1、1模具材料及制造工艺教师：郭秀艳教研室：材料成型2第 1 章 模具材料概述1.1 模具及模具材料分类模具是一种高效率的工艺装备，在冶金、电子、轻工、机械制造等行业的生产中广泛应用。1.1.1 模具分类模具 冷作模具、热作模具、型腔模具三类。冷作模具 冷冲裁模具（落料、冲孔）和冷变形模具（弯曲、拉深）两类；热作模具 热冲切模具（切边） 、热变形模具（锻造）和压铸模具（铝合金、铜合金等压铸模具）三类；型腔模具 塑料模具（注塑、挤出模具） 、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。1.1.2 模具材料分类模具材料 钢铁材料、非铁金属和非金属材料三类。1. 钢铁材料按合金元素的含量分类：碳素工具
2、钢（0.65%-1.35%C） ，共 8 各牌号，T7T8、T10、T12、T13，随 C 含量增加，硬度增大，耐磨性增大）低合金模具钢：在碳素钢中加入适量的合金元素。例如：CrWMn中合金模具钢高合金模具钢，例如 Cr12 Cr12MoV按用途分类：冷作模具钢 主要是碳素工具钢 T7A 、T8A、T10A，高碳低合金钢，高碳高铬合金钢。热作模具钢（耐热）主要是中碳合金钢（0.3-0.6%C） 5CrNiMo，3Cr2W8V 塑料模具钢 成型塑料制品用的模具 45 钢，40Cr 调制处理。2. 非铁金属材料铜基材料、低熔点合金、高熔点合金、难溶合金、硬质合金、钢结硬质合金等硬质合金：难溶金属碳
3、化物和起粘结作用的金属组成的烧结材料，具有高强度、高耐磨性。3. 非金属材料陶瓷、橡胶、塑料31.2 模具材料的选用原则在选取材料时，应考虑以下几个因素：生产批量、冲压材料性能、凸凹模工作条件、材料性能、生产使用情况。1.2.1 模具材料的使用性能1. 硬度衡量材料软硬程度的性能指标。冷作模具硬度在 52-60HRC、热作模具硬度在 40-52HRC。对于同一种钢，在一定硬度值内，硬度与变形抗力成正比，单如果组织不同，同一硬度值但变形抗力却有很大差别。热硬性（红硬性）指高温状态的热作模具，保持其组织和性能的稳定，保持高硬度的能力。钢的硬度和热硬性取决于钢的化学成分、热处理工艺及表面处理工艺。2
4、. 耐磨性衡量模具使用寿命的重要指标。磨损形式：冷作模具（磨粒磨损、粘着磨损） 、热作模具（氧化磨损） 、疲劳磨损等。影响因素：硬度、组织。铁素体耐磨性差、马氏体耐磨性好、下贝氏体耐磨性最好。3. 强度 衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。冷作模具变形抗力常温下的屈服点； 热作模具变形抗力高温屈服点。冷作模具断裂抗力常温下抗拉强度、抗压强度、抗弯强度；热作模具断裂抗力抗拉强度、热疲劳导致的断裂韧度。韧性反映模具的脆断抗力（折断、崩刃） 。4. 疲劳抗力反映材料在交变载荷下抵抗疲劳破坏的性能指标。1.2.2 模具材料的工艺性能1. 可加工性切削、磨削、抛光、冷拔和锻压等。2. 淬硬性和淬透性淬
5、硬性指钢经淬火后能达到的最高硬度。它取决于钢中马氏体碳含量。马氏体硬度随碳含量的增加而增加，但马氏体硬度不能代表钢的硬度，当碳含量在 0.6%时，钢硬度下降，马氏体硬度增加。淬透性指获得淬硬层深度的能力。或者说是获得马氏体的能力。淬硬层越深、淬透性越好。3. 淬火温度和热处理变形淬火温度应尽可能宽模具在切削加工后通过热处理可获得所需组织和性能。4. 脱碳敏感性脱碳敏感性指钢铁材料在热处理过程中表面碳元素是否易于逸出的特性。4如果热处理过程中工件表面的碳元素易于逃逸到环境中，就说该材料的脱碳敏感性大，反之则小。通常工件碳含量越小、碳化物形成元素越多脱碳敏感性就越小。第 2 章 冷作模具材料2.1
6、 冷作模具的工作条件及性能要求一、冲裁模1.工作条件：工作部分为刃口，易受摩擦，凸模因摩擦会变短，凹模因摩擦会变薄，直至无法工作而失效。2.性能要求：高的硬度和耐磨性，抗压、抗弯和适当的韧性。二、冷镦模1.工作条件：凹凸模表面受剧烈冲击性摩擦，温度可达 300，凸模易受弯曲应力。失效形式：工作表面产生摩擦磨损导致凹模开裂，凸模镦粗、凹模模口胀大、棱角堆踏。2.性能要求：足够的硬度，高的抗压强度和高的冲击韧性。三、冷挤压模1.工作条件：受强大的挤压力作用，受坯料塑变流动的剧烈摩擦，凸模受强烈的弯曲应力。2.性能要求：高的强韧性，良好的耐磨性。四、拉拔模及成形模包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等
7、。1.工作条件：模具表面受到强烈的摩擦，凹模主要受径向张力的作用，凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。2.性能要求：高的耐磨性。2.2 冷作模具用钢一、低淬透性冷作模具钢1. 碳素工具钢 T7A、T8A、T10A、T12A、T13 ，都属于高碳钢，含碳量在 0.65%-1.35%。A 表示高级优质。（1）性能碳素钢经处理后有较高的硬度和一定的耐磨性。但淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄，易变形开裂。T10A 钢 应 用 最 为 普 遍 。 冷 作 模 具 较 少 采 用 T8 钢 ， 主 要 有 两 方 面 原 因 ：一 是 T8 钢 淬 火 加 热 过 热 敏 感 性 大 ， 甚
8、至 在 加 热 温 度 比 较 低 (780790 )的条 件 下 ， T8 钢 的 晶 粒 也 容 易 长 大 ， 韧 度 较 差 ； 二 是 T8 钢 淬 火 后 组 织 中 没有 过 剩 的 碳 化 物 ， 因 而 耐 磨 性 差 。 而 过 共 析 钢 T10A 在 加 热 时 能 获 得 比 较5细 的 晶 粒 ， 淬 火 过 热 敏 感 性 小 ， 经 适 当 热 处 理 后 可 获 得 较 高 的 强 度 和 一 定 的韧 度 ， 淬 火 后 组 织 中 还 保 留 一 些 剩 碳 化 物 ， 可 提 高 模 具 的 耐 磨 性 ， 这 是T10A 钢 应 用 比 较 普 遍 的
9、 原 因 。亚 共 析 钢 T7、 T7A 的 耐 磨 性 不 及 T10A， 但 T7、 T7A 钢 有 较 好 的 韧 度 ，所 以 ， 在 制 作 韧 度 要 求 较 高 的 模 具 时 ， 可 采 用 T7 或 T7A。 碳 含 量 超 过1.1%的 过 共 析 钢 T12A， T13 过 剩 碳 化 物 较 多 ， 并 且 颗 粒 较 粗 大 ， 碳 化 物 在组 织 中 的 分 布 也 不 均 匀 ， 容 易 形 成 网 状 或 断 续 网 状 ， 使 钢 的 力 学 性 能 变 坏 。但 是 ， 对 于 韧 度 要 求 不 高 ， 只 要 求 高 硬 度 和 耐 磨 性 的 切
10、边 模 和 刀 具 ， 常 采用 T12、 T13 钢 。（ 2） 热 加 工 工 艺锻 造 T10A、 T12A 钢 锻 造 时 ， 终 锻 温 度 过 高 ， 冷 却 速 度 过 缓 ， 会 析出 二 次 渗 碳 体 ， 导 致 模 具 淬 火 开 裂 、 磨 削 裂 纹 。退 火 将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。球化退火钢 中 碳 化 物 球 化 而 进 行 的 退 火 工 艺 。 将 钢 加 热 到 Ac1 以上 20 30 ， 保 温 一 段 时 间 ， 然 后 缓 慢 冷 却 ， 得 到 在 铁 素 体
11、 基 体 上 均 匀 分 布的 球 状 或 颗 粒 状 碳 化 物 的 组 织 。冷锻后的毛坯必须进行球化退火，钢的塑性不仅与钢中铁素体含量和碳含量有关，还取决于组织状态. 球化退火的目的是要使钢获得小颗粒球粒状碳化物并均匀地分布在铁素体基体上的显微组织，降低硬度，改善钢的切削性能，并为最终热处理作组织准备. 正 火 将工件加热至 Ac3 以上 3050，保温一段时间，从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。淬 火 将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得如马氏体、贝氏体等的热处理工艺。回 火 是 将 淬 火 钢 加
12、热 到 奥 氏 体 转 变 温 度 以 下 ， 保 温 1 到 2 小 时冷 却 的 工 艺 。 回 火 往 往 是 与 淬 火 相 伴 ， 并 且 是 热 处 理 的 最 后 一 道 工 序 。 经 过回 火 ， 钢 的 组 织 趋 于 稳 定 ， 淬 火 钢 的 脆 性 降 低 ， 韧 性 与 塑 性 提 高 ， 消 除 或 者减 少 淬 火 应 力 ， 稳 定 钢 的 形 状 与 尺 寸 ， 防 止 淬 火 零 件 变 形 和 开 裂 ， 高 温 回 火还 可 以 改 善 切 削 加 工 性 能 。2.GCr15 钢（ 1） 性 能 ： 高 硬 度 、 高 强 度 、 良 好 的 耐 磨
13、 性 、 一 定 的 韧 性 。 与 碳 素工 具 钢 比 ， 淬 透 性 高 ， 热 倾 向 小 。（ 2） 热 加 工 工 艺锻 造 、 球 化 退 火 和 正 火 、 淬 火 、 回 火二 、 低 变 形 冷 作 模 具 钢 （ 高 碳 低 合 金 模 具 钢 ）在 碳 素 工 具 钢 的 基 础 上 加 入 少 量 合 金 元 素 ， 如 Cr、 Mn、 S、 W、 V 等 ，这 类 刚 的 韧 性 、 耐 磨 性 、 热 硬 性 都 比 碳 素 工 具 钢 高 。61. CrWMn 钢性 能 ： 淬 透 性 高 ， 因 含 有 较 多 的 含 W 碳 化 物 ， 故 具 有 高 硬
14、度 和 高 的 耐磨 性 。 但 碳 化 物 析 出 较 严 重 ， 易 形 成 网 状 碳 化 物 ， 韧 性 差 。热 加 工 工 艺 ： 锻 造 、 退 火 、 正 火 、 淬 火 、 回 火 。2. 9Mn2V 钢性能：9Mn2V 钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性。淬火时变形较小，加入 Mn 可提高淬透性。但过热倾向大，故钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。热 加 工 工 艺 ： 锻 造 、 退 火 、 淬 火 、 回 火 。三 、 高 耐 磨 微 变 形 冷 作 模 具 钢1.Cr12 型 钢Cr
15、12 性 能 ： 高 硬 度 、 耐 磨 性 和 抗 压 强 度 ， 高 度 淬 透 性 ， 但 冲 击 韧 性 差 ，主 要 用 作 冲 击 负 荷 较 小 ， 要 求 高 耐 磨 的 冷 冲 模 。Cr12MoV 性能：高硬度，耐磨性，Mo、V 可使组织进一步细化，强韧性提高。热加工工艺：锻造、退火、淬火、回火。四、高强度高耐磨冷作模具钢（高速钢）高速钢 W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2性能：又名高速工具钢或锋钢，意 思 是 淬 火 时 即 使 在 空 气 中 冷 却 也 能 硬化 ， 并 且 很 锋 利 。 它 是 一 种 成 分 复 杂 的 合 金 钢 ， 含 有 钨 、 钼 、
16、铬 、 钒 、 钴等 碳 化 物 形 成 元 素 。 它 在 高 速 切 削 产 生 高 热 情 况 下 (约 500 )仍 能 保 持 高 的硬 度 ， HRC 能 在 60 以 上 。 这 就 是 高 速 钢 最 主 要 的 特 性 红 硬 性 。 而 碳素 工 具 钢 经 淬 火 和 低 温 回 火 后 ， 在 室 温 下 虽 有 很 高 的 硬 度 ， 但 当 温 度 高 于200 时 ， 硬 度 便 急 剧 下 降 ， 在 500 完 全 丧 失 了 切 削 金 属 的 能 力 ， 这 就 限制 了 碳 素 工 具 钢 制 作 切 削 工 具 用 。 而 高 速 钢 由 于 红 硬
17、性 好 ， 弥 补 了 碳 素 工 具钢 的 致 命 缺 点 ， 可 以 用 来 制 造 切 削 工 具 。 热 处 理 工 艺 ： 必 须 经 过 退 火 、 淬 火 、 回 火 等 一 系 列 过 程 。 退 火 的 目 的是 消 除 应 力 ， 降 低 硬 度 ， 使 显 微 组 织 均 匀 ， 便 于 淬 火 。 退 火 温 度 一 般 为860 880 。 淬 火 时 由 于 它 的 导 热 性 差 一 般 分 两 阶 段 进 行 。 先 在800 850 预 热 (以 免 引 起 大 的 热 应 力 )， 然 后 迅 速 加 热 到 淬 火 温 度1190 1290 （ 不 同 牌
18、 号 实 际 使 用 时 温 度 有 区 别 ） ， 后 油 冷 或 空 冷 或 充 气 体冷 却 。 淬 火 后 因 内 部 组 织 还 保 留 一 部 分 (约 30%)残 余 奥 氏 体 没 有 转 变 成 马氏 体 ， 影 响 了 高 速 钢 的 性 能 。 为 使 残 余 奥 氏 体 转 变 ， 进 一 步 提 高 硬 度 和 耐 磨性 ， 一 般 要 进 行 2 3 次 回 火 ， 回 火 温 度 560 ， 每 次 保 温 1 小 时 。五、高韧性冷作模具钢1.6W6Mo5Cr4V 钢（降碳高速钢）性能：碳化物含量减少，在保证高硬度、高耐磨性的同时，提高了钢的抗弯强度、塑性和韧性
19、。但易产生脱碳，耐磨性差。热处理工艺：锻造、退火、淬火、回火。72.基体钢指成分与高速钢正常淬火组织中的基体成分相同的钢。65Cr4W3Mo2VNb 钢性能：加入少量 Nb，形成稳定的 NbC，阻止奥氏体晶粒长大，同时具有高速钢的强度、硬度、耐磨性，又有较好的韧性。热加工工艺：锻造、退火、淬火、回火。3.6CrNiSiMnMoV 钢（高强韧性低合金冷作模具钢）性能：降低了碳含量，新增了 Ni、Si 元素，碳化物偏析小，韧性好，但耐磨性略低。六、高耐磨高韧性冷作模具钢1.9Cr6W3Mo2V2（GM）钢性能：高耐磨，高韧性热加工工艺2.Cr8MoWV3Si 钢性能：增加了碳含量和碳化物元素的含量
20、，颗粒细小，分布均匀，强度、韧性、耐磨性均好。2.3 特殊用途冷作模具材料一、特俗用途冷作模具钢1.9Cr18 耐蚀冷作模具钢性能：高碳、高铬，马氏体中铬含量高，高硬度、高耐磨性、良好的耐蚀性。2.7Mn15Cr2Al3V2WMo 无磁模具钢性能：高硬度、强度、耐磨性、Mn 含量高，磁导率低，不易被磁化。二、硬质合金1.金属陶瓷硬质合金将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（WC、TIC）和粘结剂（Co、Ni）混合后，加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料性能：高硬度、高度抗压强度和高的耐磨性，2.钢结硬质合金以 WC、TiC 等为硬质相，以合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法加工而成的模具材料。性能：
21、高硬度、高耐磨性、高抗压性、高韧性。2.4 冷作模具的选材及热处理特点一、冲裁模的选材及热处理选材1.薄板冲裁模根据生产批量、尺寸大小、复杂程度。2.厚板冲裁模特点：刃口易磨损，凸模易崩刃、折断。性能：具有较高的强韧性和高的耐磨性。二、冷镦模的选材及热处理特点1.轻载冷镦模2.重载冷镦模三、冷挤压模具的选材及热处理特点81.冷挤压模选材性能：要求具有高强韧性、高耐磨性、一定的抗回火软化能力。选材：碳素工具钢适合挤压应力小，批量不大的正挤压模具；Cr12 应用普遍；高速钢适合制作承受高挤压负荷的反挤压凸模；硬质合金适用于大批量生产的冷挤压模具。2.冷拉深模的选材及热处理特点性能：具有良好的耐磨性
22、能和抗粘附性能。选材：小批量生产 T8A T10A CrWMn 大批量生产，易磨损部位用镶嵌模块方式解决。 第 3 章 热作模具材料3.1 热作模具的工作条件及性能要求一、锤锻模锤锻模是热锻模的一个种类，段模模膛制成与所需锻件凹凸相反的相应形状，并作合适的分型。将锻件坯料加热到金属的再结晶温度上的锻造温度范围内，放在锻模上，再利用锻造设备的压力将坯料锻造成带有飞边或极小飞边的锻件。根据使用设备的不同，锻模分锤锻模、机械压力机锻模、螺旋压力机锻模、平锻模等。锻模对高温状态下的金属进行加工，工作条件较差，需承受反复冲击载荷和冷热交变作用，产生很高的应力。金属流动时还会长生摩擦效应。因此模具在作业条
23、件下应具有高的强度、硬度、耐磨性、韧性、耐氧化性、热传导性和耐冷热疲劳性。二、热挤压模热 挤 压 是 塑 性 的 金 属 坯 料 在 压 力 的 作 用 下 通 过 挤 压 模 具 型 腔 形 成 所 要 求形 状 的 型 材 或 管 材 的 过 程 。工 作 条 件 ： 高 温 、 高 压 、 磨 损 和 热 疲 劳 等 恶 劣 条 件 下 服 役 的 。失 效 形 式 ： 主 要 是 破 裂 、 磨 损 、 冲 刷 腐 蚀 、 过 热 和 热 疲 劳 裂 纹 等 原 因 造成 的 。性能要求：高的热稳定性、冷热疲劳抗力、高耐磨性、高强度、足够的韧性。三、压铸模压 力 铸 造 简 称 压 铸
24、 ， 是 一 种 将 熔 融 合 金 液 倒 入 压 室 内 ， 以 高 速 充 填 钢 制模 具 的 型 腔 ， 并 使 合 金 液 在 压 力 下 凝 固 而 形 成 铸 件 的 铸 造 方 法 。定 模 ： 固 定 在 压 铸 机 定 模 安 装 板 上 ， 有 直 浇 道 与 喷 嘴 或 压 室 联 接 动 模 ： 固 定 在 压 铸 机 动 模 安 装 板 上 ， 并 随 动 模 安 装 板 作 开 合 模 移 动 合 模时 ， 闭 合 构 成 型 腔 与 浇 铸 系 统 ， 液 体 金 属 在 高 压 下 充 满 型 腔 ； 开 模 时 ， 动 模与 定 模 分 开 ， 借 助 于
25、 设 在 动 模 上 的 推 出 机 构 将 铸 件 推 出 .主 要 失 效 形 式 ： 热 疲 劳 开 裂 、 热 磨 损 和 热 溶 蚀 。9性 能 要 求 ： 高 的 耐 热 性 、 耐 冷 热 疲 劳 性 、 高 的 导 热 性 、 抗 氧 化 性 、 耐 蚀性 、 高 的 淬 透 性 。四 、 热 冲 切 模主要失效模式：刃口磨损、崩刃、卷边性能要求：高耐磨、高硬度、热硬性、强韧性、良好的工艺性。3.2 热作模具用刚一、热锻模用钢1.5CrNiMo 钢 2.5CrMnMo 钢3.4CrMnSiMoV 钢 4.5Cr2NiMoVSi 钢二、热挤压模具钢1.钨系热作模具钢2.铬系热作模
26、具钢3.铬钼钢及钨钼钢三、高耐热模具钢3Cr2W8V 钢3.3 热作模具的选材及热处理特点一、热锻模的选材1.5CrNiMo 钢 2.5CrMnMo 钢3.4CrMnSiMoV 钢 4.5Cr2NiMoVSi 钢热处理特点：退火、淬火、回火二、热挤压模的选材及热处理3Cr2W8、4Cr5MoSiV1 等热处理：预备热处理、退火、高温调质淬 火 +高 温 回 火 =调 质 ， 调 质 是 淬 火 加 高 温 回 火 的 双 重 热 处 理 ， 其 目的 是 使 工 件 具 有 良 好 的 综 合 机 械 性 能 。时 效 处 理 ： 为 了 消 除 精 密 量 具 或 模 具 、 零 件 在 长
27、 期 使 用 中 尺 寸 、 形 状 发生 变 化 ， 常 在 低 温 回 火 后 （ 低 温 回 火 温 度 150-250 ） 精 加 工 前 ， 把 工 件 重新 加 热 到 100-150 ， 保 持 5-20 小 时 ， 这 种 为 稳 定 精 密 制 件 质 量 的 处 理 ， 称为 时 效 。三 、 压 铸 模 的 选 材 及 热 处 理材 料 ： 锌 合 金 、 铝 或 镁 合 金 、 铜 合 金 和 钢 铁 四 大 类处 理 ：去 应 力 退 火 ： 将 钢 件 加 热 到 稍 高 于 Ac1 的 温 度 ， 保 温 一 定 时 间 后 随 炉冷 却 到 550600 出 炉
28、 空 冷 的 热 处 理 工 艺 称 为 去 应 力 退 火 。 去 应 力 加 热 温 度低 ， 在 退 火 过 程 中 无 组 织 转 变 ， 主 要 适 用 于 毛 坯 件 及 经 过 切 削 加 工 的 零 件 ，目 的 是 为 了 消 除 毛 坯 和 零 件 中 的 残 余 应 力 ， 稳 定 工 件 尺 寸 及 形 状 ， 减 少 零 件在 切 削 加 工 和 使 用 过 程 中 的 形 变 和 裂 纹 倾 向 。球 化 退 火 ： 将 钢 加 热 到 稍 低 于 或 稍 高 于 Ac1 的 温 度 或 者 使 温 度 在 A1上 下 周 期 变 化 ， 然 后 缓 冷 下 来 。
29、 目 的 在 于 使 珠 光 体 内 的 片 状 渗 碳 体 以 及 先 共析 渗 碳 体 都 变 为 球 粒 状 ， 均 匀 分 布 于 铁 素 体 基 体 中 (这 种 组 织 称 为 球 化 珠 光体 )。淬 火回 火10第 4 章 塑 料 模 具 材 料4.1 塑 料 模 具 的 工 作 条 件 、 失 效 形 式 及 性 能 要 求一 、 塑 料 模 具 的 失 效 形 式磨 损 、 腐 蚀 、 变 形 、 断 裂二 、 塑 料 模 具 材 料 的 性 能 要 求1.较 高 的 耐 热 性 ； 2.足 够 的 强 度 和 硬 度 ； 3.良 好 的 耐 蚀 性 ；4.良 好 的 耐
30、磨 性 ； 5.良 好 的 切 削 加 工 性 ； 6.良 好 的 镜 面 抛 光 性 ；7.良 好 的 电 加 工 性 ； 8.良 好 的 花 纹 图 案 光 蚀 性 。4.2 塑 料 模 具 用 钢渗 碳 型 塑 料 模 具 钢 、 调 制 型 塑 料 模 具 钢 、 淬 硬 型 塑 料 模 具 钢 、 预 硬 型 塑料 模 具 钢 、 耐 腐 蚀 塑 料 模 具 钢 、 时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 钢 。一 、 塑 料 模 具 钢 特 点1.渗 碳 型 塑 料 模 具 钢0Cr4NiMoV（ LJ） 钢 、 12CrNiA 钢2.淬 硬 型 塑 料 模 具 钢碳 素 工 具 钢
31、、 低 合 金 冷 作 模 具 钢 、 Cr12、 高 速 钢 、 基 体 钢3. 预 硬 型 塑 料 模 具 钢3Cr2Mo（ P20） 系 列 钢 、 5CrNiMnMoVSCa 钢 、 8Cr2MnWMoV5 钢4.时 效 硬 化 塑 料 模 具 钢18Ni、 25CrNi3MoAl 钢 、 06Ni6CrMoVTiAl（ 06Ni） 钢 、 PMS 钢4.3 塑 料 模 具 的 选 材 及 热 处 理 特 点一 、 塑 料 模 具 的 选 材1.根 据 塑 料 制 品 种 类 和 质 量 要 求 选 材 ；2.根 据 塑 料 生 产 批 量 选 材 ；3.根 据 塑 料 模 的 加 工
32、 方 法 选 材 ；4.根 据 塑 料 件 的 尺 寸 大 小 及 精 度 要 求 选 材 ；5.模 具 的 制 造 难 度 和 交 货 期 限 。11二 、 塑 料 模 具 的 热 处 理 特 点要 求 ：1.合 适 的 工 作 硬 度 和 足 够 的 韧 性 ；2.确 保 淬 火 微 小 变 形 ；3.表 面 无 缺 陷 ， 易 抛 光 ；4.足 够 的 强 度 。热 处 理 特 点 ：1.渗 碳 钢 热 处 理 渗 碳 技 术 要 求 ； 渗 碳 工 艺 要 求 。2.淬 硬 钢 塑 料 模 热 处 理热 处 理 变 形 小 ， 型 腔 面 光 洁 。3.预 硬 钢 塑 料 模 热 处
33、理先 球 化 退 火 ， 消 除 锻 造 应 力 ， 获 得 球 状 珠 光 体 组 织 。4.失 效 硬 化 钢 塑 料 模 热 处 理先 固 溶 处 理 ， 再 进 行 失 效 处 理 。第 5 章 金 属 切 削 知 识5.1 切 削 运 动 与 切 削 要 素5.2 刀 具 切 削 部 分 的 基 本 定 义1切削运动与切削用量（1）掌握工件上的三个表面（待加工表面、加工表面、已加工表面）（2）掌握切削运动（主运动、进给运动、合成切削运动）（3）掌握切削用量三要素（切削速度、进给量、背吃刀量）2刀具切削部分的基本定义（1）掌握刀具标注角度的参考系（2）掌握刀具工作角度的参考系掌握进给运
34、动对工作角度的影响；掌握刀具安装对工作角度的影响（3）掌握刀具的标注角度了解主剖面与法剖面的角度换；了解主剖面与任意剖面的角度换算3切削层参数与切削形式掌握切削层参数的内容、几种切削形式的概念5.3 刀 具 材 料1掌握刀具材料应具备的性能2掌握常用刀具材料：（1）高速钢 （2）硬质合金3了解其它刀具材料：涂层刀具、陶瓷、人造金刚石与立方氮化硼重点掌握常用高速钢的牌号、性能及选用；常用硬质合金的牌号、性能及选用。12第 6 章 金属切削过程6.1 切削的形成及切屑类型1.切 屑 的 形 成金 属 切 屑 的 形 成 过 程 与 用 刀 具 把 一 叠 卡 片 1、 2、 3、 4、 等 推 到
35、 1、 2、 3、 4、 等 位 置 的 情 形 相 似 ， 卡 片 之 间 相 互 滑 移 即 表 示 金 属 切 削 区域 的 剪 切 变 形 经 过 这 种 变 形 以 后 ,切 屑 从 刀 具 前 面 上 流 过 时 又 在 刀 、 屑 界 面处 产 生 进 一 步 的 摩 擦 变 形 。 通 常 ， 切 屑 的 厚 度 比 切 削 厚 度 大 ， 而 切 屑 的 长 度比 切 削 长 度 短 ， 这 种 现 象 就 叫 切 屑 变 形 。 金 属 被 刀 具 前 面 所 挤 压 而 产 生 的 剪切 变 形 是 金 属 切 削 过 程 的 特 征 。 由 于 工 件 材 料 刀 具
36、和 切 削 条 件 不 同 ,切 屑 的变 形 程 度 也 不 同 ,因 此 可 以 得 到 各 种 类 型 的 切 屑 。2.切 屑 力切 削 时 刀 具 的 前 面 和 后 面 上 都 承 受 法 向 力 和 摩 擦 力 ， 这 些 力 组 成 合 力F， 在 外 圆 车 削 时 ,一 般 将 这 个 切 削 合 力 F 分 解 成 三 个 互 相 垂 直 的 分 力 （ 图3切 削 合 力 和 分 力 ） ： 切 向 力 F 它 在 切 削 速 度 方 向 上 垂 直 于 刀 具 基 面 ，常 称 主 切 削 力 ； 径 向 力 F 在 平 行 于 基 面 的 平 面 内 ,与 进 给
37、方 向 垂 直 ,又称 推 力 ； 轴 向 力 F 在 平 行 于 基 面 的 平 面 内 ,与 进 给 方 向 平 行 ,又 称 进 给力 。 一 般 情 况 下 ,F 最 大 ,F 和 F 较 小 ,由 于 刀 具 的 几 何 参 数 刃 磨 质 量 和 磨 损 情况 的 不 同 和 切 削 条 件 的 改 变 ， F、 F 对 F 的 比 值 在 很 大 的 范 围 内 。3.积 屑 瘤在 用 低 、 中 速 连 续 切 削 一 般 钢 材 或 其 他 塑 性 材 料 时 ,切 屑 同 刀 具 前 面 之间 存 在 着 摩 擦 ,如 果 切 屑 上 紧 靠 刀 具 前 面 的 薄 层 在
38、 较 高 压 强 和 温 度 的 作 用 下 ，同 切 屑 基 体 分 离 而 粘 结 在 刀 具 前 面 上 ,再 经 层 层 重 叠 粘 结 ,在 刀 尖 附 近 往 往会 堆 积 成 一 块 经 过 剧 烈 变 形 的 楔 状 切 屑 材 料 ， 叫 做 积 屑 瘤 。 积 屑 瘤 的 硬 度 较基 体 材 料 高 一 倍 以 上 ， 实 际 上 可 代 替 刀 刃 切 削 。 积 屑 瘤 的 底 部 较 稳 定 ， 顶 部同 工 件 和 切 屑 没 有 明 显 的 分 界 线 ,容 易 破 碎 和 脱 落 ,一 部 分 随 切 屑 带 走 ， 一13部 分 残 留 在 加 工 表 面
39、上 ， 从 而 使 工 件 变 得 粗 糙 。 所 以 在 精 加 工 时 一 定 要 设 法避 免 或 抑 制 积 屑 瘤 的 形 成 。6.2 切削力切削用量 定义 ：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这三者又称切削用量三要素。 切削速度 v： 在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。 v = dn / 1000 ( m / min ) 式中 d - 完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm） n - 主运动的转速（r / min） 进给量 f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量。 vf = n * f （mm / min） 切削深度 a
40、p：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。 对于外圆车削 ap = （ dw - dm) / 2 (mm) 对于钻孔 ap = dm / 2 (mm) 式中 dw - 工件加工前直径(mm)； dm - 工件加工后直径(mm)。6.3 切屑温度与切削液1.切 屑 温 度切 削 过 程 中 切 削 区 各 处 的 温 度 是 不 同 的 ， 形 成 一 个 温 度 场 切 屑 和 工 件 的温 度 分 布 ， 这 个 温 度 场 影 响 切 屑 变 形 、 积 屑 瘤 的 大 小 、 加 工 表 面 质 量 、 加 工精 度 和 刀 具 的 磨 损 等 ， 还 影 响 切 削 速 度 的 提
41、 高 。 一 般 说 来 ， 切 削 区 的 金 属 经过 剪 切 变 形 以 后 成 为 切 屑 ,随 之 又 进 一 步 与 刀 具 前 面 发 生 剧 烈 摩 擦 ,所 以 温 度场 中 温 度 分 布 的 最 高 点 不 是 在 正 压 力 最 大 的 刃 口 处 ， 而 是 在 前 面 上 距 刃 口 一段 距 离 的 地 方 。 切 削 区 的 温 度 分 布 情 况 ， 须 用 人 工 热 电 偶 法 或 红 外 测 温 法 等测 出 。 用 自 然 热 电 偶 法 测 出 的 温 度 仅 是 切 削 区 的 平 均 温 度 。 2. 切 屑 液 也 称冷 却 润 滑 液 ， 用
42、 于 减 少 切 削 过 程 中 的 摩 擦 和 降 低 切 削 温 度 ， 以 提 高 刀 具 寿 命 、加 工 质 量 和 生 产 效 率 。 常 用 的 切 削 液 有 切 削 油 、 乳 化 液 和 化 学 切 削 液 3 类 。6.4 刀具失效及刀具耐用度刀 具 在 切 削 时 的 磨 损 是 切 削 热 和 机 械 摩 擦 所 产 生 的 物 理 作 用 和 化 学 作 用的 综 合 结 果 。 刀 具 磨 损 表 现 为 在 刀 具 后 面 上 出 现 的 磨 损 带 、 缺 口 和 崩 刃 等 ，前 面 上 常 出 现 的 月 牙 洼 状 的 磨 损 ， 副 后 面 上 有 时
43、 出 现 的 氧 化 坑 和 沟 纹 状 磨 损等 。 当 这 些 磨 损 扩 展 到 一 定 程 度 以 后 就 引 起 刀 具 失 效 ， 不 能 继 续 使 用 。 刀 具逐 渐 磨 损 的 因 素 ， 通 常 有 磨 料 磨 损 、 粘 着 磨 损 、 扩 散 磨 损 、 氧 化 磨 损 、 热 裂磨 损 和 塑 性 变 形 等 。 在 不 同 的 切 削 条 件 下 ， 尤 其 是 在 不 同 切 削 速 度 的 条 件 下 ，刀 具 受 上 述 一 种 或 几 种 磨 损 机 理 的 作 用 。 例 如 ， 在 较 低 切 削 速 度 下 ， 刀 具 一般 都 因 磨 料 磨 损
44、或 粘 着 磨 损 而 破 损 ； 在 较 高 速 度 下 ， 容 易 产 生 扩 散 磨 损 、 氧化 磨 损 和 塑 性 变 形 。 14刀 具 寿 命 刀 具 由 开 始 切 削 达 到 刀 具 寿 命 判 据 以 前 所 经 过 的 切 削 时 间 叫做 刀 具 寿 命 (曾 称 刀 具 耐 用 度 )， 刀 具 寿 命 判 据 一 般 采 用 刀 具 磨 损 量 的 某 个 预定 值 ， 也 可 以 把 某 一 现 象 的 出 现 作 为 判 据 ， 如 振 动 激 化 、 加 工 表 面 粗 糙 度 恶化 ， 断 屑 不 良 和 崩 刃 等 。 达 到 刀 具 寿 命 后 ， 应
45、将 刀 具 重 磨 、 转 位 或 废 弃 。 刀具 在 废 弃 前 的 各 次 刀 具 寿 命 之 和 称 为 刀 具 总 寿 命 。6.5 工件材料的切削加工工艺性指 零 件 被 切 削 加 工 成 合 格 品 的 难 易 程 度 。 它 根 据 具 体 加 工 对 象 和 要 求 ，可 用 刀 具 寿 命 的 长 短 、 加 工 表 面 质 量 的 好 坏 、 金 属 切 除 率 的 高 低 、 切 削 功 率的 大 小 和 断 屑 的 难 易 程 度 等 作 为 判 据 。 在 生 产 和 实 验 研 究 中 ， 常 以 作 为 某 种材 料 的 切 削 加 工 性 的 指 标 ， 它
46、 的 含 义 是 ： 当 刀 具 寿 命 为 分 钟 时 ,切 削 该 材 料所 允 许 的 切 削 速 度 。 越 高 ， 表 示 加 工 性 越 好 ,一 般 取 60、 30、 20 或 10 分 钟 。第 7 章 金 属 切 削 机 床 及 切 屑 加 工7.1 金 属 切 削 机 床 的 分 类 及 基 本 构 造金属切削机床是用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机床（手携式的除外） 。 金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别。7.2 常 用 机 床 概 述车 削 加 工 是 利 用 工 件 的 旋 转 和 刀 具 的 直
47、线 移 动 加 工 工 件 的 ， 在 车 床 上 可以 加 工 各 种 回 转 表 面 。 由 于 车 削 加 工 具 有 高 的 生 产 率 ， 广 泛 的 工 艺 范 围 以 及可 得 到 较 高 的 加 工 精 度 等 特 点 ， 所 以 车 床 在 金 属 切 削 机 床 中 占 的 比 例 最 大 ，约 占 机 床 总 数 的 20-35%， 车 床 是 应 用 最 广 泛 的 金 属 切 削 机 床 之 一 。 下 面 以常 见 的 CA6140 型 普 通 机 床 为 例 来 分 析 车 床 的 组 成 及 加 工 特 点 。 车 床一 、 CA6140 型 普 通 机 床 C
48、A6140 型 普 通 机 床 是 普 通 精 度 级 机 床 。 （ 一 ） 机 床 的 组 成 其 主 要 部 件 如 下 ： 15（ 1） 主 轴 箱 用 来 支 承 主 轴 并 通 过 变 换 主 轴 箱 外 部 手 柄 的 位 置 （ 变 速 机构 ） ， 使 主 轴 获 得 多 种 转 速 。 装 在 主 轴 箱 里 的 主 轴 是 一 空 心 件 ， 用 来 通 过 棒料 。 主 轴 通 过 装 在 其 端 部 的 卡 盘 或 其 他 夹 具 上 带 动 工 件 旋 转 。 （ 2） 挂 轮 箱 是 把 主 轴 的 转 动 传 给 进 给 箱 ， 调 换 箱 内 的 齿 轮 并
49、与 进 给 箱相 配 合 ， 可 获 得 各 种 不 同 的 进 给 量 或 加 工 各 种 不 同 的 螺 纹 。 （ 3） 进 给 箱 （ 走 刀 箱 ） 主 轴 的 转 动 通 过 进 给 箱 内 的 齿 轮 机 构 传 给 光 杠或 丝 杠 。 变 换 箱 体 外 面 的 手 柄 位 置 ， 可 使 光 杠 或 丝 杠 得 到 不 同 的 转 速 。 （ 4） 溜 板 箱 通 过 其 中 的 转 换 机 构 将 光 杠 或 丝 杠 的 转 动 变 为 拖 板 的 移 动 。经 拖 板 实 现 纵 向 或 横 向 进 给 运 动 。 大 拖 板 使 车 刀 作 纵 向 运 动 ； 中 拖 板 使 车 刀作 横 向 运 动 ； 小 拖 板 纵 向 车 削 短 工 件 或 绕 中 拖 板 转 过 一 定 角 度 来 加 工 锥 体 ，也 可 以 实 现 刀 具 的 微 调 。 （ 5） 刀 架 用 来 装 夹 刀 具 。 （ 6） 尾 座 安 装 在 床 身 右 端 的 导 轨 上 ， 其 位 置 可 根 据 需 要 左 右 调 节 。 它
