模具材料

第一篇：模具材料

浅谈热作模具材料

一、前言

热作模具材料主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具， 作为一个国家工业发展水平的重要衡量指标之一的模具制造工业在我国工业发展中占据重要的地位。模具成型具有生产效率高、材料利用率高、降低产品生产成本等特点。由于热作模具钢的工作条件较为恶劣，热作模具钢应具备以下特点：⑴在工作温度下具有高热强性⑵具有较好综合机械性能，如韧性、硬度、抗疲劳性能⑶具有一定的抗氧化性⑷较高的使用寿命

二、使用性能

热作模具钢的使用性能要求，各种热作模具钢在工作过程中差异很大，它们的工作温度、载荷性质千差万别，而且任何一种模具钢也不可能同时具有极高的热强性、耐磨性、断裂抗力、抗热疲劳性能等。在选择模具钢时，只能抓住模具最最关键的性能要求，进行优先保证，其次再兼顾其他各项性能进行选材。热作模具钢采用以下技术指标进行评价。

①室温硬度、高温硬度(用以评价耐磨性和变形抗力)。 ②室温拉伸强度、高温拉伸强度(用以评价静载断裂抗力)。 ③室温冲击韧性、高温冲击韧性(用以评价冲击断裂抗力)。 ④长期保温后的硬度变化，用以评价抗回火能力及热稳定性。 ⑤机械疲劳裂纹扩展速率，可反映热疲劳裂纹萌生后，在锻压力的作用下向内部扩展时，每一应力循环的扩展量。机械疲劳裂纹扩展速率小的材料，每锻压一次裂纹的扩展量也少，这表明裂纹扩展得很慢。

⑥断裂韧性，反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的应力或较大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深才能发生失稳扩展。

⑦变形抗力，模具钢的变形抗力反映了模具的抗堆塌能力。为了保证热作模具钢在较高的温度下工作，应保证模具钢具备较高的抗回火能力、热稳定性和高温强度。

⑧断裂抗力，由于热作模具钢的断裂过程是一种疲劳断裂，因此，热作模具钢的断裂抗力包括萌生疲劳裂纹的抗力、疲劳裂纹亚临界扩展的抗力和裂纹失稳扩展的抗力。萌生疲劳裂纹的抗力与热疲劳抗力关系密切。疲劳裂纹亚临界扩展的抗力可采用裂纹扩展速度da/dN9mm/次表示它表示每一次应力循环，裂纹的扩展长度。裂纹失稳扩展的抗力通过材料的断裂韧性表示。

⑨抗热疲劳能力，可以反映热疲劳裂纹萌生前的工作寿命。抗热疲劳能力高的材料，萌生热疲劳裂纹的循环次数较多。抗热疲劳能力决定了在疲劳裂纹萌生前的那部分寿命，可以决定裂纹萌生后发生亚临界扩展的那部分寿命。抗热疲劳能力可以用萌生热疲劳裂纹的循环数，或者经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均深度或长度表示。影响抗热疲劳能力的因素主要有：模具钢的热导率、线膨胀系数、屈服强度、抗高温氧化能力、硬度、冶金质量、合金元素以及热处理工艺等。热作模具钢应具备高的抗热疲劳能力、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值，不能仅根据材料的σb指标来选择钢种和选择热处理工艺，以免出现选用热作模具钢材谬误。尽管锤锻模的加载速度与一次冲击试验的加载速度相近，断裂往往是疲劳裂纹失稳扩展所造成。

三、热作模具的分类

热作模具钢主要分为三类：低合金热作模具钢、中合金铬系热作模具钢及高合金钨钼系热作模具钢。 ⑴低合金热作模具钢：主要为5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr3Mo2V1等Cr—Ni—Mo系钢种。

⑵中合金热作模具钢：主要为4Cr5MoSiV

1、4Cr5Mo2V、4cr3Mo2NiVNb等铬系钢种。

⑶高合金热作模具钢主要为3Cr2W8V、4Cr3M03W4VNb、W9Mo3Cr4V等钨系钢种。 1.1低合金热作模具钢

①5CrNiMo、5CrMnMo钢20世纪80年代以前，常用的热作模具钢有5CrMnMo、5crNiMo，这类钢要求淬透性高、冲击韧性好、导热性能好、有较高的热疲劳性，但5CrMnMo、5CrNiMo钢的淬透性不能满足大截面锤锻模的要求，使用温度不能超过500℃。目前该类钢种正逐步被淘汰，仅在普通热锻模中选用这种低耐热高韧性钢。

②4Cr3Mo2V1钢4Cr3Mo2V1钢是一种低合金热作模具钢，是在H13钢基础上发展起来的。研发的主要依据是H13的铬含量(5%左右)太高，淬火后回火时，铬和碳可形成高铬的碳化物，不利于具有最高抗回火软化能力的碳化钒的形成，从而降低H13钢的高温热强性。因此，含有较少量铬(2.5%)的4Cr3Mo2V1钢反比H13钢具有更高的热强性，特别适用于制作既要耐高温，又需高韧性、高热疲劳性的热挤压模。现在4Cr3Mo2V1钢的不足之处是生产成本较高。

1.2中合金热作模具钢 ①4Cr5MoSiV1钢

4Cr5MoSiV1钢(代号H13)是第2代热作模具钢的典型代表，其应用很广泛。因其具有良好的热强性、红硬性和抗热疲劳性能，被广泛用于铝合金的热挤压模和压铸模。由于化学成分的优化，含有大量Cr、Mo、V等合金元素，基本上能满足热作模具所要求的使用性能。H13钢与高韧性热作模具钢5CrNiMo、5CrMnMo相比，具有更高的热强性、耐热性和淬透性，与3Cr2W8V相比，具有高的韧性和抗热振性。但H13钢在工作温度大于600度时的热强性欠佳。

②4Cr5Mo2V钢

4Cr5Mo2V钢是在H13钢的基础上研发而来的。从合金化成分设计的研究看，低Si高Mo的合金化设计在保持模具材料良好的热强性的同时，又能够提高韧性，4Cr5Mo2V钢正是基于该合金化设计思路。有研究表明：淬火温度、回火温度对4Cr5Mo2V的性能有明显的影响，推荐淬火温度1030℃。经过600℃回火后的4Cr5Mo2V钢在保持与H13相当的硬度的同时具有更高的韧性和塑性。在此热处理后4Cr5Mo2V钢的室温冲击韧性均强于H13钢整体冲击韧性提高34.39%。

③4cr3Mo2NiVNb钢

4cr3Mo2NiVNb钢(代号HD)是一种新型热作模具钢，通过降低Mo、V的含量，加入Ni和Nb，提高了钢的室温和高温韧性及热稳定性，在70℃仍可以保持40HRC的硬度。在硬度相同条件下，HD钢比3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%左右，700℃高温时抗拉强度高70%、冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出一倍和50%。  1.3高合金热作模具钢

①3Cr2W8V钢

3Cr2W8V钢是我国热作模具的传统用钢。由于3Cr2W8V钢中富含Cr、W、V等碳化物形成元素，钢锭中普遍存在成分偏析及共晶碳化物数量较多等缺陷;如果模具中的碳化物偏析严重时，容易产生应力集中，直接影响模具的服役寿命。但是通过改进该钢种的生产工艺，如预处理工艺、稀土合金元素改性，可提高3Cr2W8V钢的使用性能。如1050℃×1h高温固溶+85℃×0.5h后750℃×0.5h(三次)循环球化退火即可细化钢中的碳化物，又可细化奥氏体晶粒，是一种可提高韧性和热疲劳性能的双细化预处理工艺。对3Cr2W8V钢钢进行稀土合金化处理，能够有效地改善钢中共晶碳化物的偏析程度，从而可以提高钢材质量。

②4Cr3Mo3W4VNb钢 4Cr3Mo3W4VNb钢，含有较高的钨和少量的钛和铌，具有最高的热强性和热稳定性以及良好的抗热疲劳性。与5Cr4W5Mo2V钢相比，降低了Cr、W的元素，增加了Ti、Nb的含量。细化了晶粒，在保持了高热稳定性和高温硬度的基础上，使碳化物分布更均匀。其硬度可达50一55 HRC，抗拉强度和冲击韧度都有了明显的改善。该钢的淬透性、冷热加工性均好，主要用于加工承受变形抗力较高，浅型槽的热锻摸及高温金属的热锻压模具，模具的使用寿命较3Cr2W8V钢模具有很大的提高。

③W9Mo3Cr4V钢

W9Mo3Cr4V钢是以中等含量的钨为主,加入少量钼,适当控制碳和钒含量的方法来达到改善性能、提高质量和节约合金元素目的的通用型钨钼系高速钢,属莱氏体型钢种。W9Mo3Cr4V钢热处理后具有更高的硬度和耐磨性,同时具有高热硬性、高淬透性和足够的塑性及韧性。

四、热作模具的选用原则

它与炽热金属经常接触，型腔表面温度可高达400~600℃。因此它必须具有高的回火稳定性，以便在工作时仍能维持高的强度和韧性。它在工作中反复受到炽热金属的加热和冷却剂的冷却交替作用，极易引起龟裂现象，即所谓热疲劳。因此它必须具有抗热疲劳的能力。典型热作模具钢及其性能热作模具工作条件比冷作模具更加苛刻，受冷热反复作用，因此对模具钢的性能要求更高。

五、结论

热作模具钢随着科学的进步越来越重要，不只是在汽车，电子等方面也会出现它的身影。

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第二篇：模具材料课后答案

1.磨损的主要类型有哪些?在各类磨损过程中耐磨性的主要影响因素是什么? .磨粒磨损，影响因素主要有磨粒的形状和大小，磨粒硬度与模具材料硬度的比值，模具与工件的表面压力工件厚度。

.粘着磨损，影响因素主要有材料性质材料硬度表面粗糙度等

.疲劳磨损，影响因素主要有材料的冶金质量，材料硬度，表面粗糙度等 .其他磨损，气蚀磨损，冲蚀磨损，腐蚀磨损。

2.模具的使用寿命包括哪几个部分?影响模具使用寿命的主要因素有哪些? 模具的寿命是模具的首次寿命与各次修模寿命的总和。

模具结构对使用寿命的影响：1模具型腔过渡圆角半径的影响2模具型腔结构的影响3模具工作部位角度的影响

模具工作条件对使用寿命的影响：1成形过程中的材质状态和温度2成形设备性质3成形过程中的润滑和冷却

模具材料对使用寿命的影响:1材料的类别2硬度3冶金质量4热工艺处理 模具热处理与表面强化对使用寿命的影响

模具制造工艺对使用寿命的影响：1模具零件的加工精度2模具型腔的表面粗糙度3模具工作部位硬度的均匀性4模具的装配精度

3. 影响热作模具寿命的因素有哪些?提高热作模具寿命的措施有哪些? 模具结构、模具材料及热处理、模具的加工及表面处理、使用维护等 合理设计精密体积成形件(精锻件)23.合理选择模具材料 4.合理的模具结构设计 56。合理选择热处理工艺 7。合理确定机械加工制造工艺和加工精度

4. 试述Cr12MoV刚采用不同淬火.回火温度后的力学性能变化?

Cr12MoV钢采用低温淬火和低温回火后，可获得高的硬度，强度断裂韧度力学性能较高，变形量较小，若采用高温淬火和高温回火，可获得更好的热硬性和较高的耐磨性，但抗压强度和断裂韧度较低变形量在而未用中温淬火，贝氏体等温淬火和中温回火，可以获得最好的强韧性配合。

5.

13、试述Cr12MoV和6W6Mo5Cr4V钢的锻造、热处理工艺特点?答：Crl2MoV属于高碳高铬莱氏体钢，? 1/主要性能特点：热处理后，具有很高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力仅次于高速钢。淬透性也高，截面尺寸300-400mm的模具在油中均可淬透;淬火变形小，通过调整淬火温度，可达微变形程度。Crl2MoV钢的含碳量比Crl2钢少，加入Mo、V，使钢中碳化物分布不均匀性明显改善，韧性提高;2/热加工工艺：1)锻造：(属莱氏体钢，轧材中有明显的网状碳化物，易淬火变形、开裂，大截面的坯料要锻造，以改善碳化物的不均匀性，使其热加工流线在模具中分布合理)，锻后应注意及时退火。2)等温球化退火：加热温度为850-870℃、2-4h，等温温度740-760℃、4-6h;硬度为207-255HBS。3)淬火和回火：根据模具的具体性能要求而定,常用有二种。(1)低温淬火+低温回火：Cr12钢，950-980℃?、油冷;Cr12MoV钢，1000-1020℃;

回火温度，200℃--保证高硬度、高耐磨性和韧性，但抗压强度低。(2)高温淬火+高温回火：Cr12钢，1000-1100℃、油冷;Cr12MoV钢，1040-1140℃;回火温度，500-520℃--保证高耐磨性、热硬性和较高抗压强度，但韧性差。

6W6Mo5Cr4V(6W6)钢：1)主要性能特点:又称降碳高速钢，相对W6Mo5Cr4V钢降低了碳含量和钒含量。因而，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在保持较高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和韧性。主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差。

6.气相沉积镀膜技术可分为哪几类，PVD,CVD的工艺特点有哪些不同?

答：可分为物理气相沉积和化学气相沉积。加工工艺：PVD是用物理方法欲涂覆物质沉积在工件表面上的形成膜的过程，CVD是利用气态物质在一定温度下于固体表面上进行化学反应。

加工的处理不同：CVD：1热化学气相沉积2低压化学气相沉积3等离子体化学气相沉积

PVD：1真空蒸镀2溅射膜镀3离子镀

7. 塑料模具对其材料的切削加工性、塑性加工性和热处理工艺性有何要求? 答：(1)切削加工性和表面抛光性：模块退火后硬度一般以不超过227HBS为宜,且基体组织细密、均匀、夹杂物少，在硬化状态下易于抛光成镜面。(2)塑性加工性：需选用变形加工性能好的材料，即材料塑性好，变形抗力低，硬度低于135HBS(3)热处理工艺性：塑料模具的高精度，要求模具材料热处理工艺简单，变形小具体要求包括脱碳敏感性，淬火应力和淬火，开裂倾向，淬透性，淬硬性和热处理等方面。

8.试述5CrMnMo钢热锻模热处理工艺及注意事项，热锻模燕尾可采用哪些方法处理?

答：退火：以每小时升高25~30℃/h的速度加热到770℃，然后保温2到4小时后随炉冷却到680℃，再保温4到6小时，随炉冷却到500℃,期间冷却速度小于等于30℃/h，之后冷却到室温。淬火：经600℃~650℃温度预热后加热到830~860℃，保温后油淬。淬火时应该注意，钢模块如果出油温度低，容易淬裂，常在200℃左右出油。

9、影响热作模具寿命的因素有哪些?提高热作模具寿命的措施有哪些? 答：影响热作模具使用寿命的基本因素主要有模具结构设计、模具材料及热处理、冷热加工工艺、使用维护等。提高热作模具的寿命 ,必须选用适当的材料 ,选择正确的热处理工艺 ,并在使用过程中严格执行热处理工艺规范。改进措施，使用寿命大大提高：①改进煅造和煅后退火工艺，消除网状和链状碳化物及局部碳化物偏折现象;②进行预处理，细化碳化物和使其均匀分布;③调整淬火回工艺，获得强韧化基体;④选用优异的表面强化处理，以提高耐磨性，而不损害抗热疲劳性能;⑤适当地选用新材料，发挥新型材料的优良性能。

第三篇：模具材料与热处理论文

冲压模具材料的分类及强化处理技术

[摘要] ：随着现代制造技术的不断进步，尤其是汽车、电子、航空工业的快速发展，越来越多的产品要求模具在高温、高速条件下工作且具有高的耐磨性、抗氧化性等，在一定程度上给模具制造业带来了挑战。文章从常用冲压模具材料的种类、冲压模具材料的合理选择对热处理的影响、冲压模具表面处理技术等方面出发，对常用冲压模具材料的分类及处理技术进行相应分析。

[关键词] ：冲压模具材料 ;热处理 ;表面处理 ;模具材料性能

模具作为工业生产的重要工艺设备，在其实际应用过程中，具有

生产效率高、材料利用率高、制件精度高、复杂程度高等优势，这些是其它加工制造技术无法比拟的。模具生产技术已经广泛应用在汽车、电子、机械、仪表、家电、航空等行业中。在很长一段时间内，模具作为重要工艺设备极大的促进了生产的发展，但是随着模具种类的不断增多，形状越来越复杂，加工工艺越来越困难，再加上热处理技术的限制，模具技术的发展速度逐渐缓慢，并出现各种质量问题。在这种情况下，有必要对模具材料的种类进行分析并选取合适的模具材料以及对应的处理技术，确保模具质量。

1 常见冲压模具材料的种类及性能

1.1 常见冲压模具材料种类

常见冲压模具材料主要包括碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高

铬工具钢、高速钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等。其中，碳素工具钢价格便宜、加工性能较好，热处理后硬度高、耐磨性好。一般在尺寸较小、形状简单且承受荷较小的模具零件中使用;低合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入适量的合金元素而形成的。它的优势是能有效的降低淬火冷却速度，将热应力和组织应力降至最低，同时减小淬火变形和降低开裂倾向;高碳高铬工具钢不仅具有高硬度、高强度、高耐磨性优势，还具有较好的淬透性、淬硬性、高稳定性等优 势，热处理变形很小;高速钢硬度较高，还具有较高的抗压强度和耐磨性，通常采用快速加热和低温淬火工艺，在一定程度上改善了材料的韧性。但是高速钢中的合金元素含量较高、成本高、脆性较大，再加上其工艺性能不佳，不能广泛应用在工业生产中;基体钢是在高速钢的基础上添加少量的其它元素，在具有高速钢好的耐磨性和硬度的前提下，其抗弯强度和韧性均有所提高。一般用于制造冷挤压、冷镦模具;硬质合金一般具有较高的硬度和耐磨性，而钢结硬质合金的性能更佳，它是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂，以碳化钛、 碳化钨等材料作为硬质相，用粉末冶金的方法烧结而成，用这种材料制作的模具坚固耐用，适合在大批量生产用模具上应用。

1.2 模具材料性能

在模具材料的选用过程中，必须充分了解材料的使用性能和工艺性能。模具使用性能主要包括强度、硬度、韧性、耐磨性、抗疲劳性等。强度是材料抵抗变形能力和断裂能力的指标;硬度的高低将直接影响模具的使用寿命，对模具质量有重要影响;韧性反映材料在较强

的冲击载荷的作用下，抵抗脆性断裂的能力，也是模具钢尤其是冲压用冷作模具钢的重要性能指标;抗疲劳性是指材料在重复载荷条件下抵抗疲劳破坏的性能指标。工艺性能主要包括锻造性能和热处

理性能等。锻造性能是指材料经受锻压时的工艺性能;热处理工艺对模具质量有很大影响，在实际应用过程中，材料必须有较好的淬硬性和较高的淬透性，以保证模具硬度及耐磨性。

2 冲压模具材料的合理选择对热处理的影响

冲压模具有很多类型，不同的冲压模具对材料性能的要求也不同。因此，在选用模具材料时，应该以模具工作条件和使用寿命为依据对模具材料和热处理工艺进行合理选择，以保证模具质量。某工 厂在选择模具材料过程中，出于经济角度和热处理简便的考虑，最终选择T10A钢，在实际应用过程中，该材料热处理后硬度与要求相符，但热处理后模具产生较大变形，最终导致模具报废;为了保证模具热处理后的性能，热处理前应该对模具材质进行分析。某工厂新进一批结构较为复杂的冲压模具，热处理后，模板上的圆孔变成椭圆形，甚至呈带状或块状分布。出现这种现象的主要原因是模具钢中有不均匀的碳化物存在，因碳化物膨胀系数比钢小，加热时它阻止模具内孔膨胀，冷却时又阻止模具内孔收缩，最终出现变形。从上述内容可以看 出，冲压模具材料的合理选择对热处理有重要影响。为了保证模具质量和热处理工艺的顺利进行，应该对冲压模具材料进行合理选择。 3 冲压模具的表面处理

模具除要求基体金属具有足够高的强度和韧性外，其表面性能对

生产效率和模具寿命也有很大影响，包括耐腐蚀性能、耐磨损性能及疲劳性能等。举例说明，冲压生产高强度板材时，模具表面易产生划伤、棱角磨损等缺陷，需要经常下模修理，严重影响生产效率。该问题可以通过模具表面处理技术来解决。模具的表面处理技术已经非常成熟，主要分为物理表面处理法和化学表面处理法两种。

3.1 化学表面处理

从广义上说，化学表面处理可以分为表面扩散渗入和表面涂覆两大类型。其中，表面扩散渗入的处理方法是将模具放置在具有特定温度和特定活性介质的密闭空间里保温，使特定介质渗入模具表面，改变模具表面的化学成分和组织，从而提高模具材料表面的耐磨性、耐蚀性等，主要包括渗氮、渗碳、碳氮共渗等;表面涂覆是指在模具材料表面涂覆一层新材料的技术，以达到提高模具表面性能的效果，其中化学表面涂覆技术主要包括化学镀、离子注入、化学气相沉积等。

3.2 物理表面处理

物理表面处理技术是指用物理的办法对模具材料的表面进行强化处理，使模具表面获得较高的力学性能和物理性能。主要包括激光表面淬火、高频淬火等技术，可以有效的提高模具表面的硬度、耐磨性、耐疲劳性能等。

4 结语

模具凭借其独特优势在工业领域中广泛应用，然而在生产制造过程中，模具容易因材料选择错误或处理技术不合适等出现相应问题，在一定程度上影响模具质量和使用寿命。文中通过对常用冲压模具材

料的种类进行分析，并采取合适的热处理、表面处理技术，使冲压模具的性能得到改良，在生产中更好的发挥其作用。随着经济和科学技术的发展，工业生产对模具的性能和精度要求将会进一步提高。为了更好的满足时代发展需求，我们要不断对冲压模具材料、热处理技术、表面处理技术进行改良。

参考文献

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[2] 赵步青.模具热处理现状及其展望 [J].金属加工(热加工，2008，3).

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[4] 陈雪菊，张超，陈慧.模具材料及其热处理对冷冲模具寿 命的影响 [J].科技信息，2010，4).

[5] 林朝平.改善冲压模具热处理变形与开裂的对策 [J].热 加工工艺，2007，18).

第四篇：模具设计毕业设计过程材料工作总结

本科毕业设计(论文) 工 作 总 结

学 院： 机械与控制工程学院

课题名称： 复杂阶梯形圆筒件拉深有限元分析

专业(方向)： 机械设计制造及其自动化(模具设计与制造)

班 级：

学 生：

指导教师：

日 期：

工作总结

在大学四年的学习过程中，毕业设计是一个非常重要的环节，做毕设过程中，不断的回顾以前所学的知识，能够将所学的知识系统化，巩固化，为我们步入社会参与工作奠定了良好的理论基础。毕业设计有一定的学术价值和实用价值，能反映出作者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。我本次毕业设计所研究的主要内容和成果如下：

1)先分析零件的结构特点，首先探讨一次拉深成形方案的可行性，通过理论计算压边圈最小压边力，确定参数的范围，在Dynaform对零件进行一系列压边力数组的数值模拟，观测成形极限图，根据厚度变化分布图采集数据绘制模拟数值表格，取证一次成形是行不通的。

2)根据一次成形数据模拟结果，动画模拟分析成形过程中出现拉裂和起皱的帧率，判断拉裂起皱的原因，确定拉深次数及拉深方法。

3)分别对设计好的造型方案进行首次拉深模拟实验分析，通过靠施加恒定的压边力来抑制起皱和拉裂等问题，改变压边力进行多次模拟，根据模拟结果判断各造型在其最佳压边力下首次成形可行性，选取合适的造型进行后续的二次成形模拟试验。

4)选取首次成型选取的方案，进行二次拉深成形模拟试验，利用控制变量的方法，改变压边力的大小，寻找造型的最佳效果，根据成形极限图和厚度变化数值分析最佳成形方案。

5)参照最佳方案下的数值，即其最佳压边力下，改变凸模速度，探凸模速度对二次拉深成形效果的影响，确定本案的最佳凸模速度，从而确定零件最佳成形方案及其最佳参数。

6)最后确定该复杂阶梯形圆筒件能够五次拉深成形，为生产该零件选用经济适用的设备提供理论参考。

从最初的选题，开题到零件的拉深次数确定以及拉深工序的设计、拉深模拟直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改拉深参数，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。在毕业设计期间，尽可能多的阅读文献资料是很重要的，一方面是为毕业设计做理论准备，另一方面是学习做毕业设计的方法。

但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对具体设计涉及到的规范要求的不熟悉等等，需要在做的过程中不断的翻阅相关的资料和书籍，这降低了自己的速度和设计的进程，但这个过程对我来说是对自己知识的不足处的一个很好的补充和对已学过知识的一个巩固。这个过程虽然是有一定的难度但还是通过自己的慢慢的摸索和老师的指导下从生疏到熟悉，提升了自信心。通过真正自己探索的整过过程，明白了光掌握理论的知识是远远不够的。

这次实践是对自己大学四年所学知识的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个能独立完成设计的人。

本人的本科毕业设计论文一直是在导师覃天老师的悉心指导下进行的。覃天老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，覃天老师不断对我所做的设计进行总结，并提出新的问题，从论文题目的选定到论文写作的指导,都经由覃老师悉心的点拨,才使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。

另外我还要感谢桂林理工大学对我的培养与帮助，并为我提供了良好的设计的环境。在这里我学到了知识，开阔了思维，感受了快乐。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。最后的最后我还要感谢我的家人对我的关爱。

第五篇：铸造模具缺陷修复的一种充填材料

湖南机油泵股份有限公司(衡东 421400) 陈雪桂

摘要：论述了模具钳工在工作中不但要求有过硬的手上功夫，更要有解决实际问题的能力。文章分析了我厂震实造型机上所使用的震实模，因设计、铸造等多方面原因所产生的质量问题，而进行的一系列修复方法的探讨，从而找到了一种较理想的填充材料：水泥、AB胶(慢干)的混合液。而这种材料到处可见，随手可得，用“小”办法解决了大问题。

概述：我作为一名从事钳工工作多年的工人技师，深知模具作为一种特殊的机械产品，模具行业作为一种特殊的机械行业，不能像其它机械产品那样，所研发制造的机械产品生产出来零部件或机械产品，仅靠设计人员的理论设计就能基本保证最终所达到的所需的功能和使用要求，也就是说对于其它大多数机械产品，如果加工过程能够完完全全或尽可能达到设计的精度和要求，最终的产品和当初的设计目的是不会有太大的偏差，即完善的设计在加工条件的保证下就可生产出完美的产品，同时这必须依靠现代化的机床加工设备和动力设备。

模具产品则不一样，由于无论是铸造模、压铸模的高温流动成型，还是常温下冲压类的塑性成型，尽管有很长的历史，由于基础理论和数学模型很不完善，不准确，也有还是存在很大的不确定性，大多数还是要靠现场调试经验来支持，来尽可能使模具产品做到完善貤就是说模具的好坏，周期的长短，最终要靠钳工手艺，靠钻研技术，靠革新创造，来缩短生产周期，降低生产成本。钳工在这之中，要起举足轻重的作用，而我在本企业修复铸造模缺陷中，所采用的一种充填材料，为铸造模的修复提前交付，节省成本，作出了应有的贡献。

关键词：铸造震实模 缺陷 充填材料 新的充填材料

由于企业的发展状大，传统的手工造型远远不能满足生产高速发展的需要。我厂并报开辟了半自机械化震动造型老产品都需要制造大批的模具，这种模具大部分是用铸铝材料制作，因重量轻，工人操作

搬运方便，节省体力。在企业新老产品的研发、设计、试制和批量生产过程中，各类类铸造模具的制作是一道非常重要的生产环节，而复杂零件的母模制作，又是重中之重，如果是少量生产，这类模具一般采用木模制作，而批量生产及复杂重要的零件则采用铸铝或铸铁进行制作，这是各类复杂零件生产的必经之路。

因这类零件制件的数量少，要求生产周期短，对母模零件制造更是越快越好，所以木模制作没有精雕细作，而是铸造后加工成型，所以加工余量较多。由于这类模具周期短，铸件在生产过程中，因母模具设计、制造的缺陷，以及铸造型砂湿度不均，或温度不符合要求，模具本身厚薄不均，手工造型水平参差不齐，造型后型砂脱落，砂模排气孔不足，排气不畅，以及浇注的铁液或铝液(采用压铸油泵体的铝液，此铝液牌号的收缩比大，但为了节省人力，没有另外配料，开铝炉)，除渣不够等诸多意想不到的原因，导致铸件缩松、气孔(有的像老鼠洞，有的像蜂窝)、陷料、蹦边、错箱和夹渣等铸造缺陷。

1、存在的问题

对于那些经粗加工后结构复杂、异型面较多的铸件模体上，出现有许多缩孔、气孔、陷料等式缺陷，甚至严重得像老鼠洞，像马蜂窝一样的母模胚件，由于时间紧迫，过去一般若都有是对缺陷较小的母模坯侮辱只能进行修补。而对缺陷较多、较大的母模坯子件，只有报废，重新铸造，重新加工。这样反复耽误了交付时间，使企业的声誉受影响，而且增加了企业成本，增加了工人按劳动强度，得不偿失，违背了用最小成本办好事情的原则。

2、传统的修补方法及不足

传统方法是：

1焊补法：由于铸铁和铸铝的焊接性能极差，要求工人的焊接技○

术较高，所以我厂基本没用;

2镶补法: 在缺陷部件铣槽，再镶一块同质材料补上，再加工成○

型;

3铆补法：在有缺陷的地方，用钻花钻些孔，再铆上圆柱或其它○

各种形状的同质材料;

4对缺陷较多较大的，认为没有什么修复价值，直接报废。 ○

对于以上几种传统的修补方法，有以下几点不足：

1加工时间较长，模具生产周期长。如镶补法，要在缺陷部位铣○

槽，再找一同质材料，加工相同尺寸，再由钳工进行修配、镶嵌，这还取决于钳工的水平高低。

2铆接法，虽然简单，但有的地方窄，不好打孔，有的气孔太多○

无法打孔。

3镶件容易脱落，如镶补配合不好，铆接因铸件缺陷较多而铆接○

效果差，模具在加热后及频繁使用的过程中，因不断振动，以及型砂不错的挤压摩擦，很容易产生镶件和铆件的脱落、磨损。

4对于异形曲面，及深槽、弧度很小的部位，特别是设计时圆角○

较小，要加大圆角时，修补难度更大;

5成本高，缺陷处需铣槽，镶件再加工成型，再由人工打孔，修○

配，铆接，再由机床切削，这样反复多次，给模具制造和维修带来了难度和不少浪费。

6特别是经初加工后，缺陷较多，无法镶补、铆接的模具坯料，○

直接报废，浪费更大;

7因发展需要，市场紧迫，需争分夺秒，如果老是返工，影响工○

期，影响产品的交付时间，使企业蒙受损失，影响企业形象。

这些是制约企业高速发展的瓶颈，为此，企业发出了攻关令，来解决这些质量问题，针对以上原因，为了从根本上解决问题，我们从几方面着手来解决这些问题。

3、试验修补方法及存在的问题

为了找到一种既简易，操作容易，又能降低成本，减少消耗，又很有成效，即最佳方案，我们进行了一系列的试验。

我们参照每天见到的高楼大厦，都有是用浇注的方法来倒成各种立柱，我们不是也可以用这种方法来修补模具的各种气孔和缩松吗?但不能像那样把水泥砂子补进缺陷处，经分析考虑选材，进行了如下试验。

一是在市场上买来了强力AB胶和AB胶进行实验，发现当缺陷处较大较深时，补上较多较厚的强力AB皎时，就会鼓包、发热，并且这种强力AB胶有一股很强的刺鼻怪味，形成一个不适合人工作的环境，所以把强力AB胶淘汰。AB胶就成了实验的首选。

采用补胶法：首先将模具缺陷处用气动砂轮打磨干净，使之不含其它杂质，再用丙酮清洗干净，以便彻底清除油污、残留冷却液，再按说明书1:1，即各50%的AB胶混合液，充分搅拌调匀，倒少缺陷处，再震动搅拌，使之能与工件接触，减少气孔，在缺陷较大时，再填入一些碎铝、碎铁之类的东西。这样虽然把低处的缺陷补上了，但一些相对较高的地方及开口处很难堆厚、堆高和补上。因为AB胶按说明书的比例调匀后很稀，要反复多次，等前一次胶干了后再涂下一层，这样又增加了生产周期和按劳动强度，而且经加工中心精加工后，经钳工细心修配、打磨、抛光，投入使用后，发现AB胶修补处硬度不够，容易磨损，而且由于模具经常振动、加热，很容易造成模具修补处脱胶、崩块等现象，所以这种方法试验失败。

从第一种方法失败后，从中查找原因，认识到第一种方法失败的主要原因是AB胶按说明书调配，可以胶接一些东西，但对于补模具来说，很稀，干后很脆，硬度强度都不够，所以不耐磨损，也就是说胶里边缺少骨架，因此必须增加一些其它的元素才能提高AB胶的强度、硬度。如是我们在同一时间段接着进行试验。我们又进行了如下工作。

二是AB胶加砂轮灰胶补法，与第一种方法相同，在清洗、清理模具缺陷处后，把AB胶和砂轮灰按1:3的比例调好，补缺凝固后再进行加工，但因砂轮灰硬度高，刀具加工不进磨损快，我随即降低配比，按1:2, 1:1, 1:0.5都难以用机床切削加工，均告失败。

三是AB胶加石墨灰胶补法：找来废旧石墨块，打碎成粉，按一定比例，照前方法，浇入模体，但因硬度不够，而且成本高，人工把石墨锤成粉不容易，劳动强度大，而且石墨粉容易进入人的呼吸道，有害人体而被淘汰。

四是AB胶加铁粉胶补法，按不同比例，照前方法，浇入模体，虽然这种方法补出来的效果可以，但加工时，硬度不均，而且铁粉最

容易生锈，生锈了就不能和胶及模具粘合在一起，所以此种方法也宣告失败。

还进行了多种实验，如刮油漆底子灰，刮油漆底子灰干得快，但不能进水，强度也差，刀具切削性能差，不能受震动等。

以上试验都无一能达到理想效果，一一终告失败。如何打到一种能达到理想效果的填充物来做AB胶骨架，为企业排忧解难，为按时或提前交付产品，真是迫在眉睫。

一天晚上无意中发现，家中的水管因生锈漏水而胶补的地方，虽然已胶补了很久了，现在依然很好。第二天就立即利用修补水管的方法来修补模具，进行了试验。

4、新型修补法

在实际生产中，我们借鉴管道疏松、补漏的方法，利用AB胶加水泥堵漏，既简便又经济，效果很好。因水泥厂里到处都有，不需要专门采购，要用随时可取，

试验方案：

1将AB胶按说明书1:1调均后，○再按AB胶与水泥1:3比例配好调匀，将经粗加工有较大缺陷的铝模铸件用气动砂轮清理干净，将模具加热到80℃左右后，再按AB胶/水泥混合物补缺，待加温凝固，完全冷却后，待第三天试加工，由于较硬，铣刀易磨损，但还是能勉强能够进行切削，待模具加工完经修磨抛光后，随即进行了一系列的破坏性试验骵用震动造型机直接进入生产模拟试验，经过一个月的试验良好。耐水性试验，把模具放在水盆里泡上几天几夜，都不鼓包、脱落，耐冲击试验，用锤子敲打都不损坏。以上试验说明AB胶/水泥混合物与模具粘接牢固，强度很好硬度略高，切削性能较差。

2将AB胶按比例调均后几天几都 与水泥以1:1比例配好调匀前○

种方法，修补模具进行试加工，刀具切削良好，不易磨损，接着对此次修补的模具屿前次修补模具进行对比试验，发现其它各项指标都差与前次，只是切削性能比前次好，这还是最理想的配方。

3通过对比后，取第一次试验与第二次试验的中间值，即将AB○

胶1:1调匀，再与水泥按1:2比例调交，再模具上缺陷处清理干净加

热到80℃左右后，再将AB胶/水泥混合物补入缺陷处，在未完全凝固前，用手指粘点水(防止胶粘手)，将胶补处压实，这样结构紧凑又排出了气体。完全凝固冷却后，再进行切削加工，加工性能良好。与前两次进行对比试验，各项性能指标与第一次相当，切削加工性能优于第一次，硬度高于铸铝，耐冲击、耐水，粘接性能好，牢固可靠。

AB胶/水泥混合物补修简易可行，在模具缺陷处，只要用丙酮清洗油污和冷却液，把缺陷内壁打毛，晾干后就可进行胶补，而且这种AB胶/水泥混合物凝固得快，在常温下7-8小时就行了(纯AB胶一般凝固24小时以上)，节省了模具修补时间。在任务紧急时，还可用加热的办法加快凝固时间。AB胶/水泥混合物可以堆高，特别适合棱角、圆弧处的增补。最后还进行了耐高温试验，将模具加热到120℃左右，修补处没损坏，不鼓包，不起壳，不脱落。

用第三种配比方法，在我厂修补了100付以上的手工铸造模和震实模，效果良好。证实了此次攻关成功，试验成功。

5、结语

实践证明，采用水泥作为胶补填充物料，与AB胶混合使用的方法，是一种低成本混胶修模的好材料。其成本低谦，取材容易，调配简单方便，同时安全环保，质量可靠，修型稳定，耐磨、耐水不变形，提高了模具的使用寿命,使复杂模具修复变得简单，简化了修复流程。

第六篇：冲裁模具主要零件材料的性能及热处理工艺

近年来，伴随着制造业的迅速发展，我国的模具工业一直以15%左右的增速快速发展，在世界模具产值中所占比例显著提高。模具制造的首要问题是模具材料。制造模具及其零件的材料有很多，如钢，铸铁，非铁合金及其合金、高温合金、硬质合金、钢结硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。但其中钢是用的最多，应用范围最广的材料。目前我国模具用钢广泛，除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有20余种，而用量最多的是Cr

12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、

45、40Cr等。

一.模具钢的分类及发展

模具用钢主要分三大类，冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢。

目前我国常用的冷作模具钢仍多是碳素工具钢(T7A、T8A、T10A、T12A)、低合金工具钢CrWMn、高碳高铬钢Cr

12、Cr12MoV、高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等传统的典型钢种，不过也引进。研制了多种新的钢种以适应不断提高的要求。

热作模具钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等。随锻压机械能力的加大、加工件形状的复杂化，尤其是被加工材料加工难度的增大，如加工钛合金、高合金钢、不锈钢和耐热钢，模具趋向大型化、高性能。对热作模具用钢性能的要求也越来越高，传统的热作模具钢5CrNiMo和5CrMnMo钢由于热强性、热稳定性较低、易龟裂和塌陷，使用寿命短。3Cr2W8V钢由于钨含量高、耐热振性较差、易热疲劳，导致龟裂等缺陷。近年来，一些具有较高的热强性、高的热疲劳性和良好的韧性的新型热作模具钢相继问世。

由于塑料模具的快速发展，目前塑料模具材料已逐渐形成了较独立的体系,但国内塑料成型模具材料尚未形成系列，一般塑料模具常采用正火态的45钢或40Cr钢经调质制造。硬度要求较高的塑料模具采用CrWMn或Cr12MoV等钢制造。近年来，我国新型塑料模具钢的研制取得了一定进展，并引进了一些在国外已通用的钢种，以满足塑料模具钢多方面的性能要求。

二.冲裁模

冲裁模具，是在冷冲压加工中，将金属或非金属加工成零件或半成品的一种特殊工艺装备。是沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。

当被冲裁加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、 卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。

所以在制造冲裁模具的材料应有一定的选择，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

1.碳素工具钢：在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

2.低合金工具钢：低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等。

3. 高碳高铬工具钢：常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1，它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔(轴向镦、径向拔)改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

4. 高碳中铬工具钢：用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。

5. 高速钢：高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V。高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布 。

6. 基体钢：在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si、5Cr4Mo3SiMnVAL等。

7. 硬质合金和钢结硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。 钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末(如铬、 钼 、钨、钒等)做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。

8.新材料：冲裁模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2(相当于我国Cr12MoV)性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。

为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)以及盐浴渗金属(TD)的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。在不久的将来中国的模具将会有更大发展。