烧伤、机械损伤等其他加工缺陷。(4)模具热处理产生的缺陷1)过热和过烧。热处理时加热时间过长、温度过高致使晶粒粗大，使得材料的性能大大降低，脆性加大易断裂。2)脱碳和腐蚀。淬火加热时保护不良而产生氧化、脱碳、腐蚀等缺陷。淬火后表面硬度不高，模具的耐磨性能降低。3)淬火裂纹。一般是冷却速度过快产生淬火裂纹，使模具产生早期开裂。4)回火不足。回火温度不够或回火时间不足，没有消除内应力和获得稳定的组织，模具承载和抗冲击能力下降，易出现早期失效。4．常用模具材料表1-4常用模具材料模具类型零件名称常用材料热处理HRC冷冲模凸、凹模Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9CrSi、W18Cr4V、9Mn2V、T10A、T12A58～62固定板、卸料板30、35、45垫板45、T7、T845～55模具类型零件名称常用材料热处理HRC塑料模型芯型腔45、20渗碳、40Cr渗氮、T10A、Cr12、5CrMnMo、9Mn2V、P20（美国）45～55固定板、卸料板45、T10垫板Q235、45冲压设备冲压加工中常用的压力机分类见表1-5。机械压力机按其结构形式和使用条件不同，分，若干系列，每个系列中又分若干组别，具体可参见机床手册。压力机的分类和型号例如：JA31-16A曲轴压力机的型号意义是：J—机械压力机；A—参数与基本型号不同的第一种变型；3—第三列；1—第一组；16—标称压力为160kN：A—结构和性能比原型作了第一次改进。表1-5压力机分类类别名称拼音代号机械压力机J液压压力机Y自动压力机Z锤C锻压机D剪切机Q弯曲校正机W其他T压力机的名词解释如下。1.开式压力机：指床身结构为C型，操作者可以从前、左、右接近工作台，操作空间大，可左右送料的压力机。2.单柱压力机：指开式压力机床身为单柱，此种压力机不能前后送料。3.双柱压力机：指开式压力机床身为双柱型，可前后、左右送料。4.可倾压力机：指开式压力机床身可倾斜一定角度，便于出料。5.活动台压力机：指工作台能作水平移动的开式压力机。6.固定台压力机：指工作台不能作水平移动的开式压力机。7.闭式压力机：指床身为左右封闭的压力机。床身为框架式或叫龙门式，操作者只能从前后两个方向接近工作台，操作空间小，只能前后送料。8.单点压力机：指滑块由一个连杆驱动的压力机，用于小吨位、台面较小的压力机。9.双点压力机：指滑块由两个连杆驱动的乐压力机，用于大吨位、台面较宽的压力机。10.四点压力机：指滑块由四个连杆驱动的压力机，用于前后左右都较大的压力机。11.单动压力机：指只有一个滑块的压力机。12.双动压力机：指具有内、外两个滑块的压力机，外滑块用于压边，内滑块用于拉深。13.上传动压力机：指传动机构设在工作台以上的压力机。14.下传动压力机：指传动机构设在工作台以下的压力机。1．曲柄压力机曲柄压力机是以曲柄连杆机构作为主传动机构的机械式压力机，它是冲压加工中应用最广泛的一种，能完成各种冲压工序，如冲裁、弯曲、拉深、成形等。开式双柱可倾曲柄压力机结构如图1-4所示。图1-5为开式双柱可倾压力机原理图。常用压力机的类型结构(1)传动系统传动系统包括电动机、带传动、齿轮传动等机构。如图1-6所示，电动机的转动经二级减速传给曲轴，曲轴通过连杆带动滑块作上下往复运动。这种压力机的曲轴是横向放置的，齿轮、带轮均在床身之外，装配容易，维修方便，但占据空间大，零部件分散，安全感和外观较差。(2)工作机构工作机构为曲柄滑块机构。由图1-7可知，压力机的连杆由连杆1和调节螺杆2组成，通过棘轮机构6旋转调节螺杆2可改变连杆长度，从而达到调节压力机闭合高度的目的。当连杆调节到最短时，压力机的闭合高度最大；当连杆调节到最长时，压力机的闭合高度最小。压力机的最大闭合高度减去连杆调节长度就得到压力机的最小闭合高度。滑块的下方有一个竖直的孔，称模柄孔，模柄插入该孔后，由夹持器9将模柄夹紧，这样上模就固定在滑块上了。为了防止压力机超载，在滑块球形垫7下面装有保险器8，当压力机的载荷超过其承载能力时，保险器被剪切破坏，这样可保护压力机免遭破坏。在冲压工作中，为了顶出卡在上模中的制件或废料，压力机上装有可调刚性顶件（或称刚性打料）装置。由图1-8可知，滑块上有一水平的长方形通孔，孔内自由放置打料横梁2，当滑块运行到下止点进行冲压加工时，制件（或废料）进入上模（凹模）将打料杆3顶起，打料杆3又将打料横梁2抬起，当滑块上升时，打料横梁两端碰上固定在床身上的打料螺钉1，使之不能继续随滑块向上运动，从而通过打杆将卡在上模（凹模）中的制件或废料打出。(3)操纵系统操纵系统包括离合器、制动器和电气控制装置等。曲柄压力机使用的离合器有摩擦离合器和刚性离合器两类。图1-9所示是双转键刚性离合器的工作原理图。它的主传动部分包括大齿轮8、中套4和两个滑动轴承1、5。从动部分包括曲轴3、内套2和外套6等。接合件工作键14和副键13。操作部分由关闭器9等组成。中套用平键12与大齿轮连接，随大齿轮一同转动。中套内缘有四个半圆形槽，曲轴上有两个直径相同的半圆形槽，转键中部的内缘与曲轴上的半圆形槽配合，外缘与曲轴外表面构成一个整圆。工作键左端装有尾板10，尾板连同工作键在弹簧11的作用下，有向逆时针方向旋转的趋势。需要结合时，操纵关闭器使其让开尾板，当中套上半圆槽与曲轴上半圆槽对正时，工作键在弹簧力作用下立即逆时针转动，如图1-9中D-D剖视右图状态，大齿轮带动曲轴转动。需要离合器脱开时，操纵机构使关闭器返回原位，迫使尾板连同工作键顺时针转动至原位工作键中部的外缘又与曲轴的外表面构成一个整圆，于是曲轴与中套脱开，大齿轮空转，曲轴在制动器作用下停止转动。双转键离合器的工作键与副键用拉板15相连,因此副键总是跟着工作键转动，但二者转向相反。装设副键之后，在滑块向下行程时，可以防止曲柄滑块机构在自重作用下造成的曲轴转动超前大齿轮转动的现象出现，避免由此带来的危害。刚性离合器虽然结构简单，操作方便，但不能实现寸动行程（即滑块可以一点点地向下或向上运动），安全性较差。开式压力机常采用偏心带式制动器。当离合器脱开时，制动器使曲轴停止在上止点±5°范围内，以保证单次冲压操作顺利进行。图1-1010为偏心带式制动器外形图。偏心带式制动器工作原理：制动轮固定在曲轴左端，在其外包有制动钢带3，钢带内铆有铜丝石棉带2，制动带一端与机身铰接，另一端用弹簧4张紧。制动中心与曲轴中心线有一偏心距e，因此当曲轴接近上止点时，制动带绷得最紧，制动力矩最大，使曲轴停止转动。这种制动器结构简单，但由于一直处于抱紧状态，故能耗较大。(4)支撑部件支撑部件包括床身、工作台等。JB23-63型压力机的支撑系统——床由两部分组成，呈C形。床身10的上部分可相对于底座转动一定的角度（约30°），从而使工作台倾斜。C形床身有两个立柱，工作时可以从三个方向操作，故称为开式双柱可倾式压力机。这种压力机可从纵、横两个方向送料，当采用纵向送料时，制件（或废料）可以沿倾斜的工作台从两立柱之间自动滑下，操作方便。开式压力机床身的主要缺点是刚性差，影响制件精度和模具寿命。(5)辅助系统压力机上有多种辅助系统，如润滑系统、保护装置及气垫等。为了从下模中顶出制件或深工艺提供压边力，在一些压力机工作台下装有气垫。曲柄压力机是使用最广泛的一种冲压设备，具有精度高、刚性好、生产效率高、操作方便、易实现机械化和自动化生产等多种优点。在曲柄压力机上几乎可以完成所有冲压工序。因此，各国均大力发展曲柄压力机，很多具有刚性好、精度高、结构紧凑、体积小、造型美大方等优点的压力机也不断涌现出来。但是，由于曲柄压力机的床身是敞开式结构，其机床刚度较差，故一般适用于标称压力在l000kN以下的小型压力机。而1000-3000kN的中型压力机和3000kN以上的大型压力机，大多采用闭式压力机。闭式压力机的操作空间只能从前后方向接近模具，但机床刚度和精度较高。1.类型选择冲压设备的类型较多，其刚度、精度、用途各不相同，应根据冲压工艺的性质、生产批量、模具大小、制件精度等正确选用。对于中小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的生产，应选用开式机械压力机。虽然开式压力机的刚性差，在冲压力的作用下床身的变形会破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量，可是由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要型式。对于大中型冲裁件的生产，多采用闭式结构型式的机械压力机。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。冲压设备的选择冲压设备的选用主要包括选择压力机的类型和确定压力机的规格。在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产，多采用液压机。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度较低，生产效率低，而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而不十分稳定。摩擦压力机具有结构简单、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程次数较少，生产率低，而且操作也不太方便。在大批量生产或形状复杂零件的生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。1.规格选用确定压力机的规格时应遵循如下原则：（1）压力机的标称压力必须大于冲压工序所需压力。当冲压行程较长时，还应注意在全部工作行程上，压力机许可压力曲线应高于冲压变形力曲线。（2）压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。对于拉深件，行程应大于制件高度两倍以上。（3）压力机的行程次数应符