冷沖壓模具選材制造與壽命-課件

冷沖壓模具.選材.制造.與

（結(jié)合部分工作實例）2020/12/271冷沖壓模具.選材.制造.與

（結(jié)合部分工作實例）2020/一、前言：過去由于被加工材料的單一化和沖床加工速度的放慢，大多數(shù)的模具失效現(xiàn)象不經(jīng)常出現(xiàn)。近來生產(chǎn)技術(shù)已有了顯著地提高，為了改進產(chǎn)品精度及生產(chǎn)效率，人們對機器設備和工廠設置已越來越注重。并對降低生產(chǎn)成本和提高利潤非常強調(diào)。用高速沖床迅速將不易加工材料即時制成零件的現(xiàn)象已很普遍。模具設計、模具制作方法、模具材料及被加工材料是增進生產(chǎn)效率和減少生產(chǎn)成本的重大因素。為獲得最佳生產(chǎn)效率，同時掌握模具材料選擇和模具制造方面知識也是必不可少的。2020/12/272一、前言：2020/12/272精品資料精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”冷沖壓模具選材制造與壽命-ppt課件精品資料5精品資料5你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”66二、沖壓模具要求：

模具壽命受許多因素影響，這些因素如下；１、模具設計：●尺寸●鑲塊●厚度●復雜性２、模具材料●硬度●碳化物數(shù)量／大小／硬度●淬透性３、熱處理：●預熱●溫度／時間●淬火介質(zhì)●零下處理●表面處理４、模具制作：●機械加工●線割加工●研磨加工●拋光、補焊2020/12/277二、沖壓模具要求：

模具壽命受許多因素影響，這些因素如下；１二、沖壓模具要求：

模具壽命受許多因素影響，這些因素如下；５、被加工材料：●種類●硬度●硬質(zhì)顆?！裱诱剐浴窈穸取癖砻驽兡ぃ?、生產(chǎn)狀態(tài)：●模具間隙●潤滑作用●設備穩(wěn)定性●沖壓速度７、模具維修：●再研磨●清理●拋光●補焊●應力回火2020/12/278二、沖壓模具要求：

模具壽命受許多因素影響，這些因素如下；５三、材料失效原理

從許多不同模具用途中，檢驗大批模具材料的失效結(jié)果顯示，在冷作模具使用過程中會遇到５個主要的失效結(jié)果：2.爆模3.朔性變形2020/12/279三、材料失效原理

從許多不同模具用途中，檢驗大批模具材料三、材料失效原理

從許多不同模具用途中，檢驗大批模具材料的失效結(jié)果顯示，在冷作模具使用過程中會遇到５個主要的失效結(jié)果：4.破裂/整體破裂5.粘著2020/12/2710三、材料失效原理

從許多不同模具用途中，檢驗大批模具材料被加工材料模具運動方向切削顆粒磨損四、失效機理與工具鋼性能的關(guān)系：

１、磨粒磨損：

當被加工材料很硬以及／或者其中含有很硬的氧化物或碳化物顆粒時，這類磨損現(xiàn)象非常明顯。這些硬質(zhì)顆粒擦傷模具表面模具鋼抵抗磨粒磨損所需具備的主要性能是：●高硬度●大量的碳化物●碳化物的硬度很高●大的碳化物顆粒2020/12/2711被加工材料模具運動方向切削顆粒磨損四、失效機理與工具鋼性能的２、粘著磨損：引起粘著磨損的原因是模具表面與被加工材料間的局部點焊現(xiàn)象（如圖）模具與被加工材料間的相對運動將引起微點焊的再次撕開以及模具表面出現(xiàn)小碎片的脫落。像這樣的持續(xù)，模具材料的損失最終導致了模具的明顯磨損。被撕落的模具表面碎片也會粘著在被加工材料，同樣會造成模具表面的磨粒磨損。(不銹鋼材料生產(chǎn)加揮發(fā)油）３、崩角崩角大部分是在模具早期使用時發(fā)生的現(xiàn)象。是低周期疲勞機理中的一種。在模具工作表面首先出現(xiàn)一些小裂紋，隨著裂紋的逐漸長大最終導致材料成片崩出。４、塑性變形：●當工具鋼所受應力超過其屈服強度時會發(fā)生塑性變形。塑性變形會對模具工作面引起損害或使其形狀發(fā)生變化。高硬度是工具鋼抗塑性變形的一種主要性能。2020/12/2712２、粘著磨損：2020/12/2712５、破裂：破裂是一種自發(fā)的失效機理，其通常會導致模具的更換，裂紋不穩(wěn)定的擴展起這類失效的原因。裂紋的產(chǎn)生都是由于應力集中所造成。便如：研磨刮痕，機械加工痕跡或者是設計上的尖角或倒角。（制造實際要求）另外，在模具表面的電火花白層也是引起破裂的一個常見原因：工具鋼抵抗破裂所需具備的性能是：●低的硬度●高的顯微組織韌性注意：降低硬度對工具鋼在抵抗其它失效機理方面會產(chǎn)生不利影響，因此采用低硬度不是一個好的方法，更好的方法是鋼材具備優(yōu)良顯微組織韌性。2020/12/2713５、破裂：2020/12/2713五、工具鋼的主要性能：

因為各種鋼種的材料都具有不同性能，所以每種工具鋼對于各類失效機理的抗力也隨不同的鋼種，而發(fā)生變化，工具鋼的性能在相當大程度上取決于化學成份及其生產(chǎn)方法。2020/12/2714五、工具鋼的主要性能：

因為各種鋼種的材料都具有不美國/日本/一勝百/冷作常用工具鋼化學元素成份表：鋼種化學成份AISIJISASSABCSiMnCrMoWV01SKS3DF-2DF30.950.31.10.6—0.60.1A2SKD12XW-101.00.30.65.31.1—0.2D2SKD11XW-41XW-421.550.30.411.80.8—0.8D6XW-52.050.30.812.7—1.3—M3:2ASP231.270.50.34.25.06.43.1特殊VANADIS-102.951.00.58.01.5—9.8M2SKH51KN-20.88－—4.25.06.41.92020/12/2715美國/日本/一勝百/冷作常用工具鋼化學元素成份表：化學成份A2、工具鋼抵抗失效機理的特性比較：鋼種磨粒貼著磨損崩角/斷裂塑性變形01SKS3DF-2DF3A2SKD12XW-10D2SKD11XW-41XW-42D6XW-5M3:2ASP23特殊VANADIS-10（條柱長，抵抗性越好）

2020/12/27162、工具鋼抵抗失效機理的特性比較：磨粒貼著磨損崩角/斷裂塑性六、工具鋼的選擇：在實際用途中工具鋼是一根據(jù)模具主要失效機理進行選擇的。選擇工具鋼僅僅擁有鋼材性能方面的知識是遠遠不夠的。還必需考慮生產(chǎn)零件的數(shù)量。被加工材料的類型，厚度及其硬度等因素。選擇工具鋼的一種基本方法是先把除磨損外的其他，失效機理全部排除，然后選擇具備最適合耐磨損性的工具鋼，以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)量的要求。

2020/12/2717六、工具鋼的選擇：2020/12/2717下面一引起簡裝的例子顯示如何有步驟的選擇工具鋼。

1、磨損類型的判定：必須認真考慮下列被加工材料的特性，并以此確定何種主要磨損磨粒，粘著或混合）將會發(fā)生：●被加工材料類型●被加工材料硬度●被加工材料中是否有硬顆粒存在這是非?；镜牟襟E，因為通過這樣才能確定工具鋼應該具備何種抗磨損能力。2020/12/2718下面一引起簡裝的例子顯示如何有步驟的選擇工具鋼。

1、磨損類2、崩角或塑性變形的發(fā)生下列條項將說明工具鋼發(fā)生崩角和/或塑性變形的危險程度，也就是說材料是否需要高的韌性和/或高的硬度：●工具用途類型●被加工材料的厚度和硬度●生產(chǎn)零件的幾何復雜程度/模具設計制造需有這方面經(jīng)驗。2020/12/27192、崩角或塑性變形的發(fā)生2020/12/27193、破裂的風險下列條項將說明工具鋼出現(xiàn)破裂的風險程度，也就是說用戶是否應該選用高韌性工具鋼和/或中等硬度水平的工具鋼?！衲＞邞妙愋汀裆a(chǎn)零件的幾何形狀●模具設計和模具尺寸●被加工材料的厚度和硬度2020/12/27203、破裂的風險2020/12/27204、生產(chǎn)零件的數(shù)量高生產(chǎn)數(shù)量有時需要不只一副模具才能滿足產(chǎn)量需求，因此需要高壽命的工具鋼，以達到模具的整體經(jīng)濟效益，另外，低產(chǎn)量要求的模具可使用低合金工具鋼。2020/12/27214、生產(chǎn)零件的數(shù)量2020/12/27215、工具鋼的選擇利用表2中的內(nèi)容，選擇工具鋼，具備克服主要失效機理合適性能。工具鋼選擇的步驟請參考下列應用實例：●已熱處理過（45HRC）?。?.5mm）鋼帶的沖壓(1)磨粒磨損將成為主要的磨損機理(2)對于形狀簡單的零件而言，工具產(chǎn)生崩角或破裂的危險很小，隨著零件形狀的越來越復雜，其危險性也相應增大。(3)如果模具硬度足夠高，產(chǎn)生塑性變形的危險是很小的。當零件形狀簡單且生產(chǎn)數(shù)量不大時，對于中等尺寸的模具而言DF-2，DF-3鋼足以勝任。但對于大尺寸模具而言，由于淬透性的原因就需要選用高合金鋼材，在這里CALMAX鋼將是一個良好的選擇。2020/12/27225、工具鋼的選擇利用表2中的內(nèi)容，選擇工具鋼，具備克服主要當零件形狀相對簡單，而模具要求壽命長及抗磨粒磨損時，選XW-41，XW-42是一個好的選擇。而當零件形狀復雜時，則由于破裂危險的增高，ASP23是很好的選擇。若模具壽命要求很長則必須具備極高的抗磨粒磨損能力，在此就該選擇VANADIS-10（無論零件形狀簡單或復雜均可勝任）?！褴浀模?50HV）奧氏體不銹鋼厚板（5mm）的沖壓(1)粘著磨損是主要磨損機理(2)存在明顯的破裂或崩角風險(3)模具存在一定的塑性變形危險，對此可通過提高工具鋼硬度和韌性來克服對于無論零件形狀如何，但模具壽命要求短的問題，CALMAX是一個完美的選擇。對于無論零件形狀如何，但壽命要求較長或很長的情況，VANADIS是一個明智的選擇。2020/12/2723當零件形狀相對簡單，而模具要求壽命長及抗磨粒磨損時，選XW-6、根據(jù)產(chǎn)品批量選擇工具鋼有關(guān)模具工作壽命，中，長的定義是靠經(jīng)驗的。通常情況下，低壽命定義為100，000件以下產(chǎn)量，中壽命為100，000至1，000，000件產(chǎn)量，長壽命為1，000，000件以上產(chǎn)量。然而，這種定義法并未考慮到被加工材料的厚度和硬度因素，而這兩種因素又會對模具的磨損，崩角或破裂產(chǎn)生影響。為彌補這些不足，新的工作壽命定義如下所述：短工作壽命：一副低合金制造的模具，就能生產(chǎn)所需的產(chǎn)品數(shù)量。中工作壽命：一副由中等壽命制造的模具，就能生產(chǎn)所需的數(shù)量。長工作壽命：必須使用不止一副模具，才能滿足產(chǎn)量的要求，這時就必須使用高壽命工具鋼。ASSAB冷作工具鋼按短，中，長工作壽命分成三組：短工作壽命鋼：CARMO/CALMAX，DF-2，DF-3中工作壽命鋼：CALMAX，XW-10，XW-41，XW-42;SKD11長工作壽命鋼：VANDIS4，ASP-23，XW-5，VANADIS102020/12/27246、根據(jù)產(chǎn)品批量選擇工具鋼2020/12/2724七、模具制作工具鋼能在維修最少，故障率最少的情況下獲得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，這并不僅僅是選擇正確模具鋼，正確的模具制作也是極其重要的。如果在這方面不能做好，那么在模具生產(chǎn)過程中將會發(fā)生許多問題。正如前面章節(jié)中提到：失效機理會由于不合適的模具制作而增多，不正確的模具制作會導致工具使用壽命嚴重降低。2020/12/2725七、模具制作工具鋼能在維修最少，故障率最少的情況下獲得優(yōu)質(zhì)的1、基本的工具設計：無用多言，模具必須適當設計才能勝任將來的工作。當然，如果模具由于被加工材料很厚且很硬而處于嚴重負載狀態(tài)，那么即使考慮模具設計和被加工材料厚度也可能無濟于事。下列有關(guān)模具設計方面的基本建議其作用在于避免工具在熱處理或使用中的早期失效?！褡銐虻目傮w尺寸以確?；镜哪＞邚姸群椭巍癖苊饧饨牵M可能用圓角替代?！駪苊庠谀＞咴O計中鄰近區(qū)域厚薄相差懸殊?！癖苊庥捎趬褐?，粗加工或切削刀痕等潛在因素造成的應力增加?！裨诳锥磁c模具表面之間保留充足的厚度?！駥τ谛螤顝碗s的模具通常最好采用拼塊組合，由此可以減少熱處理風險并且易于矯正和替換。2020/12/27261、基本的工具設計：2020/12/27262、脫碳層：在模具鋼棒的生產(chǎn)過程中，要阻止表層不被脫碳和氧化是不可能的。鋼棒的脫碳程度取決于鋼材的成份，同時也取決于加熱方法。有時鋼棒上并沒有完全被脫碳的表層，但卻有可能在表面的某一區(qū)域出現(xiàn)含碳量低于平均水平的情況。在鋼棒制成模具之前，去除表面脫碳層是很重要的。如果不進行這道工序，將發(fā)生下列情況：●模具可能在熱處理（淬火）或生產(chǎn)過程中破裂●模具工作面會發(fā)生塑性變形●模具耐磨性下降由于電火花的關(guān)系，鋼材表面脫碳層的去除也很重要。那些在淬火過程中由于存在脫碳層而導致破裂的現(xiàn)象已眾所周知。具體的脫碳層去除量視鋼材尺寸和形狀而定，各種組織如AISI等，均對此提供也各自的標準。2020/12/27272、脫碳層：2020/12/27273、研磨使用正確的研磨技術(shù)對于模具制作和模具性能均有積極的作用。在研磨過程中由于高溫，摩擦力和壓力互相結(jié)合而在模具表面產(chǎn)生和應力可用下列方法控制至最小值：●使用經(jīng)適當削銳的砂輪●限定砂輪壓力/金屬磨削率或砂輪進刀深度。●足夠的冷卻劑高合金工具鋼經(jīng)低溫回火后對研磨操作特別每感。在此要求特別小心對待。通常使用的經(jīng)驗法則是：硬的鋼材配軟的砂輪。反之亦然。不好的研磨情況，將對工具鋼產(chǎn)生如下影響：●表面硬度下降（回火燒焦）這會引起工具鋼耐磨性的下降●研磨表面再硬化，這會導致研磨裂紋和模具出現(xiàn)砂裂及崩角現(xiàn)象●在模具中產(chǎn)生嚴重的內(nèi)應力，這會增加模具失效風險在粗研磨后再進行一次精研磨去除應力影響層是很重要的。另外，研磨應力也可以采用低于回火溫度約25℃（50℉）應力回火來去除。必須注意：當工具鋼在熱處理過程中過熱，過長時間保溫或回火不充分，將使研磨表面出現(xiàn)破裂的危險性大大增加。這是因為工具鋼顯微組織中存在殘留奧氏體,在研磨過程中產(chǎn)生的熱和壓力通常將這些殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成未回火馬氏體,導致工具鋼表面硬且脆,容易發(fā)生破裂現(xiàn)象。模具工作面上的研磨利痕會在其使用中導致下列情況：●研磨利痕會使模具內(nèi)應力上升并導致崩角，剝落，甚至破裂。●研磨利痕，尤其當它垂直于金屬軋制方向時會引起粘著現(xiàn)象。如果模具工作面的研磨或研光（磨石）能沿著其工作或軋制方向，那么模具壽命將會顯著改善。在模具表面進行精研磨或重新研磨時，產(chǎn)生的薄邊應輕柔地用手工磨光操作來小心地清除它，只有這樣才能降低模具使用起始階段切削刃部產(chǎn)生崩角或剝落的可能性。這對于高硬度模具用于切削薄片材料時尤其重要。ASP和VANADIS粉末治金鋼，因其具有極細小碳化物顆粒所以比同等高合金鋼具有更好的研磨性。2020/12/27283、研磨2020/12/27284、熱處理：模具熱處理的目的是為了獲得合適的機械性能，如硬度、韌性和強度等。與熱處理有關(guān)的主要問題有：●變形●尺寸變化●脫碳●滲碳●碳化物晶界析出（先共析碳化物）5、變形：在熱處理過程中產(chǎn)生模具變形的原因是：●機械加工應力●熱應力●組織轉(zhuǎn)變應力為降低機械加工應力，模具在粗加工后應做應力消除。另外，通過控制淬火前的最后一道機械加工工序，可調(diào)整模具變形率。當模具被加熱時會產(chǎn)生熱應力。如果加熱速度過快或加熱不均勻，模具中的熱應力會增加。對于大型或形狀復雜零件，加熱應打用多道預熱方式，以此來使得零件溫度均衡。為減少整個零件的內(nèi)外溫差，應盡量放慢模具加熱速度。上述的這些同樣也適用于淬火工藝。模具在淬火過程中會產(chǎn)生很大的應力，一般的通則是：淬火速度越慢，則相應由熱應力而引起的模具變形亦越少。2020/12/27294、熱處理：2020/12/27296、尺寸變化：當鋼材顯微組織發(fā)生轉(zhuǎn)變時會產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變應力。除非改換鋼材種類，否則由于組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的模具尺寸變化是很難修正的。通常鋼材在淬火和回火過程中都會出現(xiàn)尺寸變化。在估算模具尺寸變化時，應將淬火和回火兩者對模具尺寸的影響相加起來，有關(guān)尺寸變形的數(shù)據(jù)可參據(jù)可參閱“ASSABA手冊工具鋼的實證”。7、脫碳：模具在熱處理時防止氧化和脫碳是很重要的。通常為做到這點，最好的保護措施是使用真空熱處理爐。一旦模具發(fā)生脫碳，其耐磨性能將會降低。8、滲碳：在淬火過程中，如果保護介質(zhì)中含有游離碳原子，則由于鋼材表面攝取碳原子而出現(xiàn)滲碳現(xiàn)象，結(jié)果是模具表面產(chǎn)生一硬且脆的薄層，增大了崩角和破裂的危險性。9、碳化物晶界析出：如果工具鋼淬火速度太慢，會發(fā)生碳化物沿晶界析出。其結(jié)果是降低材料的韌性和最終硬度。有關(guān)熱處理方面的更詳細資料請參閱ASSAB的“工具鋼的熱處理”。2020/12/27306、尺寸變化：2020/12/273010、電火花加工（EDM）在電火花加工時，為獲得滿意的結(jié)果必須注意幾個要點。在電火花過程，已經(jīng)熱處理的鋼材表面會被再次硬化并處于脆性狀態(tài)，這很容易導致崩角，疲勞裂紋及縮短工具壽命。為避免這些情況，應采取下列預防措施：●最終的電火花加工采用“細”放電操作（即：小電流，高頻率）。為確保去除由“粗”放電加工產(chǎn)生的表面影響層，必須正確設定“細”放電加工的電極尺寸?！裼伞凹殹狈烹娂庸ぎa(chǎn)生的表面白層應采用拋光或磨石研光將之去除?！衲＞咴诒砻骐娀鸹ㄓ绊憣油耆コ螅瑧俅位鼗?，回火溫度較前面回火溫度低15℃—25℃（25—35℉）2020/12/273110、電火花加工（EDM）2020/12/273111、線切割：采用線切割工藝可以很容易地從淬硬鋼塊上切割形狀復雜的零件。通常，淬硬的鋼材都存在殘留應力，因此，如果一次切割量較多的話，有時會導致模具變形或零件破裂。破裂常常只有在模具橫截面相對較厚的情況才會發(fā)生，例如：厚度超過50毫米（2〞）。線切割破裂的風險能夠通過不同的預防措施予以減少：●通過高溫回火來降低整個零件的殘留應力水平。這只適用一具有抗高溫回火性的鋼材?！裾_的淬火工藝和二次回火操作是很必要的。對于橫截面很厚的模具推薦采用三次回火?！衲＞咴跓崽幚砬?，用一般機械加工到接近最終形狀尺寸?！衲＞叽慊鸹鼗鹎埃谛杈€切割去除的區(qū)域內(nèi)先鉆一些孔，然后用據(jù)床將這些聯(lián)結(jié)起來。由線切割產(chǎn)生的表面再硬化層一般比較薄，與“細”放電加工十分相似。這樣的硬化層對于那些對形狀復雜十分敏感的高硬度工具鋼而言，已足以引起崩角或破裂。因此我們推薦在“粗”線切割后至少做一次“細”線切割加工。當然欲加工到規(guī)定尺寸公差，都必需經(jīng)過一次或者多次“細”線切割加工。2020/12/273211、線切割：2020/12/273212、表面處理：對于某些具體模具，如：沖孔沖頭，成型和拉伸模等，常采用不同的表面處理來提高模具表面硬度，如：氮化，以此增進模具的壽命。13、氣體氮化：氣體氮經(jīng)可使模具表面具有良好抗磨粒磨損性能。然而，因為表面這層堅硬的氮化層非常脆，所以一旦模具承受沖擊或者急劇的溫度變化，氮化層就有可以崩裂或剝落，其危險性隨氮化層厚度的增加而增加。模具在氮化前，必須經(jīng)過淬火和回火處理，回火溫度應比氮化溫度高大約25℃（45℉）14、軟氮化：軟氮化產(chǎn)生的氮化層一般比離子或氣體氮化薄。韌性比較佳并具有潤滑作用。通常發(fā)現(xiàn)對于沖切薄而粘的材料，如：奧氏體不銹鋼，經(jīng)軟氮化處理后的沖頭都具有特別好的效果。主要原因是氮化層減少了沖頭與被加工材料間的粘著作用。下列ASSAB冷作鋼均可以進行氮化：XW-10，CALMAX