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• 简述模具资料选择准则。
• 设计中金属资料怎样选择
• 模具钢材的经常使用性能

简述模具资料选择准则。

1.模具资料应满足模具的经常使用性能要求。

关键从上班条件、模具结构、产品形态和尺寸、消费批量等方面加以综合思考，确定资料应具有的性能。

凡形态复杂、尺寸精度要求高的模具，应选择低变形资料；接受大载荷的模具，应选择高强度资料；接受大冲击载荷的模具，应选择韧性好的资料。

2.模具资料应具有良好的工艺性能。

普通应具有良好的可锻性、切削加工与热解决等性能。

关于尺寸较大、精度较高的关键模具，还要求具有较好的淬透性、较低的过热敏理性，以及较小的氧化脱碳和淬火变形偏差。

3.模具资料要思考经济性和市场性。

在满足上述两项要求的状况下，选择资料应尽或者思考到多少钱昂贵、起源宽泛、供应繁难等要素。

设计中金属资料怎样选择

选择资料的基本准则是在首先保障资料满足经常使用性能的前提下，再思考使资料的工艺性能尽或者良好和资料的经济性尽量正当。

整机的经常使用价值、安保牢靠性和上班寿命普通关键取决于资料的经常使用性能，所以选材理论以资料制成整机后能否具有足够的经常使用性能为基本登程点。

一、满足经常使用性能所谓经常使用性能，是指资料能保障整机反常上班所肯定具有的性能。

它包含力学性能、物理性能和化学性能。

整机的经常使用性能关键是指资料的力学性能，普通选材时，首要义务是正确地剖析整机的上班条件和关键的失效方式，以准确地判别整机所要求的关键力学性能目的。

1、剖析整机的上班条件在剖析整机上班条件的基础上，提出对所用资料的性能要求。

上班条件是指受力方式（拉伸、紧缩、笔挺、改动或弯扭复合等）、载荷性质（静载、动载、冲击、载荷散布等）、受摩擦磨损状况；上班环境条件（如环境介质、上班温度等）；以及导电、导热等不凡要求。

2、判别关键失效方式整机的失效方式与其特定的上班条件是分不开的。

要深人现场，搜集整顿无关资料，启动相关的实验剖析，判别失效的关键方式及要素，找出原设计的毛病，提出改良措施，确定所选资料应满足的关键力学性能目的，为正确选材提供具有实意图义的消息，确保整机的经常使用效劳和提高整机抵制失效的才干。

3、正入选择资料的力学性能目的(1) 正确运用资料的强度、塑性、韧性等目的普通状况下，资料的强度越高，其塑性、韧性越低。

片面地谋求高强度以提高整机的承载才干不肯定就是安保的，由于资料塑性的过多降落，遇有短时过载等要素，应力集中的敏理性增强，有或者形成整机的脆性断裂。

所以在提高屈服强度的同时，还招思考资料的塑性目的。

塑性和韧性目的普通不间接用于设计计算，而较高的δ和ψ值能增添整机应力集中处（如台阶、键槽、螺纹、油孔、外部夹杂等处）的应力峰值，提高整机的承载才干和抗脆断才干。

以低应力脆断为关键失效方式的整机，如汽轮机、电动机转子这类大锻件以及在高温下上班的石油化工容器、管道等，不应再以传统力学方法用塑性目的粗略预算，而应运用断裂力学方法启动断裂韧度KIC和断裂目的KI≥KIC方面的定量设计计算，以保障整机的经常使用寿命(2) 巧用硬度与强度等力学目的间的相关实践整机的力学性能（如σS、σ-1、δ、ψ、AK）数值是很难测得的。

由于硬度的测定方法繁难，又不损坏整机，且资料硬度与强度以及强度与其余力学性能之间存在着肯定相关，所以大少数整机在图纸上只标出所要求的硬度值，来综合表现整机所要求的所有力学性能。

普通硬度值确定的法令为：对承载平均，截面无突变，上班时不出现应力集中的整机，可选较高的硬度值；反之，有应力集中的整机，则须要有较高的塑性，硬度值应该适当降落；对高精度整机，为提高耐磨性，坚持高精度，硬度值要大些；对相互摩擦的一对整机，要留意两者的硬度值应有肯定的差异，易磨损件或关键件应有较高的硬度值。

例如，轴颈与滑动轴承的配合，轴颈应比滑动轴承硬度高；一对啮合传动齿轮，普通小齿轮齿面硬度应比大齿轮高；螺母硬度应比螺栓低些。

少数热作模具和某些冷作模具，切削刀具等，选材时还应该思考其较高的热硬性要求。

4、综合思考多种要素若整机在不凡的条件下上班，则选材的关键依据也应视详细条件而定，如像贮存酸碱的容器和管路等，应以耐蚀性为依据，思考选择不锈钢、耐蚀MC尼龙和聚矾等；而作为电磁铁资料，软磁性又是关键的选材依据；精细镗床镗杆的关键失效方式为适量弹性变形，则关键性能目的为资料的刚度；整机要求弹性、密封、减振防振等，可思考选择能在－50～150℃温度范畴内处于高弹性和优秀伸缩性的橡胶资料。

关键的螺栓的关键失效方式为适量的塑性变形和断裂，则关键性能目的为屈服强度和疲劳强度；在600～700℃上班的内燃机排气阀可选择耐热钢等；汽车发起机的气缸可选择导热性好，比热容大的铸造铝合金等。

选择高分子资料（如用尼龙绳作吊具等），还要思考在经常使用时，温度、光、水、氧、油等周围环境对其性能的影响，所以防老化则肯定作为其关键的选材依据。

5、正当应用资料的淬透性淬透性对钢的力学性能有很大的影响，未淬透钢的心部，其冲击韧度、屈强比和疲劳强度较低。

关于截面尺寸较大的整机、在动载荷下上班的关键整机以及接受拉、压应力而要求截面力学性能分歧的整机（如衔接螺栓、锻模等）应选择能所有淬透的钢。

对某些接受笔挺和改动等复合应力作用下的轴类整机，由于它们截面上的应力散布是不平均的，最大应力出当初轴的外表，而心部受力较小，可用淬透性较低的钢，但要保障淬硬层深度。

焊接件等无法选择淬透性高的钢，防止形成焊接变形和开裂。

接受冲击和复杂应力的冷镦凸模，其上班局部常因所有淬硬，形成韧性无余而脆断。

所以选材及热解决时，不能自觉谋求资料淬透性和淬硬性的提高。

(3) 整机的力学性能目的受预期寿命的影响寿命越长，要求的目的越高，整机的消费和经常使用老本也会越高，所以要辩证解决制形老本与寿命的相关。

例如，对滑动轴承而言，由于轴承的结构较繁难，容易加工，改换繁难，因此应把轴颈的强度和外表硬度目的规则得比轴瓦高，使轴瓦寿命短于轴，培修时只改换轴瓦，降落保养费用。

(4)上班环境对不同资料组织和性能的影响如工程塑料、橡胶等，不只其力学性能受环境条件的影响很大，而且其物理、化学性能也会随环境条件的变动而变动；复合资料、梯度配置资料等是针对不凡、复杂上班环境而开展的新资料，其力学及物理、化学性能不同于普通的金属资料和非金属资料，所以在选材时，应充沛了解其不凡性及其实用范畴。

二、统筹资料的工艺性能任何一个整机都要经过若干加工工序制造而成。

加工的难易水平肯定要影响到消费率和加工老本以及产质量量。

资料的工艺性能是指资料顺应某种加工的难易水平。

资料工艺性的好坏对整机的加工消费有间接的影响。

良好的工艺性，不只可保障整机的制造质量，而且无利于提高消费率和降落老本。

所以工艺性也是选材肯定思考的疑问。

金属资料的工艺性能包含铸造性、压力加工性能、焊接性、切削加工性、热解决工艺性等；整机的形态、尺寸精度和性能要求不同，驳回的成形方法也不同。

资料所要求的工艺性能与整机制造的加工工艺路途亲密相关，详细工艺性能就是从工艺路途中提出的。

金属资料的加工工艺路途复杂，要求的工艺性能也较多，其中关键的有铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热解决工艺性能等。

金属资料的普通工艺路途和无关工艺性能如下。

1、金属资料的工艺性能①铸造性包含流动性、收缩、偏析和吸气性等。

流动性愈好、收缩愈小、偏析和吸气性愈小，则铸造性愈好。

金属资料中，铸造性较好的有各种铸铁、铸钢及铸造铝合金和铜合金。

其中以灰铸铁铸造性最好。

②锻造性包含塑性和变形抗力。

塑性愈好，变形抗力愈小，则锻造性愈好。

在碳钢中，低碳钢的锻造性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。

在合金钢中，低合金钢的锻造性近似于中碳钢，高合金钢比碳钢差。

铝合金在锻造温度下塑性比钢差，锻造温度范畴较窄，所以银造性不好。

铜合金的锻造性普通较好。

③焊接性包含焊接接头发生工艺毛病（如裂纹、脆性、气孔等）的偏差及焊接接头在经常使用环节中的牢靠性（包含力学性能和不凡性能）。

含碳量<0.25肠的低碳钢及含碳量＜。

。

18 fo的合金钢有较好的焊接性。

含碳量>0.4肠的碳钢及含碳量>0.38肠的合金钢焊接性较差。

灰铸铁的焊接性能比低碳钢差得多。

铜合金及铝合金的焊接性能普通都比碳钢差。

④切削加工性切削加工性普通用切削抗力的大小、整机加工后的外表毛糙度、断屑难易及刀具能否容易磨损等来权衡，普通有色金属很容易加工。

正火形态低碳钢切削加工性能好，中碳钢次之，都好于高碳钢。

不锈钢及耐热合金则很难加工。

⑤热解决工艺包含淬透性、淬火变形开裂偏差、过热敏理性、回火脆性偏差及氧化、脱碳偏差等。

2、金属资料的加工工艺路途3、金属资料加工工艺路途的选择① 性能要求不高的整机毛坯→正火或退火→切削加工→整机。

毛坯由锻压或铸造取得。

这类整机性能要求不高。

普通驳回铸铁、碳钢等制造，其工艺性能都较好。

② 性能要求较高的整机毛坯→预先热解决（正火、退火）→粗加工→最终热解决（淬火、回火、固溶时效成外表解决）→精加工→整机。

预先热解决是为了改善切削加工性，并为最终热解决作好组织预备。

大局部性能要求较高的整机，如各种合金钢、高强度铝合金制造的轴类、齿轮等整机，均驳回这种工艺路途，它们的工艺性能都须要细心剖析。

③ 性能要求高的精细整机毛坯→预先热解决（正火、退火）→粗车→调质→精车→去应力退火→粗磨→最终热解决（渗氮等）→精磨→稳固化解决（时效等）→整机。

这类整机除了要求有较高的经常使用性能外，还要有很高的尺寸精度和小的外表毛糙度，由于加工路途复杂，性能和尺寸精度要求很高，因此整机一切资料的工艺性能应充沛保障。

这类整机有精细丝杠、镗床主轴等。

三、选材的经济性整机选择的资料肯定保障它的消费和经常使用的总老本最低。

据无关资料统计，在普通的工业部门中，资料多少钱要占产品多少钱的30%-70%。

所以在能满足经常使用要求的前提下，应尽或者驳回廉价的资料，把产品的总老本降至最低，以便取得最大的经济效益，使产品在市场上具有较强的竞争力。

整机总老本包含资料自身的多少钱与消费无关的其它一切费用。

1、尽量降落资料及其加工老本在满足整机对经常使用性能与工艺性能要求的前提下，能用铸铁不驳回钢，能用非合金钢不用合金钢，能用硅锰钢不用铬镍钢，能用型材不用锻件、加工件，且尽量用加工性能好的资料。

能正火经常使用的整机就不用调质解决。

须要启动技术单干时，要选择加工技术好、加工费用低的工厂。

资料起源要广，尽量驳回合乎我国资源状况的资料，如含铝超硬高速钢 (W6Mo5Cr3V2Al)具有与含钴高速钢（W18Cr4V2Co8）相似的性能，然而多少钱廉价。

9Mn2V钢不含铬元素，性能与CrWMn钢相近，拉刀、长绞刀、长丝锥可驳回来替代。

2、用非金属资料替代金属资料非金属资料的资源丰盛，性能也在始终提高，运行范畴始终扩展，尤其是开展较快的聚合物具有很多优秀的性能，在某些场所可替代金属资料，既改善了经常使用性能，又可降落制形老本和经常使用保养费用。

因此，在保障经常使用性能的前提下，能够用非金属资料替代金属资料时，尽量经常使用非金属资料。

3、整机的总老本整机的总老本包含原资料多少钱、整机的加工制造费用、治理费用、实验钻研费和培修费等。

在金属资料中，碳钢和铸铁（尤其是球墨铸铁）的多少钱比拟昂贵，并有较好的工艺性，所以在满足经常使用性能的条件下应优先选择。

低合金钢的强度比碳钢高，总的经济效益也比拟清楚，有扩展经常使用的趋向。

此外，选材时还招思考国度的消费和供应状况，所选的钢种应尽量少而集中，以便洽购和治理。

总之，作为一个设计和工艺人员，在选材时肯定从实践状况登程，片面思考经常使用性能、工艺性能和经济性等方面的疑问。

模具钢材的经常使用性能

（1）硬度是模具钢的关键技术目的，模具在高应力的作用下欲坚持其形态尺寸不变，肯定具有足够高的硬度。

冷作模具钢在室温条件下普通硬度坚持在HRC60左右，热作模具钢依据其上班条件，普通要求坚持在HRC40~55范畴。

关于同一钢种而言，在肯定的硬度值范畴内，硬度与变形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之间，其塑性变形抗力或者有清楚的差异。

（2）红硬性 在高温形态下上班的热作模具，要求坚持其组织和性能的稳固，从而坚持足够高的硬度，这种性能称为红硬性。

碳素工具钢、低合金工具钢理论能在180~250℃的温度范畴内坚持这种性能，铬钼热作模具钢普通在550~600℃的温度范畴内坚持这种性能。

钢的红硬性关键取决于钢的化学成分和热解决工艺。

（3）抗压屈服强度和抗压笔挺强度 模具在经常使用环节中经常遭到强度较高的压力和笔挺的作用，因此要求模具资料应具有肯定的抗压强度和抗弯强度。

在很多状况下，启动抗压实验和抗弯实验的条件凑近于模具的实践上班条件（例如，所测得的模具钢的抗压屈服强度与冲头上班时所表现进去的变形抗力较为吻合）。

抗弯实验的另一个好处是应变量的相对值大，能较灵便地反映出不同钢种之间以及在不同热解决和组织形态下变形抗力的差异。

在上班环节中，模具接受着冲击载荷，为了缩小在经常使用环节中的折断、崩刃等方式的损坏，要求模具钢具有肯定的韧性。

模具钢的化学成分，晶粒度，污浊度，碳化物和夹杂物等的数量、形貌、尺寸大小及散布状况，以及模具钢的热解决制度和热解决后获取的金相组织等要素都对钢的韧性带来很大的影响。

特意是钢的污浊度和热加工变形状况关于其横向韧性的影响更为清楚。

钢的韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的。

因此，要正当地选择钢的化学成分并且驳回正当的精炼、热加工和热解决工艺，以使模具资料的耐磨性、强度和韧性到达最佳的配合。

冲击韧性系表特色资料在一次性冲击环节中试样在整个断裂环节中排汇的总能量。

然而很多工具是在不同上班条件下疲劳断裂的，因此，惯例的冲击韧性不能片面地反映模具钢的断裂性能。

小能量屡次冲击断裂功或屡次断裂寿命和疲劳寿命等实验技术正在被驳回。

热作模具钢在退役条件下除了接受载荷的周期性变动之外，还遭到高温及周期性的急冷急热的作用，因此，评估热作模具钢的断裂抗力应注重资料的热机械疲劳断裂性能。

热机械疲劳是一种综合性能的目的，它包含热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。

热疲劳性能反映资料在热疲劳裂纹萌生之前的上班寿命，抗热疲劳性能高的资料，萌生热疲劳裂纹的热循环次数较多；机械疲劳裂纹扩展速率反映资料在热疲劳裂纹萌生之后，在锻压力的作用下裂纹向外部扩展时，每一应力循环的扩展量；断裂韧性反映资料对已存在的裂纹出现失稳扩展的抗力。

断裂韧性高的资料，其中的裂纹如要出现失稳扩展，肯定在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是肯定有较大的裂纹长度。

在应力恒定的前提下，在一种模具中曾经存在一条疲劳裂纹，假设模具资料的断裂韧性值较高，则裂纹肯定扩展得更深，才干出现失稳扩展。

也就是说，抗热疲劳性能选择了疲劳裂纹萌生前的那局部寿命；而裂纹扩展速率和断裂韧性，可以选择当裂纹萌生后出现亚临界扩展的那局部寿命。

因此，热作模具如要取得高的寿命，模具资料应具有高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。

抗热疲劳性能的目的可以用萌生热疲劳裂纹的热循环数，也可以用经过肯定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均的深度或长度来权衡。

选择模具经常使用寿命最关键的要素往往是模具资料的耐磨性。

模具在上班中接受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在剧烈摩擦下仍坚持其尺寸精度。

模具的磨损关键是机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。

为了改善模具钢的耐磨性，就要既坚持模具钢具有高的硬度，又要保障钢中碳化物或其余软化相的组成、形貌和散布比拟正当。

关于重载、高速磨损条件下退役的模具，要求模具钢外表能构成薄而致密粘附性好的氧化膜，坚持润滑作用，缩小模具和工件之间发生粘咬、焊合等熔融磨损，又能缩小模具外表启动氧化形成氧化磨损。

所以模具的上班条件对钢的磨损有较大的影响。

耐磨性可用模拟的实验方法，测出相对的耐磨指数є，作为表征不异化学成分及组织形态下的耐磨性水平的参数。

以出现规则毛刺高度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平；实验是以Cr12MoV钢为基准（є=1）启动对比。

咬合抗力实践就是出现“冷焊”时的抵制力。

该性能关于模具资料较为关键。

实验时理论在干摩擦条件下，把被实验的工具钢试样与具有咬合偏差的资料（如奥氏体钢）启动恒速对偶摩擦静止，以肯定的速度逐渐增大载荷，此时，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷”，临界载荷越高，标记着咬合抗力越强。