模具材料及表面处理技术实验指导书.docx
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模具材料及表面处理技术实验指导书
《模具材料及表面处理技术》
实验指导书
姓名
班级
学号
南京农业大学工学院机械工程系
材料成型及控制工程教研室
目录
实验一冷作模具材料选用实训1
实验二热作模具材料选用实训5
实验三塑料模具材料选用实训9
实验一冷作模具材料选用实训
一、实验目的
1．正确分析模具使用条件，合理选用适当的模具材料。
2．掌握常用冷冲压模具钢的热处理工艺。
二、实验原理
1．模具材料的选用
模具材料对模具的正常使用、模具使用寿命和模具成本的影响很大。
选材时应综合考虑模具的种类、产品的批量、制件材料和制件复杂程度等因素。
而对于模具材料本身，则要考虑它的力学性能、耐磨性、耐热性、热变形、淬透性、机械加工性、价格和供货情况等。
1）满足模具的使用性能要求
根据实际使用条件，综合考虑模具的工作条件、模具结构、尺寸和生产批量等，确定模具材料应具备的主要性能指标，以满足主要的几个性能要求来选择模具材料。
工作条件：
承受大负荷的重载模具，应选用高强度材料：
承受强烈摩擦和磨损的模具，应选用硬度高、耐磨性好的材料；承受冲击负荷大的模具，应选用韧性高的材料。
模具结构、尺寸：
形状复杂、尺寸精度要求高的模具，应选用微变形材料；结构复杂、尺寸较大的模具，宜采用淬透性好、变形小的高合金材料，或制成镶拼结构。
生产批量：
对于小批量生产或新产品试制，可选用一般材料如碳素钢；当生产批量大或自动化程度高时，宜选用高合金钢或钢结硬质合金等材料。
2）考虑模具材料的工艺性能
模具材料一般应具有优良的锻造性能与切削加工性能，即锻造的温度范围宽，容易被切削加工。
对尺寸较大、精度较高的重要模具，还要求有较好的淬透性，较小的氧化脱碳和淬火变形、开裂倾向等。
对要焊接加工的模具，材料应有较好的焊接性。
3）经济性
模具材料发展很快，品种在不断增多，材料选用应结合实际条件，在满足前两项要求的前提下，尽可能选用价格低廉的一般材料，少用特殊材料；多用贷源丰富、供应方便的材料，少用或不用稀缺和贵重材料。
2．热处理组织评定
1）退火组织的评定
不同的钢类，退火组织有不同的评定级别。
碳素工具钢：
按GBl298—86第一级别图进行评定。
标准中的退火珠光体分为6级。
当钢材截面尺寸不大于60mm时，T7—T9钢合格级别为1-5级；T10—T13钢为2—4级。
合金工具钢：
根据GBl299--85第一级别图进行评定。
这类钢珠光体也分为6级。
标准中规定，冷作模具钢9SiCr、Crl2、CrMn、CrWMn和9CrWMn等应检查退火珠光体组织，其合格级别等于或小于5级。
2）碳化物不均匀性
碳素工具钢：
GB--86规定，除了T7和T8钢只检查珠光体外，其它碳素工具钢既要检查珠光体，还要检查碳化物网状分布。
标准中采用第二级别图，分为4级。
对于截面尺寸不大于60mm的钢材，合格级别不大于2级，大于60-100mm时，则不大于3级。
合金工具钢：
GBl299--85规定了合金冷作模具钢的评级标准。
CrMn、CrWMn、Crl2等钢，除了检查退火组织外，还应按第2级别图（网状碳化物）评级，当尺寸不大于60mm时，网状碳化物应小于3级。
Crl2类型钢有大量的共晶碳化物，是影响使用性能的主要因素，对Crl2型’的莱氏体模具钢，GBl299--85专门规定了按尺寸规格的共晶碳化物的不均匀度的合格级别。
3）晶粒度
测定方法可按GB6394--86的规定进行。
8~9级：
中碳低合金模具钢，如5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV等；
9~10级：
中合金钢、过共析钢，如T8~T12、9Mn2V、CrWMn、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V；
10~11级：
高合金模具钢和高速钢，如Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1
三、主要仪器及材料
1．真空热处理炉2台
2．洛氏硬度计3台
3．金相预磨机5台
4．金相抛光机10台
5．金相显微镜15台
6．常用的冷冲压模具钢（预先实施锻造）若干
四、实验方法与步骤
1．根据指导教师给定的图纸，按要求分析模具的工作条件、结构、尺寸和生产批量等基本信息。
2．结合冷作模具材料选用的原则，初步选择适当的冷冲压模具钢品种。
3．按照设计图纸对模具材料的硬度要求，合理编制热处理工艺，主要包括球化退火处理、淬火和回火处理。
4．对选定的模具钢块在真空热处理中进行热处理。
5．用洛氏硬度计检验所采用热处理工艺处理的模具钢块的硬度是否符合要求。
6．将所处理的模具钢块制成金相试样，在金相显微镜下观察其显微组织，进一步评定其显微组织，主要是碳化物形态及分布是否满足要求。
五、实验注意事项
1．模具钢的热处理应在真空热处理中，以防止模具钢的氧化与脱碳反应。
2．热处理实验中要严格控制温度，控制其温度误差不超过2℃。
3．实验过程应严格按照相关设备的操作规程进行，必须注意实验安全。
六、预习与思考题
1．事先充分预习关于冷冲压模具材料选用的原则。
2．必须查阅有关热处理组织的评定标准。
七、实验报告要求
1．实验目的及原理。
2．实验中模具钢选用理由。
3．所用热处理工艺的设计依据。
4．整理所有实验数据，撰写实验报告。
实验二热作模具材料选用实训
一、实验目的
1．正确分析模具使用条件，合理选用适当的模具材料。
2．掌握常用热作模具钢的热处理工艺。
二、实验原理
热作模具的种类繁多，它们的服役条件也有很大差别，因此选用模具材料应根据模具的具体工作条件、失效形式以及对模具的抗力要求和模具材料本身具有的特性来选择。
1．热锻模具材料的选用
热锻模具是在高温、高压、高冲击裁荷下工作，并且经常受到反复的加热和冷却。
因此，模具材料必须具有较高的高温屈服强度、高的冲击韧度和断裂韧度，而且锻模的尺寸一般都比较大，还要求锻模材料具有很好的淬透性、高耐热疲劳抗力和回火稳定性。
不同类型锻模的硬度和抗力指标要求见表2.1。
表2.1中小型和中型的模面硬度值有两个标准．一般地说，浅型槽及形状简单者用高硬度值，而较深型槽或形状复杂的模具用低硬度值。
表2.1不同类型锻模的硬度和抗力指标要求
压力机模锻的特点是成形速度慢，单件滞模时间长（约3~6s），因此，模腔表面温升高，瞬时温度可达700℃，冷却及润滑条件较好时，温度可能低一些，但也会达则500℃左右，这也超过了5CrNiMo或5CrMnMo模块的回火温度，从而导致模具早期磨损、压塌等失效。
因此，应选用耐热性较高的高强韧性模具钢制作压力机锻模。
表2.2列出了锤锻模用钢的主要牌号．可供选材时参考。
表2.2锤锻模用钢的选择
燕尾是锻模固定在锤头的部位，直接与锤头接触．其硬度不应高于锤头。
燕尾根部存在较大的应力集中，因而硬度也不宣太高。
因此，燕尾硬度应低于核具型腔硬度，对煎层要进行专门的回火。
燕尾回火方法有以下两种；
1）专用煎尾回火炉中回火
该种方法是工厂生产中比较常用的燕尾回火方法，如图2.1所示。
它是将燕后向下置于电炉、煤炉或盐浴炉的炉槽内加热回火。
具体回火温度根据钢种及模具煎尾硬度要求而定。
2）燕尾自回火法
这是较广泛采用的一种方法，即将整个锻模在油中冷却到一定温度后，将燕尾提出油面停留一段时间，此时模具心部温度仍较高，燕尾已淬火的部分被心部热量加热而回火。
实际操作时要反复多次入油，以防燕尾温度升高到足以引起淬火油燃烧，因此，需注意安全。
此外，此法只适用于燕尾朝上的淬火方法，对模具侧立或燕尾朝下的入油方法，无法实现燕尾自回火。
2．热处理组织观察
1）GBl299—85和GBl298—86这两个标准都规定热作模具钢不检查退火组织。
2）GBl299--85规定了热作模具钢不检查碳化物分布。
三、主要仪器及材料
1．真空热处理炉2台
2．洛氏硬度计3台
3．金相预磨机5台
4．金相抛光机10台
5．金相显微镜15台
6．常用的热冲压模具钢（预先实施锻造）若干
四、实验方法与步骤
1．根据指导教师给定的图纸，按要求分析模具的具体工作条件、失效形式以及对模具的抗力要求和模具材料本身具有的特性等基本信息。
2．结合热作模具材料选用的原则，初步选择适当的热锻模具钢品种。
3．按照设计图纸对模具材料的硬度要求，合理编制热处理工艺，主要包括球化退火处理、淬火和回火处理。
4．对选定的模具钢块在真空热处理中进行热处理。
5．用洛氏硬度计检验所采用热处理工艺处理的模具钢块的硬度是否符合要求。
6．将所处理的模具钢块制成金相试样，在金相显微镜下观察其显微组织。
五、实验注意事项
1．模具钢的热处理应在真空热处理中，以防止模具钢的氧化与脱碳反应；
2．热处理实验中要严格控制温度，控制其温度误差不超过2℃；
3．实验过程应严格按照相关设备的操作规程进行，必须注意实验安全。
六、预习与思考题
1．事先充分预习关于热作模具材料选用的原则。
2．可查阅有关热作模具材料的热疲劳实验。
七、实验报告要求
1．实验目的及原理。
2．实验中模具钢选用理由。
3．所用热处理工艺的设计依据。
4．整理所有实验数据，撰写实验报告。
实验三塑料模具材料选用实训
一、实验目的
1．正确分析模具使用条件，合理选用适当的模具材料。
2．掌握塑料模具材料的热处理工艺。
二、实验原理
在塑料制品成型模具中，塑料的种类、生产的批量，塑件的复杂程度、尺寸精度和表面粗糙度等质量要求是决定塑料模具用材料的主要因素。
1．塑料模具成型零件材料的选用
1）成型通用型塑料的模具材料
用于生产聚乙烯、聚丙烯等通用型塑料制品的模具。
当生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求，而且模具截面不大时，可以采用碳素钢45钢或低碳钢10、20钢制造；当生产批量较大、模具尺寸较大或形状复杂、精度要求高的工件时，则采用淬透性较高的合金模具钢；当成型对精度和表面粗糙度要求很高的塑料制品时，往往采用电渣重熔或真空热处理的合金模具钢。
2）成型增强塑料的模具材料
对于生产添加玻璃纤维等无机增强剂的热塑性塑料注射成型模具和热固性塑料挤压成型模具，为了提高模具型腔表面的耐磨性，这类塑料模具通常采用冷作模具钢制造。
3）成型腐蚀性塑料的模具材料
对生产聚氯乙烯、氟化塑料或添加阻燃剂的阻燃塑料成型模具，应选用耐蚀性好的塑料模具钢。
4）成型磁性塑料的模具材料
一般多选用无磁模具材料制造，如18—8不锈钢模具经渗氮处理后使用；或采用Mnl3型耐磨奥氏体钢或无磁模具钢，如70Mn15Cr4Al3V2WMo钢等。
5）成型透明塑料制品的模具
对于成型透明塑料制品的模具，一船选用时效硬化钢制造，如06Ni、18Ni、PMS、PCR、SM2等，也可选用预硬钢SM1、Y82、空冷12钢等。
表3.1列出了各类塑料模具材料的选用。
2．塑料模具结构零件材料的选用
对塑料模具结构零件的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的要求都比成型零件低，一般选用通用材料就能满足使用性能的要求，表3.2给出了塑料模具结构零件常用材料及热处理规范。
表3.1塑料模具材料的选用
表3.2塑料模具结构零件常用材料及热处理
三、主要仪器及材料
1．真空热处理炉2台
2．洛氏硬度计3台
3．金相预磨机5台
4．金相抛光机10台
5．金相显微镜15台
6．常用的塑料模具钢若干
四、实验方法与步骤
1．根据指导教师给定的图纸，按要求分析塑料的种类、生产的批量，塑件的复杂程度、尺寸精度和表面粗糙度等信息。
2．结合冷作模具材料选用的原则，初步选择适当的塑料模具钢品种。
3．按照设计图纸对模具材料的硬度要求，合理编制热处理工艺，主要包括球化退火处理、淬火和回火
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