模具壽命與材料試卷與答案

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1、. 部分答案 1 、簡(jiǎn)述模具材料對(duì)模具壽命的影響，總結(jié)模具選材的主要原則。 答：1 ）從模具的使用來看， 根據(jù)模具的工作狀況， 選用具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和韌性匹配的模具， 從而使模具壽命最高； 通過適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砼c表面處理， 使模具內(nèi)部韌性高、 模具表面強(qiáng)度高 和耐磨性高，能有效地提高模具的整體性能及壽命。 2 ）主要原則： （1 ）使用性能足夠； （ 2 ）工藝性能良好； （ 3 ）供應(yīng)上能保證； （ 4）經(jīng)濟(jì)性合理。 2 、改進(jìn)和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本作用是什么

2、? 舉例說明其對(duì)模具壽命的影響？ 3 、分析拉深模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用 ? 答： 1 ）工作條件：拉深模具主要用于金屬板料的拉深成形，拉深過程中模具的受力狀 態(tài)如課本圖 7-8 所示。拉深載荷通過凸模圓角部位傳給工件，工件外面部分通過凹模端面 與壓邊圈之間向內(nèi)流動(dòng)。成形過程中，工件給凸模圓角半徑部分壓力 F＇ 4 ，及摩擦力 F4， 給凹模圓角半徑壓力 F＇3 及摩擦力 F3，給壓力圈壓力 F＇1 和摩擦力 F1，給凹模端面壓力 F＇ 2 和摩擦力 F2. 2 ）主要失

3、效形式：拉深模凸模、凹模和壓邊圈工作部分沒有鋒利的尖角，模具零件受力不 像沖裁模那樣局限在很小范圍內(nèi)， 同時(shí)凸凹模間隙一般都比板材厚度大， 模具較少出現(xiàn)斷裂和塑形變形失效。但拉深模工作時(shí)，板材與凹模和壓邊圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在很大的摩擦， 因此拉深模的主要失效形式為磨損，在磨損形式及機(jī)理上，主要表現(xiàn)為粘著磨損。 3 ） 4 ）材料的選用：根據(jù)坯料材質(zhì)的不同，選用與其親和力小的模具材料。一般來說，坯料為鋼板，模具材料應(yīng)選用有色金屬，反之，坯料為有色金屬，模具材料則選用鋼和鐵。 . . （ 1 ）對(duì)

4、于圓形件，小批量，可選T8/T10/45 鋼： （ 2 ）對(duì)于中批量的中小件，選MnCrW 、 crWV; （ 3 ）對(duì)于形狀不規(guī)則的中小件，選Cr12MoV ； （ 4 ）對(duì)于小件大批量，選硬質(zhì)合金； （ 5 ）對(duì)于大型拉延模、汽車覆蓋件模，可選鑄鐵。 4 、選擇錘鍛模具材料和確定其工作硬度的依據(jù)是什么 ? p142 5 、從工藝性能和承載能力角度判斷下列鋼號(hào)屬于哪類冷作模具鋼： 7Cr7Mo2V2Si （ LD1 鋼）、Crl2MoV （高耐磨鋼）、Cr4W2MoV （高碳中鉻鋼）

5、、GCrl5 （高 碳低合金鋼） 、 9Crl8 （耐蝕冷作模具鋼） 、 W6Mo5Cr4V2 （高速鋼）、 5Cr4Mo3SiMnVAl （基體鋼—— 012Al 鋼）、6CrNiSiMnMoV （ GD 鋼——高韌性低合金鋼） 、9Cr6W3Mo2V2 （GM 鋼）、 65Cr4W3Mo2VNb （基體鋼—— 65Nb 鋼）。 6 、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些 ? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料。 (1) 高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模具； (2) 耐腐蝕、高精度塑料模具。 7 、

6、針對(duì)型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，選材時(shí)主要考慮哪些因素？現(xiàn)有 T12A 和 3Cr2Mo （ P20 ）兩種材料，請(qǐng)選擇最合適的材料，并說明理由？ 參考答案： 1 ）考慮因素： （ 1 ）首先滿足材料的使用性能足夠原則； （ 2 ）考慮材料的工藝性能：如型腔的加工性能； （ 3 ）防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過大的型腔變形； 2 ）合適材料是 3Cr2Mo （P20 ）鋼。 . . 3Cr2Mo （ P20 ）鋼是預(yù)硬型塑

7、料模具鋼。該鋼預(yù)先經(jīng)過了預(yù)硬化處理（調(diào)質(zhì)處理） ，具有 較好的綜合力學(xué)性能和加工性能， 保證了模具的精度和使用性能要求， 加工后直接使用， 不 需要再進(jìn)行熱處理。 T12A 鋼屬高碳工具鋼，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需進(jìn)行熱處理，由于模具 型腔復(fù)雜，易產(chǎn)生淬火變形，不適合制作此類模具。 8 、選擇壓鑄模具材料的主要依據(jù)有哪些 ? 答：根據(jù)壓鑄摸具的工作條件、性能要求、失效形式和模具要求、預(yù)期壽命進(jìn)行選擇： 1 ）工作條件 （ 2 分） 模具溫升高和反復(fù)加熱和冷卻作用： 工作時(shí)與

8、高溫液態(tài)金屬接觸， 受熱時(shí)間長(zhǎng)， 受熱溫度高 (壓鑄有色金屬時(shí) ,溫度達(dá) 400-800 ℃；壓鑄黑色金屬時(shí) ,溫度可達(dá) 1000 ℃以上 ) ；高的壓力 (20-120MPa) 及金屬液流的高速?zèng)_刷作用； 2 ）主要失效形式： 熱疲勞開裂、 熱磨損和熱熔蝕。 低溫合金壓鑄， 以磨損失效為主 （ 2 分） 3 ）主要性能要求： （ 2 分） (1) 較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能； (2) 優(yōu)良的耐冷熱疲勞性和高的導(dǎo)熱性； (3) 良好 的抗氧化性和耐蝕性； (4) 較高的淬透性。 4 ）常用的

9、壓鑄模用鋼 （ 4 分） 以鎢系、鉻系、鉻鉬系熱作模具鋼為主。要求不高時(shí)，可用合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如 40Cr 、 4CrSi 、 30CrMnSi 、4CrW2Si 、5CrW2Si 、5CrNiMo 、5CrMnMo ；要求較高時(shí)， 采用 4Cr5MoSiV 、 4Cr5MoSiVl 、 4Cr5W2VSi 、4Cr5Mo2MnVSi 、 4Cr3Mo2MnVNbB 、 3Cr3Mo3W2V 、 3Cr2W8V 鋼等，其中 4Cr5MoSiVl 、 3Cr2W8V 、 4CrSMo2MnVSi 、 4Cr3Mo2M

10、nVNbB 鋼是壓鑄模常用鋼 9 、分析厚板沖裁模具的工作條件、主要失效形式、性能要求和材料選用 ? 某接觸簧片級(jí)進(jìn) . . 模具凸模用 W6Mo5Cr4V2 鋼制造， 壽命只有 1000 件左右， 且主要表現(xiàn)為脆斷， 請(qǐng)給出改 進(jìn)措施？ 答： 1）工作條件： 沖裁模具的工作部位是刃口。沖裁時(shí)，刃口受到彎曲和剪切的作用，還要受到?jīng)_擊。同時(shí)， 板料與刃口部位產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。 2 ）主要失效形式： 沖裁模具的主要失效形式是刃口磨損。 有時(shí)存在不均勻磨損和

11、凸模折斷、 凹模局部掉塊現(xiàn)象。 3 ）性能要求 高的硬度和耐磨性，足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度；對(duì)于厚板 (板厚 >1.5mm) ，還應(yīng)具有良好的強(qiáng) 韌性； 4 ）材料選用：選材主要考慮材料的強(qiáng)韌性和高耐磨性。 （ 1 ）對(duì)小批量生產(chǎn)，選 T8A 、9SiCr 、 5CrW2Si 等鋼種； （ 2 ）對(duì)大批量生產(chǎn)，選用 W18Cr4V 、 W6Mo5Cr4V2 鋼制作凸模，用 Crl2MoV 或 Crl2Mo1V1 鋼制作凹模； （3 ）當(dāng)傳統(tǒng)鋼種韌性不足，易斷裂時(shí)，可選用新型模具鋼，

12、如 LD 、65Nb 、012Al 、 GD 、 CH-1 等鋼種。 5 ）改進(jìn)措施：用 W6Mo5Cr4V2 鋼制造，發(fā)生斷裂，說明材料的韌性不足。 （ 1 ）選用新型模具鋼，如 GD 等改善韌性； （ 2 ）熱處理工藝采用低溫淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火，提高韌性； （ 3 ）采用韌性較好的材料，輔以表面處理技術(shù)如滲硼、滲金屬等。 10 、模具表面處理的目的是什么 ? 模具表面處理常用的方法有哪些 ? 某 M8 螺帽冷作模具， 選 Cr12 鋼制造，采用常規(guī)淬火、回火工藝處理，使用壽命只有

13、 3 000 次左右，且發(fā)現(xiàn)模具 . . 型腔表面磨損嚴(yán)重，有粘模現(xiàn)象，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)措施 11 、何謂時(shí)效硬化型塑料模具鋼 ? 簡(jiǎn)述其性能及應(yīng)用特點(diǎn) ? 答：時(shí)效硬化型塑料模具鋼是指一類低碳、主要含 Ni 、Cu 等合金元素的抗腐蝕塑料模具用 鋼。這類鋼經(jīng)固溶處理 + 失效處理后， 具有高的強(qiáng)度、 硬度，高的抗腐蝕性和高的加工精度。 常用鋼種： ① 25CrNi3MoAl ：屬低碳低鎳時(shí)效硬化型塑料模具鋼，我國(guó)自行研制開發(fā)，主要特點(diǎn)是： 鋼中碳和鎳含量低，價(jià)格遠(yuǎn)低

14、于馬氏體時(shí)效鋼，適用普通和高精密和各種塑料模具 . ②18Ni 類鋼：屬低碳馬氏體時(shí)效型模具鋼， %C 極低 ,目的是為改善鋼的韌性。依據(jù)屈服強(qiáng) 度可分為 1400 ，1700 ， 2100MPa 三個(gè)級(jí)別。 18Ni 類鋼主要用于制作精度高、超鏡面、型腔復(fù)雜、大截面、大批量生產(chǎn)的塑料模具 ③ 06Ni6CrMoVTiAl （06 鋼）和 10Ni3CuAlMoS (PMS) 屬新型塑料模具鋼，具有良好的 加工性能和綜合力學(xué)性能，制品表面粗糙度低，應(yīng)用越來越廣泛。 熱處理工藝特點(diǎn)及應(yīng)用：

15、分兩個(gè)步驟， 1) 固溶處理，將鋼加熱至高溫，使合金元素充分溶入奧氏體； 2) 時(shí)效處理，使模具達(dá)到所需的力學(xué)性能。 ①碳含量低、合金元素含量較高， 經(jīng)固溶處理后為單一組織的過飽和固溶體， 處于軟化狀態(tài)。 ②較低溫度時(shí)效處理后， 固溶體中能析出細(xì)小彌散的金屬化合物， 使模具鋼的強(qiáng)度和硬度大 大提高，此過程中，尺寸和形狀變化極小。 ③拋光性和表面刻蝕性良好。 應(yīng)用： 適合制作強(qiáng)度和韌性、尺寸精度、 表面粗糙度和耐磨性都要求較高的塑料模具， 以及 透明塑料模具等。

16、. . 12 、模具表面處理的目的是什么 ? 模具表面處理常用的方法有哪些 ? 某鎢合金熱擠壓模具， 用傳統(tǒng)工具鋼制造，擠壓溫度在 1320 ℃以上時(shí)，只能進(jìn)行 1 次作業(yè)，模具被嚴(yán)重磨損，且 擠壓材料因表面被合金化而變質(zhì)，請(qǐng)給出改進(jìn)措施？ 13 、選擇塑料模具材料的依據(jù)有哪些 ? 請(qǐng)為下列工作條件下的塑料模具選用材料： (1) 形狀 簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料注射模具； (2) 大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射模 具。對(duì)某些高速成型的塑料制品模具，工作時(shí)模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)達(dá)到 40

17、0 ℃， 請(qǐng)選擇模具材料，說明原因？ 6 、 13 題 第 1 問 答： 1、根據(jù)模具服役條件和質(zhì)量要求選擇模具材料 （ 1 ）模具型腔表面要求高硬度、耐磨，而心部具有較好韌性的塑料模具，可選用滲碳型塑 料模具鋼制造。 如尺寸較小且型腔不太復(fù)雜時(shí)， 可選用淬透性相對(duì)較小的滲碳型塑料模具鋼，如 20 、20Cr 鋼等；對(duì)于尺寸較大、型腔復(fù)雜的塑料模具，可以選用淬透性較好的滲碳型塑 料模具鋼，如 12CrNi3A 、 12CrNi4A 等。 （ 2 ）模具型腔復(fù)雜、精度要求高和壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，

18、為防止型腔切削加工成形后因淬火處理引起過大的型腔變形，保證模具的精度和使用性能，選用預(yù)硬型塑料模具鋼。如 40Cr 、3Cr2Mo （ P20 ）、3Cr2NiMo 、 4Cr5MoSiV1 鋼等。 （ 3 ）以玻璃纖維做填充劑的注射模具，要求較高的硬度、耐磨性、抗壓強(qiáng)度、韌性、拋光 性和電加工等綜合行能， 為防止模具型腔表面過早磨損或局部變形，可選用整體淬硬型塑料 模具鋼，如 T8A 、T10A 、9SiCr 、CrWMn 、Cr12V1 和 Cr12Mo 等，也可選用 25CrNi3MoAl 、 18Ni 、 06Ni6

19、CrMoVTiAl （ 06 Ni 鋼）等時(shí)效硬化鋼。 （4 ）聚氯乙烯、 聚苯乙烯和 ABS 加抗燃樹脂等為原料的塑料制品， 成型過程中會(huì)分解出腐 蝕性氣體，對(duì)模具產(chǎn)生腐蝕性作用， 可選用耐蝕性塑料模具鋼。 常用的有 9Cr18 、Cr18MoV 、 . . Cr14Mo4V 、4Cr13 、0Cr16Ni4Cu3Nb (PCR) 等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍 鉻或其他耐腐蝕的表面處理。 （5 ）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形狀精度高、型腔復(fù)雜，以及具有鏡面拋

20、 光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽車燈罩、 汽車儀表盤、 電視機(jī)、電話機(jī)外殼 等，選用能獲得高硬度的超純凈鋼。 PMS 、 06Ni 和 18 Ni 等時(shí)效硬化鋼是較理想的材料， 預(yù)硬化型鋼 P20 系列、 5NiSCa 和 8Cr2S 等，鏡面拋光性中等，也可選用。 （6 ）高速成型的塑料制品，其模具表面的工作溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)超過 400 ℃。為保證模具的 使用精度，防止塑料制件在脫模后由于溫度過高而變形， 模具材料應(yīng)該具有良好的導(dǎo)熱性能， 可選用鈹青銅或高強(qiáng)度鋁合金來制造。 （ 7 ）

21、塑料制件形狀越復(fù)雜， 模具型腔的加工越困難 ,須選用加工性能好和熱處理變形小的模 具材料；塑料制件越大， 型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此時(shí)模具材料最好選用易 切削鋼；塑料制件較小時(shí)，模具型腔體積小， 切削量和切削力通常也較小， 所以小型模具往往可以選用預(yù)硬化型塑料模具鋼。 （ 8 ）若要求塑料模具的交貨時(shí)間越短越好，采用鑄造尤其是精密鑄造方法制造塑料模是縮 短加工周期的好方法， 此時(shí)可選用特別適合于精鑄成型的鋁合金或鋅合金。 對(duì)于鋼制塑料模，若選用易切削預(yù)硬化鋼，也可以大大縮短制模周期。 2 、根據(jù)塑料制品的

22、生產(chǎn)批量選擇模具材料 （ 1 ）生產(chǎn)批量較小時(shí)，為降低模具造價(jià)，可選用較普通的材料，如鋁合金、鋅合金、碳素鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等來制造模具； （ 2 ）生產(chǎn)批量較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)模具工作條件和對(duì)模具質(zhì)量的要求來選材，一般選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)的塑料模具鋼。 6 、 13 題 第 2 問 . . 具體選材依據(jù) （ 4 分） (1) 形狀簡(jiǎn)單，精度要求低、批量不大的塑料模；選普通材料如碳素鋼或合金鋼等，例 45 ， 40Cr (2) 高耐磨、高精度、型腔復(fù)雜的塑料模；選用預(yù)硬型塑料模具

23、鋼。如 3Cr2Mo （ P20 ）、 3Cr2NiMo 、 4Cr5MoSiV1 鋼等 (3) 大型、復(fù)雜、產(chǎn)品批量大的塑料注射摸；選 PMS 、 06Ni 和 18 Ni 等時(shí)效硬化鋼或預(yù)硬 化型鋼 P20 系列。 (4) 耐蝕、高精度塑料模具； 常用 9Cr18 、Cr18MoV 、Cr14Mo4V 、4Cr13 、0Cr16Ni4Cu3Nb (PCR) 等；也可選用普通材料制作模具，再進(jìn)行鍍鉻或其他耐腐蝕的表面處理。 10 、 12 題 第 1 問 模具主要依靠型腔表面進(jìn)行工作，模具的失效 80 ％以上為

24、表面損傷，如磨損、疲勞、腐蝕 等。 對(duì)模具型腔表面進(jìn)行處理，可以提高其表面硬度，改變表層化學(xué)成分和組織，因而，可以 提高其耐磨性、抗粘附性、疲勞抗力和耐腐蝕性等。不僅可以有效地延長(zhǎng)模具的使用壽命， 降低生產(chǎn)成本，而且還能提高被加工件的表面質(zhì)量。 表面處理方法很多，用于各類模具都有很好的效果，常用的表面處理方法主要是化學(xué)熱處 理和表面覆蓋技術(shù) 10 、 12 題 第 2 問 例 1 ： M8 螺帽模具，選 Crl2 鋼。 采用常規(guī)淬火、回火工藝，使用壽命只有 3 000

25、 多次； 經(jīng)固體滲硼處理后壽命為 25 000-30000 次； 在滲硼的基礎(chǔ)上進(jìn)行離子滲硫處理，壽命達(dá)到 100000 次，且克服了粘模現(xiàn)象。 . . 例 1：加工高熔點(diǎn)金屬的熱擠壓模，當(dāng)擠壓溫度在 1320 ℃以上時(shí)只能進(jìn)行一次作業(yè)；噴涂 0.5-1.0mm 的氧化鋁涂層后，擠壓溫度可達(dá) 1650 ℃ 噴涂氧化鋯涂層，擠壓溫度可 2370 ℃，模具工作壽命延長(zhǎng) 5-10 倍。 .