8.粉末冶金模具的材料选择和制造粉末冶金模具的材料选择和制造先建立信心，全力以赴，然后才能享受成果。 舒勒1优选课堂l本章主要介绍模具零件的选择和制造。粉末冶金模具主要零件包括阴模、模冲和芯棒。l粉末冶金模具在烧结零件的生产成本中占相当大的份额，而且其设计和制造质量直接影响产品的质量与成本。l因此，合理地选择材料以及热处理工艺、制定机械加工工艺和电加工工艺是非常重要的。2优选课堂8.1模具材料选择和热处理模具材料选择和热处理8.1.1模具制造的一般要求模具制造的一般要求l1.1.模具的寿命模具的寿命l对模具寿命有较大影响的因素很多，例如，l模具零件的制造精度和模具的装配精度；l阴模、芯棒和模冲材料的选用及其工作表面的粗糙度和硬度；l热处理质量；是否正确使用模具；l成形所用的粉末的种类和性能；l制品的尺寸、形状和密度；l润滑剂的效果等等。3优选课堂阴模寿命阴模寿命l阴模承受的压力很高，实验表明，阴模磨损和压制力之间接近线性关系，况且阴模还在具有磨料作用的粉末反复研磨下工作，而且其磨损量不能超过产品精度允许的范围。硬度可以直接反应材料的耐磨性能，抗磨损能力随硬度的增加而提高。例如在同样的使用条件下，硬质合金阴模的使用寿命是钢模的2050倍。l 4优选课堂阴模寿命阴模寿命l在考虑阴模使用寿命时，必须同时计算模具成本，要根据生产零件的数量和阴模的制造费用，在保证预期技术条件和使用寿命下，尽量降低成本。5优选课堂2.模具制造精度和表面光洁度模具制造精度和表面光洁度6优选课堂l 模具主要零件的精度特别是精整模具的精度，一般不能低于产品的精度。l 模具主要零件工作表面的表面粗糙度数值应尽量低，这样可以显著改善产品的表面粗糙度，同时大大延长模具的使用寿命。7优选课堂 3.模具零件的硬度模具零件的硬度l一般要求模具主要零件有尽可能高的硬度，但一定的硬度是与模具的材料和热处理工艺相联系的。l如果热处理工艺选择不当，就有可能硬度达到指标，但脆性增大，在工作时造成模具炸裂，因此应该根据工作条件和具体材料合理地提出硬度要求及相应的热处理工艺。 8优选课堂a.阴模硬度阴模硬度l因其在高应力状态下经受粉末的反复研磨，要求硬度尽量高。l用高合金工具钢制造阴模，其热处理硬度应在6365HRC，低于此值阴模容易磨损。l 9优选课堂b.芯棒硬度芯棒硬度l因其使用条件与阴模相同，故硬度值应与之近似。但其硬度值必须结合芯棒尺寸的大小来考虑。l芯棒的长度与直径的比值等于或小于12：1时，芯棒可以全部淬硬。l当长径比值为20：1时，要分段热处理，芯棒成形段的硬度值在5860HRC范围，成形段以下的硬度可以降低到4045HRC。芯棒与螺纹连接部份在任何情况下其硬度值均不能大于45HRC。10优选课堂c.模冲硬度模冲硬度l应考虑到其结构特点，模冲硬度取决于最薄弱截面的强度和最大压制力。进行回火时要特别避免在薄弱的截面上硬度不均匀。11优选课堂 8.1.2模具材料的选择模具材料的选择l选择模具材料主要从两方面考虑，l首先要满足使用要求，阴模和芯棒都承受高压和反复摩擦，要求高硬度、高耐磨性，故应采用合金工具钢、高速钢、钢结硬质合金或硬质合金。这些材料的硬度和强度均可满足使用要求，但其耐磨性和成本是按由前者到后者顺序提高，因此具体选用哪一种材料还要视产品批量而定。对模冲的主要要求是韧性和强度，并且要有较好的抗疲劳性，一般选用中合金钢或高合金钢。12优选课堂l其次还要从模具制造成本方面考虑。由于精加工在模具制造成本中占的比重很大，所以选材时还要注意材料的切削性和热处理性能，防止因热处理变形而影响加工精度。模具主要零件的材料及性能要求见下表 13优选课堂需要考虑的因素主要零件要求材料的性能阴模芯棒模冲粉末冶金零件生产的特性耐磨性硬度抗疲劳、抗振在负荷下抗爆炸耐磨性硬度韧性耐磨性硬度韧性抗疲劳、抗振模具制造的特性可机加工性热处理不变形性能可机加工性热处理不变形性能可机加工性热处理不变形性能14优选课堂8.2模具主要零件加工工艺模具主要零件加工工艺l线切割加工l电火花加工l仿形磨削15优选课堂 8.2.1线切割加工线切割加工la.工作原理l线切割的加工原理是用一根很细的金属丝（直径为0.030.05mm）作工作电极，将金属丝装在一个高速转动的贮丝筒上，并经过丝架以10ms左右的线速度来回移动，金属丝接高频电源的负极，被切割的工件接正极，以煤油或乳化液作为工作介质。当电极接触金属工件时，即发生电蚀作用，若按规定的方向移动，并使移动的速度与金属丝对工件间电蚀速度相适应（即不使之“短路”），即能达到切割的目的。l 16优选课堂b.线切割加工工艺流程线切割加工工艺流程17优选课堂 c.线切割加工的优点线切割加工的优点l1）不需要像电火花加工那样做特定形状的电极。l2）不论工件硬度如何，几乎都能进行顺利的加工。l3）加工的主要对象是平面形状，也可以加工锥面，几乎任何复杂形状都可以进行加工。l4）轮廓加工所需的加工余量小，有利于少无切削，尤其能有效地加工贵重稀有的材料。l 5）电极丝不断地往复使用，损耗较小，故加工精度较高。18优选课堂 8.2.2.电火花加工电火花加工l电火花主要用于加工阴模的异形型腔孔，特别是沿轴向带台阶的异形阴模孔用线切割往往无法加工，而只能采用电火花加工。芯棒及上下模冲端面型腔亦可用电火花加工。19优选课堂a.电火花加工原理电火花加工原理l金属电火花加工的原理是基于工件与电极之间进行脉冲放电时的电腐蚀现象。l被加工的阴模接电源正极，加工电极接电源负极。通电后，电容器充电，这时两极渐渐移近到某一距离时，两极间的介质（矿物油）被击穿，电容器所蓄能量在极短的时间放出，致使火花通道中瞬时产生大量热能，以使工件表面的金属局部熔化和气化而被腐蚀下来，火花不断产生，金属不断被腐蚀。l一般作为正极的金属比负极被侵蚀的快，故阴模不断被侵蚀，其型腔最终变成与电极相似的形状。20优选课堂 b.电火花加工的特点电火花加工的特点1）电火花加工不受材料力学性能影响，只要是导电体就能加工。可以直接加工热处理后的阴模。2）能加工各种形状的带台阶孔和盲孔。3）加工出来的表面精度很高 4）金属表面经过剧烈的热作用之后，产生一层极硬的合金层，提高了工作表面的耐磨性。21优选课堂8.2.3仿形磨削仿形磨削l在粉末冶金模具制造中，仿形磨削主要用于各种齿轮、凸轮、链轮、摆线转子及复杂形状制品的模具中的模冲、芯棒等的精加工。这一工序不仅能缩短制造周期，而且可减少累积加工误差，从而可保证模具制造精度。22优选课堂1仿形尺原理图仿形尺原理图23优选课堂l仿形尺原理根据平行四边形四连杆机构特性，由触头B在样板（靠模）上走轨迹，在固定支点A的作用下，金刚石砂轮修整器C与B走同样的轨迹，使砂轮形状与样板形状一致，但其大小是B所走轨迹的110倍，所以修出的仿形砂轮的形状精度较高。24优选课堂8.2.4模具用钢的热处理模具用钢的热处理25优选课堂8.3模具零件的加工模具零件的加工26优选课堂27优选课堂28优选课堂三、硬质合金模具的加工三、硬质合金模具的加工用硬质合金做阴模，可以大幅度提高模具的使用寿命。但由于硬质合金的机械加工性能很差。一般是将硬质合金直接制造成接近阴模的形状，并留有一定的加工余量，然后进行磨削加工和电加工。29优选课堂8.4提高模具寿命的途径提高模具寿命的途径30优选课堂模具表面强化处理的方法模具表面强化处理的方法l1.模具表面的氮化处理l氮化处理：以氮渗入模具表面，形成一层氮化物，以显著提高模具工作表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。l1）气体氮化：氮化层深0.150.35mm,Hv750;脆性12级l2）离子氮化：以直流电压使氮被离子化，并高速轰击工作表面，在工件表面形成化合物层。优点：成本低，工作条件好。31优选课堂模具表面强化处理的方法模具表面强化处理的方法l2.模具表面的涂覆处理l材料：TiC；涂层厚度410 um。优点：涂层摩擦系数小，热稳定性好，硬度高。l1）气相涂覆碳化钛l2）真空溅射沉积碳化钛l3）盐浴热浸碳化物涂层32优选课堂