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平面设计模具寿命与材料MoldingtoollifespanandmaterialPrincipalSpeaker：Shi-jieFangDepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,LuoyangInstituteofScienceandTechnology2011级《模具寿命与材料》课程简介绪论第1章模具失效与使用寿命第2章模具材料概述第3章冷作模具材料及热处理第4章热作模具材料及热处理第5章塑料模具材料及热处理第7章模具表面处理技术洛阳理工学院教材：[1]高为国.模具材料.北京：机械工业出版社，2004主要参考书：[1]胡传炘，白韶军，安跃生等.表面处理手册.北京：北京工业大学出版社，2004[2]吴兆祥，苏思灵，卢瑞敏等.模具材料及表面处理.第2版.北京：机械工业出版社，2008[3]陈勇.夏江梅.韦玉屏等.模具材料及表面处理.北京:机械工业出版社,20021第1章Moldingtoollifespanandmaterial绪论一、模具材料的作用和地位二、模具材料的应用和发展三、本课程的性质、教学目标和基本要求Moldingtoollifespanandmaterial洛阳理工学院2●主要内容●重点及难点一、无一、模具材料的作用和地位●在模具材料的作用和地位洛阳理工学院1.模具是材料成型加工中的重要工艺装备2.发达国家模具制造业的产值已超过机床行业，是经济发展的支柱产业之一3.模具成型广泛应用于机械、电子、轻工、军事、航空航天等领域飞机、汽车、拖拉机、机电产品的成型加工中占（60%~70%）家电产品、塑料制品成型加工中占（80%~90%）4.模具材料的种类、热处理工艺、表面技术是影响模具使用寿命的重要因素5.模具材料的使用性能直接影响模具的质量和使用寿命6.模具材料的工艺性能主要影响模具加工的难易程度、加工质量和生产成本35二、模具材料的应用与发展洛阳理工学院1.50多年来，我国模具工业已发展为独立的工业体系2.上世纪70年代以来，我国陆续推广了电渣重熔、炉外精炼、真空电弧重熔、六面锻造等新技术，使得模具钢产品质量与国外水平相当3.1989年，国务院颁布《当前产业政策要点的决议》，把模具列为“机械工业技术改造序列的第一位”4.“八五”时期（1991~1995年）建的模具钢扁钢和厚钢生产线对改善我国模具钢的品种规格起到了较大的作用5.50多年的发展，我国模具工业得到长足发展，表现为：1）模具钢产量已跃居世界前列，国民经济的重要基础工业2）基本形成了具有我国特色的模具用材料体系，钢材系列比较完整3）冷作模具钢方面，研制出：a.低合金~：GD、CH-1、DSb.较高韧性的高合金、高耐磨~：D2、LD、GM、ER5c.基体钢：65Nb、CG-2、LM1、LM246洛阳理工学院4）热作模具钢方面，研制出用于高强韧性和高热稳定性的新钢种：a.锻锤模：3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSib.热挤压模：HM1、TM、012Al、Y4、Y10、HD、PH具有高的热稳定性、高温强度、热疲劳抗力。寿命比5CrNiMo、5CrMnMo（常用的热锻模用钢）高数倍热作模具钢------是使热态金属或液态金属成形的模具用钢。热作模具包括：热锻模、热挤压模、压铸模三类。5二、模具材料的应用与发展5）塑料模具钢方面，研制出新型塑料模具专用钢种：a.预硬型塑料模具钢：P20、718b.易切削预硬钢：8Cr2S、Y55、5NiSCac.时效硬化型塑料模具钢：25CrNi3MoAl、PMS、20、06Nid.耐腐蚀塑料模具钢：PCR7洛阳理工学院硬质合金------是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）、镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。钢结硬质合金------以难熔金属硬质化合物为硬质相、以钢作粘结相制成的硬质合金。钢结硬质合金兼有碳化物的硬度和耐磨性以及钢的良好力学性能。主要用作耐磨零件和机器构件。其组织特点是微细的硬质相均匀弥散地分布于钢的基体中。6）用硬质合金和钢结硬质合金制造模具a.用于拉丝模、冷冲模、冷镦模、无磁模b.硬质合金：硅钢片高速冲模c.钢结硬质合金：M12螺栓冷镦模6二、模具材料的应用与发展8洛阳理工学院1.电渣重熔（electroslagremelting）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其主要目的是提纯金属并获得洁净、组织均匀且致密的钢锭。2.炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，在炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。3.真空电弧重熔是一种利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真空熔炼技术，简称VAR4.六面锻造指三向镦粗和拔长的联合工艺，每次都要有一定的锻造比，才能使共晶碳化物逐步变成无规则均匀分布，或接近均匀分布。5.基体钢（matrixsteels)是一种特殊用途工具钢，其化学成分相当于高速钢的基体成分，在正常热处理后其组织与高速钢基体相同。这种钢具有接近高速钢的强度并且具有相当好的韧性，可用来制造高硬度耐冲击工具。基体钢主要用于重载冷作模具、难变形材料用的大型复杂模具、钢铁材料用的热挤压模具。●解释几个概念（省略不讲）7二、模具材料的应用与发展洛阳理工学院东风勇士（中国悍马）汽车的车身覆盖件用冷作模具制造的产品8洛阳理工学院汽车用冲压件用冷作模具制造的产品9洛阳理工学院东方红轮式拖拉机的车身覆盖件用冷作模具制造的产品10洛阳理工学院用冷作模具制造的产品二战时英国的司登冲锋枪我国的56式冲锋枪二战时德国的MP44突击步枪子弹弹壳和弹夹11洛阳理工学院各类模锻件汽车用曲轴模锻件用热作模具制造的产品12洛阳理工学院用注塑模制造的产品手机的塑料外壳汽车内饰用塑料件洗衣机的塑料壳体笔记本电脑的塑料壳体电冰箱内胆塑料件13表面工程技术简介洛阳理工学院1.激光加热表面淬火始于上世纪70年代，激光束加热速度每秒达～10℃，表面溶化层厚度很薄.液态层的结晶冷却速度大于常规表面淬火冷却速度10倍以上，因此激光表面淬火马氏体的含量要比常规热处理淬火工艺的高2.电子束表面改性电子束表面改性始于上世纪70年代后期，电子束表面改性：可进行表面淬火、表面合金化，具有极快的加热速度，可实现自冷淬火，能准确定点局部淬硬、变形小，便于采用数字控制或计算机控制3.热喷涂是利用电弧、等离子或燃烧火焰等热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。4.离子注入是近30年来国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。在真空条件下，将所需元素（金属或非金属）离子加速，使其具有数百或数万eV能量的离子束流，注入到固体材料（金属、半导体、合金、陶瓷）的表层，使固体发生物理、化学和冶金性能的变化，此过程称为离子注入14二、模具材料的应用与发展洛阳理工学院5.传统的化学热处理技术将金属工件放入含有某些活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变表层化学成分及组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。包括：渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗、渗硼、渗金属等6.刷镀是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的电镀方法。具有设备简单、镀层质量好、镀层结合强度高、可进行局部电镀等优点7.化学气相沉积（CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。比如：用CVD法制备Ni-P复合涂层，耐磨性与硬质合金相当8.物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。比如：沉积TiC、TiN镀层提高模具表面的抗粘着性和抗咬合性15表面工程技术简介二、模具材料的应用与发展三、本课程的性质、教学目的和基本要求洛阳理工学院1.课程性质是普通高等教育应用型本科材料成形及控制工程专业（模具方向）的一门专业课。2.课程要求(1)已学习了“金属学与热处理”或“工程材料及热处理”课程(2)既要懂模具的设计与制造，也要懂模具材料及表面处理技术(3)掌握模具材料的特性、强韧化方法、使用范围(4)在选择材料时注意质量、寿命、成本三者的关系，达到正确选择模具材料及掌握正确的热处理方法(5)熟悉各类模具的表面处理方法及其选用16第1章Moldingtoollifespanandmaterial第1章模具失效与使用寿命第1节模具的失效分析第2节典型模具的服役条件及失效分析第3节模具的使用寿命及其影响因素Moldingtoollifespanandmaterial洛阳理工学院17●主要内容洛阳理工学院1.模具的失效分析2.典型模具的服役条件及失效形式3.模具的使用寿命及其影响因素4.模具热处理与表面强化对使用寿命的影响●重点及难点1.模具的失效机理、过程分析2.热作、冷作、塑料模具的服役条件及失效形式3.模具材料、热处理及表面强化对使用寿命的影响1820第一章模具失效与使用寿命重要定义洛阳理工学院1）模具失效是指模具丧失正常的使用功能，不能通过一般的修复方法（如刃磨、抛磨等）使其重新服役的现象2）模具失效分为两类：a.正常失效（比较安全）b.非正常失效（早期失效）（不安全，应加以避免）3）模具使用寿命（模具正常寿命）是指模具在正常失效前生产出的合格产品的数目，若其在生产过程中经过多次修模，则模具的使用寿命为首次寿命与各次修模寿命的总和1921第一节模具的失效分析一、模具的损伤与失效洛阳理工学院1）失效是指模具在服役中产生过量塑性变形、表面损伤、开裂与断裂、冷热疲劳、腐蚀等损伤后，将丧失原有的功能，以致不能正常服役，这种现象称为失效。2）模具失效是一个变化的过程如:断裂失效经历的过程是：表面产生缺陷——表面微裂纹——裂纹扩展——断裂3）模具损伤指模具使用过程中，出现变形、微裂纹、腐蚀等现象，但没有立即丧失服役能力的现象。4）损伤是模具破坏的起源；损伤的积累可导致模具的失效5）非正常失效（早期失效）模具达到一定工业技术水平公认的使用寿命而产生的失效6）正常失效在模具使用一定期限后，由缓慢塑性变形、均匀的磨损或疲劳破坏而出现的失效2022第一节模具的失效分析二、模具的失效分类洛阳理工学院2123第一节模具的失效分析三、模具的失效机理分析洛阳理工学院1）磨损是指模具表面的相对运动，而从模具的接触表面逐渐失去物质的现象称为~。2）磨损失效当磨损使模具的尺寸发生变化或使模具表面的状态发生改变而使其不能正常工作时，称为~。3）磨损按机理分类：磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、气蚀和冲蚀磨损等1.磨粒磨损工件表面的硬突出物和外来硬质颗粒在加工时刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象，称为~。22（一）磨损失效24第一节模具的失效分析三、模具的失效机理分析洛阳理工学院磨粒磨损失效的机理a.磨粒是来自外部的硬质颗粒或工件表面的硬突出物b.垂直分力作用c.水平分力作用d.磨粒压入工件——磨粒刮擦模具——从模具表面切下切屑——磨粒嵌入模具表面——磨粒耕犁或犁皱工件表面f.对模具和工件表面的影响23模具工件25第一节模具的失效分析三、模具的失效机理分析洛阳理工学院减少磨粒磨损的措施1）提高模具材料的硬度2）提高模具表面耐磨性3）模具使用中，清理模具和工件表面的磨粒2426第一节模具的失效分析三、模具的失效机理分析洛阳理工学院1）少数微观突起的封顶压力很大，导致局部弹塑性变形2）破坏模具表层润滑层和氧化膜，新鲜表面曝露，引起局部粘着3）工件与模具相对运动，引起局部淬火，形成淬火裂纹4）运动中产生撕裂、剥落25粘着磨损的机理27第一节模具的失效分析三、模具的失效机理分析洛阳理工学院材料性质、材料硬度、表面压力材料塑性越高，粘着磨损越严重。相