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模具選材原則的重要性
(一)滿足工作條件要求
1.耐磨性
坯料在模具型腔中塑性變性時,沿型腔表面既流動又滑動,使型腔表面與坯料間產生劇烈的摩擦,從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。
硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下,模具零件的硬度越高,磨損量越小,耐磨性也越好。另外,耐磨性還與材料中碳化物的種類、數量、形態、大小及分布有關。
1.強韌性
模具的工作條件大多十分惡劣,有些常承受較大的沖擊負荷,從而導致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷,模具要具有較高的強度和韌性。
模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態。
2.疲勞斷裂性能
模具工作過程中,在循環應力的長期作用下,往往導致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。
模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。
3.高溫性能
當模具的工作溫度較高進,會使硬度和強度下降,導致模具早期磨損或產生塑性變形而失效。因此,模具材料應具有較高的抗回火穩定性,以保證模具在工作溫度下,具有較高的硬度和強度。
4.耐冷熱疲勞性能
有些模具在工作過程中處于反復加熱和冷卻的狀態,使型腔表面受拉、壓力變應力的作用,引起表面龜裂和剝落,增大摩擦力,阻礙塑性變形,降低了尺寸精度,從而導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一,幫這類模具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。
6.耐蝕性
有些模具如塑料模在工作時,由于塑料中存在氯、氟等元素,受熱后分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體,侵蝕模具型腔表面,加大其表面粗糙度,加劇磨損失效。
(二)滿足工藝性能要求
模具的制造一般都要經過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的制造質量,降低生產成本,其材料應具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性;還應具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向。
1.可鍛性
具有較低的熱鍛變形抗力,塑性好,鍛造溫度范圍寬,鍛裂冷裂及析出網狀碳化物傾向低。
2.退火工藝性
球化退火溫度范圍寬,退火硬度低且波動范圍小,球化率高。
3.切削加工性
切削用量大,刀具損耗低,加工表面粗糙度低。
4.氧化、脫碳敏感性
高溫加熱時抗氧化懷能好,脫碳速度慢,對加熱介質不敏感,產生麻點傾向小。
5.淬硬性
淬火后具有均勻而高的表面硬度。
6.淬透性
淬火后能獲得較深的淬硬層,采用緩和的淬火介質就能淬硬。
7.淬火變形開裂傾向
常規淬火體積變化小,形狀翹曲、畸變輕微,異常變形傾向低。常規淬火開裂敏感性低,對淬火溫度及工件形狀不敏感。
8.可磨削性
砂輪相對損耗小,無燒傷極限磨削用量大,對砂輪質量及冷卻條件不敏感,不易發生磨傷及磨削裂紋。
(三)滿足經濟性要求
在給模具選材是,必須考慮經濟性這一原則,盡可能地降低制造成本。因此,在滿足使用性能的前提下,首先選用價格較低的,能用碳鋼就不用合金鋼,能用國產材料就不用進口材料。
另外,在選材時還應考慮市場的生產和供應情況,所選鋼種應盡量少而集中,易購買。
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