理论教育 优化后:模具选材与工艺性分析

优化后:模具选材与工艺性分析

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:模具材料的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。模具材料的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度以及材料中夹杂物的含量。

优化后:模具选材与工艺性分析

模具选材是整个模具制作过程中非常重要的一个环节。模具选材时需要保证三个原则:保证模具材料内部性能(耐磨性、强度及韧性)满足工作过程的需求,保证工艺性要求,同时还应保证满足经济性要求。

1. 对材料性能的要求

① 耐磨性。

坯料在模具型腔中塑性变性时,沿型腔表面既流动又滑动,使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦,从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下,模具零件的硬度越高,磨损量越小,耐磨性也越好。另外,耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

② 强度及韧性。

模具的工作条件大多十分恶劣,有些常承受较大的冲击负荷,从而容易发生脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断,模具材料要具有较高的强度和韧性。

模具材料的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

③ 疲劳断裂性能。

模具工作过程中,在循环应力的长期作用下,往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。

模具材料的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度以及材料中夹杂物的含量。

④ 高温性能。

当模具的工作温度较高时,会使模具的硬度和强度下降,导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此,模具材料应具有较高的抗回火稳定性,以保证模具在工作温度下具有较高的硬度和强度。

⑤ 耐冷热疲劳性能。

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态,使型腔表面受拉力、压力应变力的作用,引起表面龟裂和剥落,增大摩擦力,阻碍塑性变形,降低尺寸精度,从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一,因此这类模具材料应具有较高的耐冷热疲劳性能。(www.daowen.com)

⑥ 耐腐蚀性。

有些模具如塑料模在工作时,由于塑料中存在氯、氟等元素,受热后分解析出HCl、HF等强腐蚀性气体,侵蚀模具型腔表面,加大其表面粗糙度,加剧磨损失效。因此这类模具材料应具有耐腐蚀性。

2. 对材料的工艺性要求

为保证模具的制造质量,降低生产成本,其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性,还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

① 可锻性:具有较低的热锻变形抗力,塑性好,锻造温度范围宽,锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

② 退火工艺性:球化退火温度范围宽,退火硬度低且波动范围小,球化率高。

③ 切削加工性:切削用量大,刀具损耗低,加工表面粗糙度低同时不易在磨削时发生磨伤及磨削裂纹。

④ 氧化、脱碳敏感性:高温加热时抗氧化性能好,脱碳速度慢,对加热介质不敏感,产生麻点倾向小。

⑤ 淬硬性、淬透性:淬火后具有均匀而高的表面硬度,能获得较深的淬硬层。

⑥ 淬火变形开裂倾向:常规淬火体积变化小,形状翘曲、畸变轻微,异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低,对淬火温度及工件形状不敏感。

3. 对经济性要求

在给模具选材时,必须考虑具有较好的经济性这一原则,尽可能降低制造成本。因此,在满足使用性能的前提下,应优先选用价格较低的材料,能用碳钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口材料。

另外,在选材时还应考虑市场的生产和供应情况,所选钢种应尽量少而集中,易购买。

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