1、復習上次課內容1.模具失效的影響因素及其分析模具失效的影響因素及其分析課題六 冷作模具材料與熱處理教學目標：教學目標： 1 1. . 了解模具失效的類型和影響模具壽命的因素了解模具失效的類型和影響模具壽命的因素教學重點和難點：教學重點和難點： 模具失效的影響因素及其分析模具失效的影響因素及其分析課題六 冷作模具材料與熱處理 塑性成形塑性成形（plasticity forming） 在外力作用下，金屬發生在外力作用下，金屬發生塑性變形塑性變形，從而獲得具有一定從而獲得具有一定形狀、尺寸、組織形狀、尺寸、組織和和力學性力學性能能的的工件工件的生產方法，又叫的生產方法，又叫塑性加工塑性加工或或壓力加

2、壓力加工工。常見的塑性成形方法常見的塑性成形方法：鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。課題六 冷作模具材料與熱處理1.切削量小，可實現無屑加工；切削量小，可實現無屑加工；2.產品力學性能好，尺寸精度高；產品力學性能好，尺寸精度高；3.自動化程度高，生產率高自動化程度高，生產率高;4.材料利用率高，產品范圍廣泛材料利用率高，產品范圍廣泛.塑性加工特點塑性加工特點: 塑性成形廣泛應用于機械制造、汽拖、容器、塑性成形廣泛應用于機械制造、汽拖、容器、造船、建筑、包裝、航空航天工業部門。造船、建筑、包裝、航空航天工業部門。 大多數金屬和合金均有一定的塑性，可進行各大多數金屬和

3、合金均有一定的塑性，可進行各種塑性加工。種塑性加工。課題六 冷作模具材料與熱處理冶金屬材料的一般加工過程：金屬材料的一般加工過程： 課題六 冷作模具材料與熱處理1、塑性變形對金屬組織結構的影響、塑性變形對金屬組織結構的影響 1) 纖維組織（流線）形成纖維組織（流線）形成 金屬發生塑性變形后，晶粒發生變形，沿形變方向被拉長金屬發生塑性變形后，晶粒發生變形，沿形變方向被拉長或壓扁。當變形量很大時，晶粒變成細條狀或壓扁。當變形量很大時，晶粒變成細條狀(拉伸時拉伸時)，金屬中的，金屬中的夾雜物也被拉長，形成纖維組織。夾雜物也被拉長，形成纖維組織。 課題六 冷作模具材料與熱處理2.塑性變形對金屬性能的影

4、響塑性變形對金屬性能的影響 產生加工硬化產生加工硬化 塑性變形對金屬性能最重要的影響是造成加工硬化，即隨變形度的增塑性變形對金屬性能最重要的影響是造成加工硬化，即隨變形度的增大，大，金屬的強度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降金屬的強度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。這種現象稱為。這種現象稱為加加工硬化工硬化，也叫形變強化。，也叫形變強化。在生產中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強度。在生產中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強度。 課題六 冷作模具材料與熱處理加工硬化具有極重要的加工硬化具有極重要的實際意義實際意義 首先，它是一種非常重要的強化手段首先，它是一種非常重要的強化手段； 其次，

5、加工硬化有利于金屬進行均勻變形；其次，加工硬化有利于金屬進行均勻變形； 第三，它可保證金屬零件和構件的工作安全性第三，它可保證金屬零件和構件的工作安全性。課題六 冷作模具材料與熱處理 產生各向異性產生各向異性 原因：纖維組織及形變織構的形成原因：纖維組織及形變織構的形成 沿纖維方向的強度和塑性明顯高于垂直方向的沿纖維方向的強度和塑性明顯高于垂直方向的 應使零件在工作中產生的最大正應力方向與纖維方向重合，應使零件在工作中產生的最大正應力方向與纖維方向重合，最大剪應力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的最大剪應力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的輪廓相符，盡量使纖維組織不被切斷。輪廓相符

6、，盡量使纖維組織不被切斷。 課題六 冷作模具材料與熱處理影響金屬的物理、化學性能。影響金屬的物理、化學性能。 使電阻增大，耐腐蝕性降低。使電阻增大，耐腐蝕性降低。 產生殘余內應力產生殘余內應力 即外力去除后，金屬內部會殘留下來應力。殘余內應力即外力去除后，金屬內部會殘留下來應力。殘余內應力會使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴重時可導致零件變形或開裂。會使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴重時可導致零件變形或開裂。退火處理。退火處理。 殘余壓應力殘余壓應力卻可以使承受交變載荷的零件提高其疲勞強度。卻可以使承受交變載荷的零件提高其疲勞強度。 表面滾壓、噴丸或熱處理的方法提高疲勞強度。表面滾壓、噴丸或熱處理的方法提高

7、疲勞強度。 課題六 冷作模具材料與熱處理 金屬坯料在上下砧鐵間受沖擊力或金屬坯料在上下砧鐵間受沖擊力或壓力而變形壓力而變形，從而獲得所需幾何形狀，從而獲得所需幾何形狀及內部質量的鍛件。及內部質量的鍛件。一、一、 自由鍛自由鍛（free forging） 1. 特點特點： 工具簡單，設備通用性好，適應性強工具簡單，設備通用性好，適應性強（1kg300t)，是生產大型鍛件的唯一生產方法；是生產大型鍛件的唯一生產方法； 生產率低，鍛件精度差，且只能鍛形狀簡單生產率低，鍛件精度差，且只能鍛形狀簡單的鍛件，適于單件小批生產。的鍛件，適于單件小批生產。分類：手工鍛和分類：手工鍛和機器鍛機器鍛設備：設備：

8、空氣錘，空氣錘，蒸汽蒸汽-空氣錘，空氣錘， 液壓機等液壓機等課題六 冷作模具材料與熱處理2. 自由鍛工序自由鍛工序 基本工序基本工序（鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、切割、扭轉、（鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、切割、扭轉、錯移）；錯移）； 課題六 冷作模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理 輔助工序輔助工序（壓鉗口、壓痕）；（壓鉗口、壓痕）； 精整工序精整工序（整形、校正等）。（整形、校正等）。（1）鐓粗（餅類鍛件）鐓粗（餅類鍛件） 坯料高度減小而橫截面積增大。坯料高度減小而橫截面積增大。 有：平砧鐓粗、局部鐓粗和墊環鐓粗有：平砧鐓粗、局部鐓粗和墊環鐓粗 2. 自由鍛基本工序自由鍛基本工序課題六 冷作

9、模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理（2）拔長（軸桿鍛件）拔長（軸桿鍛件） 坯料橫截面積減小而長度增加。坯料橫截面積減小而長度增加。 課題六 冷作模具材料與熱處理（3）沖孔）沖孔 將坯料沖出透孔或不透孔。有實心沖子沖孔將坯料沖出透孔或不透孔。有實心沖子沖孔（雙面沖孔）（雙面沖孔） 、空心沖子沖孔、墊環沖孔。、空心沖子沖孔、墊環沖孔。課題六 冷作模具材料與熱處理鍛造溫度范圍：鍛造溫度范圍：始鍛始鍛溫度（溫度（AE線低線低200）終鍛溫度終鍛溫度（800 ）課題六 冷作模具材料與熱處理三、板材沖壓成形（三、板材沖壓成形（sheet forming） 板料沖壓板料沖壓： 利用沖模使板料變形或

10、分離的壓力加工方法。一般板利用沖模使板料變形或分離的壓力加工方法。一般板料沖壓是在再結晶溫度以下進行，所以又叫冷沖壓。冷料沖壓是在再結晶溫度以下進行，所以又叫冷沖壓。冷沖板料通常厚度不大于沖板料通常厚度不大于4mm4mm。板料沖壓特點板料沖壓特點: 1 1）可生產形狀復雜的零件，材料的利用率高；）可生產形狀復雜的零件，材料的利用率高； 2 2）具有足夠的精度和較低的表面粗糙度；互換性好，強）具有足夠的精度和較低的表面粗糙度；互換性好，強度高，剛度好；度高，剛度好； 3 3）適應性強）適應性強, , 沖壓零件可大可小沖壓零件可大可小, ,小的如儀表零件小的如儀表零件, ,大的大的如汽車縱梁和表面

11、覆蓋件等；如汽車縱梁和表面覆蓋件等； 4 4）生產率高，每分鐘可沖壓小件數千，易于實現機械化）生產率高，每分鐘可沖壓小件數千，易于實現機械化和自動化。和自動化。但沖壓工藝所用的模具結構復雜，制造成本較高，但沖壓工藝所用的模具結構復雜，制造成本較高，適合于大批生產。適合于大批生產。 課題六 冷作模具材料與熱處理沖壓成形產品示例一日常用品課題六 冷作模具材料與熱處理沖壓成形產品示例二高科技產品汽車覆蓋件飛機蒙皮課題六 冷作模具材料與熱處理l沖壓用原材料沖壓用原材料: 塑性好的金屬塑性好的金屬,如低碳鋼如低碳鋼,銅合金銅合金,鋁合金鋁合金,鎂合金等鎂合金等.l沖壓設備沖壓設備：剪床和沖床剪床和沖床l

12、沖壓基本工序：沖壓基本工序：分離工序和變形工序分離工序和變形工序1、分離工序：、分離工序：坯料在外力作用下，使其一部分與另一部分坯料在外力作用下，使其一部分與另一部分互相分離。互相分離。（1）沖裁（落料和沖孔）：）沖裁（落料和沖孔）： 坯料按封閉輪廓分離的工序。坯料按封閉輪廓分離的工序。 沖孔：沖孔：被分離的部分為廢料，而周邊是成品。被分離的部分為廢料，而周邊是成品。 落料：落料：被分離的部分為成品，而周邊是廢料。被分離的部分為成品，而周邊是廢料。課題六 冷作模具材料與熱處理1 1）沖裁變形過程）沖裁變形過程：普通沖裁時由于間隙比較大，沖裁分普通沖裁時由于間隙比較大，沖裁分離過程不是純剪切狀態

13、，所以整個變形過程有以下三個階段離過程不是純剪切狀態，所以整個變形過程有以下三個階段組成，其最后階段因撕裂而分離。組成，其最后階段因撕裂而分離。課題六 冷作模具材料與熱處理 彈性變形階段彈性變形階段: :凸模壓縮板料，使之產生局部凸模壓縮板料，使之產生局部彈性拉伸和彎曲變形，最終在工件上呈現出圓角帶。彈性拉伸和彎曲變形，最終在工件上呈現出圓角帶。 塑性變形階段塑性變形階段: :當板料變形區應力滿足屈服條件當板料變形區應力滿足屈服條件時，便形成塑性變形，材料擠入凹模，并引起冷變形時，便形成塑性變形，材料擠入凹模，并引起冷變形強化。在工件剪斷面上表現為光亮帶。此階段終了時，強化。在工件剪斷面上表現

14、為光亮帶。此階段終了時，在應力集中的刃口附近出現微裂紋，這時沖裁力最大。在應力集中的刃口附近出現微裂紋，這時沖裁力最大。 斷裂分離階段斷裂分離階段：隨著凸、凹模刃口的繼續壓入，：隨著凸、凹模刃口的繼續壓入，上下裂紋延伸，以至相遇重合，板料被分離。這一上下裂紋延伸，以至相遇重合，板料被分離。這一過程在工件剪斷面上產生一粗糙的斷裂帶。過程在工件剪斷面上產生一粗糙的斷裂帶。課題六 冷作模具材料與熱處理（2）修整：利用修整模沿沖裁件）修整：利用修整模沿沖裁件外緣或內孔刮削一薄層金屬，切掉外緣或內孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶及毛刺，以提高精度，降低剪裂帶及毛刺，以提高精度，降低表面粗糙度。與切削加工相似

15、，與表面粗糙度。與切削加工相似，與沖裁不同。沖裁不同。外緣修整（外形），外緣修整（外形），內緣修整（內孔）。內緣修整（內孔）。（3）切斷：用剪刃或沖模將板沿）切斷：用剪刃或沖模將板沿不封閉輪廓不封閉輪廓分離的工序。分離的工序。 剪刃安裝剪刃安裝在在剪床上，將板料切成具有一定寬剪床上，將板料切成具有一定寬度的條料；度的條料；沖模安裝在沖模安裝在沖床上，制沖床上，制取簡單的平板零件。取簡單的平板零件。課題六 冷作模具材料與熱處理2、變形工序：變形工序：使坯料的一部分相對另一部分產生位移而使坯料的一部分相對另一部分產生位移而不破裂的工序為變形工序。拉深、彎曲、翻邊、脹形等。不破裂的工序為變形工序。拉

16、深、彎曲、翻邊、脹形等。 （1）拉深（）拉深（deep forming） 利用模具使落料后得到的利用模具使落料后得到的平板坯料變形成開口空心零件的成形工序。平板坯料變形成開口空心零件的成形工序。課題六 冷作模具材料與熱處理（2）彎曲（）彎曲（bending） 使坯料的一部分相對另一部分彎曲成一定角度的工序。使坯料的一部分相對另一部分彎曲成一定角度的工序。 最小半徑最小半徑rmin=(0.25-1)S 課題六 冷作模具材料與熱處理課題六 冷作模具材料與熱處理（4）翻邊）翻邊 在帶孔坯料的平面或曲面部在帶孔坯料的平面或曲面部分上使板料沿一定曲線翻成豎直分上使板料沿一定曲線翻成豎直邊緣的沖壓方法。在

17、汽拖工業應邊緣的沖壓方法。在汽拖工業應用廣泛。用廣泛。 分為內孔翻邊，外緣翻邊，不分為內孔翻邊，外緣翻邊，不變薄翻邊，變薄翻邊。變薄翻邊，變薄翻邊。課題六 冷作模具材料與熱處理（5）旋壓）旋壓 旋壓機，沖模簡單，變形力小，但效率低。旋壓機，沖模簡單，變形力小，但效率低。用于空心回用于空心回轉體的中小批量生產或大型封頭。轉體的中小批量生產或大型封頭。課題六 冷作模具材料與熱處理 碳素工具鋼碳素工具鋼 共有七個牌號：共有七個牌號：T7T13 1、成分特點：成分特點：l高碳高碳(0.651.35%C) 隨含碳量提高，碳化物量增加，隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。耐磨性提高，但韌性

18、下降。 碳素工具鋼帶碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料碳素工具鋼材料課題六 冷作模具材料與熱處理 2、熱處理及組織、熱處理及組織 熱處理：正火熱處理：正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低溫回火低溫回火 球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, 便于加工便于加工; 為淬火作組織準備。為淬火作組織準備。 使用狀態下的組織：使用狀態下的組織： M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量) 球狀珠光體球狀珠光體T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織課題六 冷作模具材料與熱處理 3、用途、用途 由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低

19、速刃具。具和低速刃具。 T7T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。錘子等。木工鑿木工鑿木工鉆木工鉆課題六 冷作模具材料與熱處理 T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。車刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐絲錐銼刀銼刀手鋸條手鋸條鉆頭鉆頭課題六 冷作模具材料與熱處理 1、成分特點：、成分特點： 高碳：高碳：0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：提高耐回火性：Si 提高耐磨性、

20、細化晶粒提高耐磨性、細化晶粒: W、V l 低合金工具鋼低合金工具鋼l由碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素由碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素(35)形成。形成。 低合金工具鋼制品低合金工具鋼制品課題六 冷作模具材料與熱處理 2、熱處理及組織、熱處理及組織 同碳素工具鋼，只是淬火介質為同碳素工具鋼，只是淬火介質為油油(碳素工具鋼為水碳素工具鋼為水)。 使用狀態下的組織為：使用狀態下的組織為： M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量) 3、常用鋼號及用途、常用鋼號及用途 應用最多的是應用最多的是9SiCr。用于制造形用于制造形狀復雜、要求變形小的低速刃具，狀復雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐

21、、板牙等如絲錐、板牙等. 絲錐絲錐板牙板牙低合金工具鋼扳手低合金工具鋼扳手課題六 冷作模具材料與熱處理 9Mn2V鋼鋼 用途用途 制造碳素工具鋼不能滿足要求的中小模具，如厚度小制造碳素工具鋼不能滿足要求的中小模具，如厚度小于于3mm的彎曲模、成形模、落料模。的彎曲模、成形模、落料模。 鍛造工藝鍛造工藝 熱處理工藝熱處理工藝 球化退火、機加工，然后淬火和低溫回火。球化退火、機加工，然后淬火和低溫回火。熱處理后的組織為熱處理后的組織為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。課題六 冷作模具材料與熱處理 GCr15鋼鋼 用途用途 制造精度要求較高的小型尺寸落料模、冷擠

22、模、成形制造精度要求較高的小型尺寸落料模、冷擠模、成形模和搓絲模等。模和搓絲模等。 鍛造工藝鍛造工藝 熱處理工藝熱處理工藝 主要為主要為球化退火、正火、淬火球化退火、正火、淬火和和低溫回火低溫回火。球化退火目的：不僅是降低鋼的硬度，以球化退火目的：不僅是降低鋼的硬度，以利于切削利于切削加工，更重要的是加工，更重要的是獲得細的球狀獲得細的球狀P和均勻分布的過剩的細粒狀碳化物，為零件的最終熱和均勻分布的過剩的細粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做處理做組織準備組織準備。課題六 冷作模具材料與熱處理淬火和低溫回火淬火和低溫回火 GCrl5鋼的淬火溫度嚴格控制在鋼的淬火溫度嚴格控制在820一一840 范圍內，回范圍內，回火溫度一般為火溫度一般為150 160 。 軸承鋼淬火回火后的組織為軸承鋼淬火回火后的組織為極細的回火極細的回火M、均勻分布的粒、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余狀碳化物以及少量殘余A。 CrWMn鋼鋼 用途用途 主要用于變形要求小、形狀復雜的輕載