模具概述相关知识.pptx
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1、材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1 1 模 具第一页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 2 2 第1节 概述第2节 模具的基本(jbn)结构与组成第3节 模具材料与模具寿命第4节 模具的制造第5节 其它模具制造技术第6节 模具的标准化主要(zhyo)内容第二页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 3 3 7.1 概
2、述(i sh)所谓模具就是“型”和“模”,古时( sh)也称作“范”,它是材料成形加工的工具。随着产品工业化生产的发展而形成了“模具”的概念。通过一定的方式使材料在模具内成形以制造所需制件。模具是工业产品生产的重要工艺装备 采用模具成形零件的技术代替传统的切削加工技术,可以提高生产效率、保证零件品质、节约材料、降低生产成本,取得很高的经济效益。模具工业是国民经济的基础工业 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段,它对于保证制品品质,缩短试制周期,进而争先占领市场,以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。模具技术是体现一个国家制造技术水平的重要标志 利用模具成形
3、和生产零件的方法是一种少切削、无切削、多工序组合的生产方法。模具生产出的制件具有精度高、形状复杂、尺寸一致性好、材料利用率高、生产效率高、能耗低等优点。是其它加工制造方法不能比拟的。第三页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 4 4 7.2 模具的基本(jbn)构与成 材料成形模具的分类 1、冲压(chngy)模 包括冲裁模、单工序模、复合模、级进模、汽车覆盖件冲模、硬质合金冲模等。 2、塑料成型模具 包括注射模、压缩模、挤塑模、吹塑模、发泡模等。 3、橡胶制品成型模 4、玻璃制品成型模 5、陶瓷模
4、具 包括压缩模、注射模等。 6、锻造成形模具 7、压铸模 可按压室温度分为冷压室压铸机用压铸模、热压室压铸机用压铸模。 8、铸造金属型模具 9、粉末冶金成型模 10、通用模具和经济模具第四页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 5 5 7.2.2 材料成形(chn xn)模具的基本构成 模具的基本结构 从结构上看主要由动模(上模)和定模(下模)两大主要部分组成。从各个部件的功能上可分如下几类零部件组成: 1)成形工作零件:直接加工或形成制件形状和表面的零部件。 2)导向、定位零件:保证模具的运动方向
5、和模具定位,确保成形零件的相对关系合理(或间隙均匀),能准确对合,保证坯料有一个正确的加工位置。 3)支承零件:固定、连接(linji)和支承模具成形零件、功能零件的零部件,使模具各部分能组装一起形成一副完整的模具,方便安装和调试;也是与设备连接(linji)的接口部分。 4)送料、顶料机构、检测及安全机构:保证模具连续可靠工作,方便制件的取出,可靠的进行手工或自动送、进料等。 5)其它零件:各类标准件,如螺钉、销、键、弹簧等。第五页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 6 6 7.2.2.2模具(
6、mj)的 以及模具(mj)与 的接(1)模具的驱动 模具的运动形式取决于制件的材料和成形工艺过程,其运动和动力是由成形设备(shbi)的动力和传动机构驱动和提供的。作为模具的运动形式也与成形工艺过程有关,模具运动部分的运动形式在各类模具中有以下几种:单向平移运动:如板材成形、挤压成形、塑料压制和注射成型、金属压铸成形、陶瓷、橡胶与玻璃制品的模压成型等。单向、多向直线运动:无冲击的,如抽芯、送料与推料等。有冲击的,如冲孔、落料、弯曲、锻造等。旋转运动:如旋压成形、辊锻成形、塑件旋转卸件等。 第六页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engin
7、eering Page Page 7 7 机电驱动:由电动机提供动力和旋转运动,以驱动传动机构,并通过滑块等和模具运动部分相连,驱动模具定向运动,并传递动力给模具作用于材料进行成形加工。如各类曲柄压力机、摩擦压力机、辊锻机等。 电液驱动:通过电动机驱动液压泵或水泵产生液体压力,驱动与模具运动部分相连的液压缸或活塞,使模具动模部分相对于定模作定向平移运动,从而实现对材料施加压力进行成形加工。如各类液压机、水压机等。 气压成形:主要用于吸塑、吹塑成形加工,也常用于玻璃(b l)材料成型,即模具处于固定状态,经气泵产生负压将塑料吸附于模具型面形成制件,或产生一定气压,吹入热熔塑件或热熔状态的玻璃(b
8、 l)制件毛坯内,使其扩展、变形,并贴附于模具型腔表面,形成制件。第七页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 8 8 (2) 模具(mj)与成形 的接 在确定了成形(chn xn)工艺和成形(chn xn)设备类型后,模具设计时,需要对所选设备进行公称压力、工作速度、工作行程、连接部位接口的几何尺寸等参数进行校核计算。模具与设备通过模架(或模板)与设备相连,首先需要确定模具与设备的连接形式和接口尺寸,模具的连接形式根据成形(chn xn)工艺过程和成形(chn xn)设备的不同可采用螺钉、压板、或是
9、模柄等连接形式。接口尺寸是指模具外形结构形状及尺寸与设备滑块和工作台面尺寸、设备工作行程、滑块最大移动距离(设备开口高度或宽度)、送料所需空间和取件所需空间等相应尺寸的匹配和适应性。模具结构尺寸中,与设备相连的主要尺寸是模具闭合高度或模具厚度,在设计时还要考虑它们与设备滑块工作行程之间的关系。第八页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 9 9 7.2.2.3 模具的通用技(jsh)要求模具必须满足以下要求:保证制件结构要素的精度与品质;保证制件的互换性;保证生产规模,即保证模具的使用性能和寿命。因此
10、,设计制造模具时应满足下列技术要求。1)组成模具的各零件的材料、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和热处理等均应符合成形过程的技术要求。2)模座(模板)安装平面的平行度、导柱轴心线和导套轴心线对各自模座(模板)安装平面的垂直度应达到规定的精度等级要求。3)所有导向机构应运动平稳、无阻滞现象。4)所有模具工作零件的凸模和凹模(动模和定模)应保持精确的相对位置(间隙均匀)。5)模具的分型面应合理设置,能确保(qubo)零件顺利成形、取件和送。6)装配好的模具闭合高度或厚度应与相应的成形设备相适应。7)模具应在生产条件下进行试验,确保(qubo)批量生产出符合品质要求的制件第九页,共61页。材料科学与工
11、程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1010 7.3 模具(mj)材料与模具(mj)寿命模具材料1模具材料的分类 目前,可用于制作模具的材料种类(zhngli)繁多。若按模具类别可分为:冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其它模具材料。按材料的类别可分为:钢铁材料、非铁金属材料和非金属材料。2模具材料的一般性能要求 作为材料成形加工的工具,模具的服役条件恶劣,精度要求高,并且要求具有一定的使用寿命。第十页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering
12、 Page Page 1111 1)模具材料(cilio)的使用性能要求 (1)硬度和耐磨性 这是最基本的性能要求。有了一定的硬度和耐磨性,才能使模具在特定的工作条件下,保持形状和尺寸的稳定而不迅速发生变化。 (2)强度、塑性和韧性 要求模具材料具有良好的塑性,提高其抗脆断能力;要求具有高强度、高韧性和高的抗疲劳强度,满足模具在工作时能承受高压和冲击循环载荷。 (3)抗热性能 模具材料经常受到高温作用或直接在高温工作。冷作模具(冷挤压模)在强烈摩擦(mc)时,局部的温升可达400以上,热作模具的温升更高,锻模可达500600,热挤压模具可达800850,压铸模达3001000。这就要求模具具备
13、一定的抗热性能。模具材料的热性能包括热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳抗力和抗粘着性等。第十一页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1212 2)模具材料的加工性能(xngnng)要求 (1)热加工性能 包括铸造性能、锻造性能和焊接(hnji)性能。 (2)冷加工性能 包括切削、抛光、研磨等性能。 (3)热处理性能 包括淬透性和淬硬性,要求热处理变形小,淬火温度范围宽,过热敏感性低。第十二页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineerin
14、g Page Page 1313 3模具材料用的一般(ybn)原 1)足够的强度、硬度、塑性、韧性等 根据模具工作(gngzu)条件,失效形式,寿命要求,可靠性等提出材料的强度、硬度、塑性、韧性等指标,提出时要考虑尺寸效应及主要关键的性能指标。 2)良好的加工性能 所选材料根据不同的制造工艺过程应具有良好的加工性能。 3)模具材料供应正常 应考虑市场资源和现实供应情况,尽量在国内解决,少进口,并且品种规格相对集中。 4)经济性合理 在满足性能和使用条件下尽量选用价格低的材料。第十三页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering
15、 Page Page 1414 4模具材料用(xunyng)考的因素 1)模具的工作(gngzu)条件 包括承载大小和性质、工作(gngzu)温度、腐蚀情况等, 2)模具的失效形式 分析弄清模具失效属于塑性变形失效、磨损失效还是断裂失效等。 3)模具所加工产品的特征 分清产品材质、形状复杂程度、生产批量大小、品质高低等。 4)模具自身结构 模具的大小、形状、模具的不同组件和不同部位等。 5)模具的制造过程 热加工、冷加工、特种加工、热处理、表面处理等。 6)模具的设计因素 大型模具常采用组合或镶嵌结构,工作(gngzu)部位和支承部位材料可不相同,如大型汽车覆盖件冲压模具。也可采用低级材料进行
16、强化处理。第十四页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1515 5常用(chn yn)的模具材料1)冷作(ln zu)模具钢这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度和适当的韧性。因此,冷作(ln zu)模具钢通常以高碳为主,有时要增加韧性抗击冲击载荷。碳素工具钢:含碳量0.7%1.4%,主要有T7、T7A、T8、T8A、T10、T10A、T12、T12A等,一般适用于制造工作温度在250以下、尺寸较小、形状简单、负荷较小的冷作(ln zu)模具低合金工具钢:这类钢含有一定的合金元素,合金
17、元素总量在1%3%。适用于各种冲剪工具、精压模、冷镦模、中小批量形状较为复杂的模具。常用的模具材料有9Cr2、9SiCr、65Mn、60Si2Mn、4CrW2Si、CrWMn、9Mn2V等。高合金工具钢:这类钢由于合金元素的大量增加(总量在10%以上),广泛用于承载大、冲次多、工件形状复杂的模具,常用的材料有Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo1V等。高速钢:具有很高的淬透性(空冷即可淬硬),很高的抗压强度、回火稳定性和耐磨性,即使在600高温下仍可保持高硬度、高韧性和耐磨性。适用于制造重载长寿命的冷挤压模、拉深模等。常用的高速钢有钨系高速钢W18Cr4V和钼系高速钢W6Mo5Cr4V2。第十
18、五页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1616 2)作模具热作模具钢的共同特点是:大多数为合金工具钢,少数为高温合金和硬质合金;钢的碳质量分数皆偏低,多为中碳成分,以满足高韧性、导热性的要求;为了(wi le)提高淬透性、抗热性和耐磨性以及抗氧化性,材料中的合金元素主要为Cr、W、Mo、Ni、V、Mn、Si等。低耐热高韧性钢:属于高韧性钢,具有较高的冲击韧性和高的疲劳强度,淬透性较高,有一定的回火稳定性和高温强度,具有良好的导热性和抗氧化性,能在500600的条件下工作,加工性能好。但相对于其它
19、热作模具钢,耐热性能低。典型材料有锤锻模用的5CrNiMo、5CrMnMo以及4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoV等。中耐热性钢:具有中等耐热性,工作温度为600650,最高可达660。钢的淬透性好,小于100mm内的工件能空冷淬透,热处理变形小。与5CrNiMo相比韧性大致相等而硬度、热硬性和耐磨性高。这类材料综合性能好,在最佳热处理状态下可做到高强度、高硬度、高韧性和高塑性的匹配。此类模具材料有:4Cr5MoSiV、4Cr5W2SiV、4Cr5MoSiV1、4Cr4MoWSiV等。第十六页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engi
20、neering Page Page 1717 高耐热性钢:具有较高的高温强度和高温硬度,可在600700高温下工作。淬透性好,小于150mm内的工件(gngjin)空冷可淬透,并具有二次硬化,回火抗力高,高耐磨、高抗疲劳。此类模具材料有3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V、5Cr4Mo2W2VSi和5Cr4W5Mo2V等。 特殊用途热作模具钢:主要包括超高强度钢、高速工具钢、马氏体时效钢、耐热不锈钢、耐热合金等,用它们制造模具可满足热加工新工艺对材料性能的要求,并可大大提高模具寿命。 此外,国内外用作热作模具钢的材料还有H10(4Cr5Mo2MnVSi)、H13(4Cr5MoSiV1)、HM1
21、(35Cr3Mo3W2V)、HM3(25Cr3Mo3VNb)、RM2(5Cr4W5Mo2V)、GR(4Cr3Mo3W4VTiNb)、TM(4Cr2Mo2VMnW)、HD(4Cr3Mo2NiVNb)等钢以及H10改进型钢ER8和用于高速锤锻模的无铬镍模具钢4SiMnW3MoVN。2)作模具第十七页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1818 3)塑料(slio)模具 一般要求具有一定的力学强度、一定的抗热性、较高的耐蚀性、较高的硬度,良好的机械加工性能和热加工性能。 渗碳钢:碳的质量分数为0.1%0
22、.2%,硬度低、加工性能良好,可采用冷压成形方法制造模具。通过(tnggu)表面渗碳处理淬火可获得表层高硬度、高耐磨及抛光性能好、表层强度高而内层韧性好的性能。常用碳素钢10、20号钢和20Cr、12CrNi3、12Cr2Ni4、20Cr2Ni4等合金渗碳钢制造表面要求高硬度、耐磨性好的塑料模具及配件。 调质钢:调质后一般不再进行其他热处理,如硬度不够,可再进行进一步表面强化,如渗氮、碳氮共渗等。碳素钢45、50、55钢价廉、加工性能好、淬透性差。合金调质钢40Cr、4Cr3MoSiV、4Cr5MnSiV、4Cr5MoSiV1等淬透性好,热处理方便,强韧性好、耐磨,加工性能好。多用于软质塑料成
23、型模,如注射、挤压等塑料模。第十八页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 1919 冷作模具钢:包括碳素工具钢、高碳第合金钢、高耐磨钢等,由于热处理后可获得高硬度和高耐磨性,常用来制造热固性塑料模具或要求耐磨性较高的热塑性塑料模具。 耐蚀钢:具有一定的硬度、强度和耐磨性,同时具有良好的抗蚀性能,用于具有腐蚀介质析出的塑料加工模具。如4Cr13、9Cr8、Cr18MoV等材料可用于制造生产聚氯乙烯或聚苯乙烯塑料件的模具。 马氏体钢:具有很高的强度,良好的韧性;热胀系数小,抗疲劳性能高,切削加工性能好,
24、可进行(jnxng)时效处理提高硬度,热处理变形小,表面还可渗氮处理等,常用于要求高精度、耐磨、型腔复杂的塑料模具材料。第十九页,共61页。材料科学与工程学院School of Materials Science & Engineering Page Page 2020 4) (zhti) 铸铁作为制造(zhzo)模具的主要材料之一,常常制作各类冲压模、塑料模结构中的模板、模座、模柄、底板定位板、支架等模具辅助零件,并且铸铁也是玻璃成型模具的主要材料。通常采用的铸铁牌号为HT200和HT250,其它还有球墨铸铁、耐热铸铁、低合金铸铁等。第二十页,共61页。材料科学与工程学院School of
25、Materials Science & Engineering Page Page 2121 5)硬合金(yn zh h jn)和硬合金(yn zh h jn) 硬质合金是以难熔金属碳化物(WC、TiC)作硬质相,以铁族金属(Co和Ni)作粘结相,用粉末冶金(fn m y jn)方法生产的一种多相组合材料,常用的有钨钴(YG)、钨钴钛(YT)和万能硬质合金(YW)三类。其硬度远高于各种模具钢,有很高的耐磨性,耐高温,热稳定性强;强度高,刚性大,热胀率小、导热率低;耐蚀耐氧化;不需要进行热处理等。常用于制造高速冲模、多工位级进模、冷挤压模、热挤压模、冷镦模等。但其缺点是韧性差,加工困难,模具成本
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