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模具材料的选用及性能优化分析

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模具材料的选用及性能优化分析
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1 模具材料的选用

模具材料的选用需要集合模具的具体生产条件和工作条件以及材料的性能等因素进行选择。

1.1 模具的工作条件

不同的工作条件下,模具材料的选择存在一定的差异,具体如下:

(1)在模具的工作过程中,对材料强度的要求随着其所需承载能力发生变化,对材料韧性的要求则随着其所受冲击力发生变化。

(2)冷作模具在工作过程中,所受的冲击力和摩擦力通常较大,因此对模具的强度、硬度及韧性等具有较高的要求,一般选用冷作模具钢作为主要材料;热作模具在工程中则主要受到高温及热应力的作用,因此,需要较好的抗疲劳性能和热稳定性,一般结合实际工作温度选择合适的热作模具钢。

不同的模具结构对模具材料的要求也有一定差异,针对模具结构的差异,可以按照如下方法选用不同的材料:

(1)模具在热处理加工过程中,受热与冷却速度的均匀性受到截面积的影响,当截面积越大时,均匀性越差。在这种条件下,需要选择导热性及淬透性较好的材料,从而保证截面性能的均匀性。

(2)当模具的形状较为简单时,容易加工成型,可以选择低成本的碳素工具钢作为主要材料;当模具形状较为复杂时,部分位置容易产生集中应力,因此,需要选择高性能合金材料,并配合合理的淬火方式进行加工。

(3)当模具的精度要求越高时,要求加工过程中的变形越小,因此,需要根据具体的加工精度选择不同变形大小的模具材料。

1.3 模具的设计因素

在通常情况下,会将尺寸小、结构简单的模具以整体结构进行设计,为了满足整体结构模具型腔工作所需性能,一般会选择性能较好的材料;而对于结构复杂的大型模具,由于材料的费用在模具制造的总成本中会占据较大的比例,因此,通常采用多部分结构进行拼接。模具本体主要是对整体结构进行支承,因此对性能要求不高,可以选择成本相对较低的碳素钢材料;而针对模具中对工作性能要求的关键部位,则应该选用高性能的材料。

2 模具材料性能优化方法

2.1 强韧化技术

为了使模具材料的性能充分发挥,通常采用热处理技术来尽可能地增加板条马氏体的相对数量,从而提升材料的强度和韧性。要想增加板条马氏体组织的数量,需要结合实际材料的特性选择合适的淬火温度及冷却速度,不同钢种的特性差异较大,在进行热处理工艺时难以进行精确控制。

下贝氏体形成于贝氏体转变时的较低温度范围,而中、高碳钢则为350℃~Ms之间[1]。铁素体在下贝氏体中呈细小状且均匀分布,在铁素体内存在沉淀析出大量弥散的细小碳化物,具有较高的位错密度。因此,下贝氏体具有极高的强度和韧性,同时还具有较好的机械性能,有效避免了板条马氏体容易造成模具变形的缺点。为了提升模具材料的强韧度,需要以模具的使用要求及破坏特征为出发点,尤其需要注意马氏体组织材料容易变形的问题,可以通过选用有下贝氏体组织的材料作为模具的主要制造材料。

2.2 表面强化技术

表面强化处理技术是提高模具材料性能的方法之一,通过利用表面工程技术对模具表面进行强化处理(包括改性和涂覆镀层两种方式),可以有效提高模具表面的性能,且不会对模具内部的性能产生任何影响。目前,常用的模具表面强化技术主要有化学热处理方法、表面覆层及处理和表面淬火及加工强化三种方法。

热作模具在工作过程中,由于基体硬度较小,在温度急速变化过程中,模具材料存在较大的弹塑性变形,同时加上模具型腔深切结构复杂,表面强化层容易发生塌陷、过早产生热疲劳、剥落等问题。针对这一问题,在对热作模具表面进行强化处理时,应该避免对硬度的过分追求,而是需要同时提升模具的强度、韧性和耐热强度,即可使模具材料在实际应用过程中具有较好的综合性能。

2.3 复合强化技术

通过合金化、塑性变形以及热处理等多种强化技术结合起来,可以更好地满足模具材料在不同工况下对性能的需求。

(1)弥散强化。弥散强化是通过对合金第二相外加一些坚硬的细质点,并使这些细质点以细小弥散的形态均匀分布在基体中,从而实现强化的目的。在通常情况下,冷作模具可以通过合适的实效处理,来实现强化;而热作模具则可以通过加入钛、铝等元素,利用微合金化,使过冷的奥氏体发生相间沉淀并由铁素体中析出弥散碳化物,这些微粒可以避免合金发生错位运动,从而使模具性能更加稳定。弥散强化对模具的工作温度具有一定的要求,通常要求模具的工作温度小于650℃,如果温度过高,就会使弥散为例集聚长大的速度加快,材料的塑性变形抗性快速下降,强度也随之下降。

(2)固溶强化。固溶强化主要是通过形成固溶体的方式提升材料的性能,其利用溶质原子与错位的交互作用来达到强化材料的目的。当模具的工作温度超高650℃时[2],弥散强化的强化作用会出现大幅度降低,而固溶强化的效果与温度有关,当温度越高时,固溶强化的效果越明显,因此,当弥散强化效果降低时,可以利用固溶强化机制保证模具材料的性能。

3 结束语

模具材料的具体选择需要结合材料的化学成分、模具的性能要求、处理工艺等多个方面的因素。同时,还需要考虑材料的成本及加工难度等因素,确定合适的模具材料。另外,可以通过强化技术对模具材料的性能进行优化,以弥补材料在某些特定条件下或者某方面的性能缺陷,全面提升模具产品的质量水平,进一步推动整个装备制造业的发展。

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自20世纪末,越来越多的人们已经认识到,在使用或生产中,许多高能材料释放出对人和环境有害的物质。为了解决这个问题,绿色化学应用到新产品的设计和制造过程。制造、储存、使用和处理几乎不危害环境及无毒性的绿色含能材料是当前很......
地铁运营隧道灌浆堵漏材料的选用
发布时间:2013-12-17
1 灌浆材料简介 灌浆堵漏就是将一定的材料配成浆液,用压送设备将其灌人缝隙内或孔洞中,使其扩散、胶凝或固化,以达到防渗堵漏的效果。通常用于防水工程上的堵漏灌浆材料主要有水泥灌浆材料和化学灌浆材料两种。水泥浆具有结石强......
浅谈机械设计中的材料选择和应用
发布时间:2015-09-10
【摘 要】这些年我国的经济发展迅速并且科学技术水平与日俱增,因此我国在各个方面的水平也得到了不小的进步与发展,机械在这个社会运作的过程中是一个必不可少的物品,随着科技水平的一步一步发展,人们在机械方面的设计要求也变得越......
先进能源材料
发布时间:2015-09-10
能源在社会发展中一直扮演着重要角色。高标准的生活条件、不断增长的人口数量迫使能源需求与日俱增。与此同时,石油等传统能源日渐匮乏,污染环境致使全球范围内气候变化。为避免能源危机,科学家致力于寻找新的解决方案,力求改善能......
新型建筑幕墙材料及节能施工探析
发布时间:2015-08-05
摘要:随着我国建筑业的不断发展,建筑节能的理念逐渐深入人心,而建筑幕墙工程是一种现代的建筑建设方法,传统的幕墙材料不具有节能低耗的优点,因此,本文就新型幕墙材料、开发和应用新的玻璃幕墙材料、建筑幕墙工程中应用新型绿色......
基于UG的电话机塑料模具设计与仿真分析
发布时间:2013-12-18
基于UG的电话机塑料模具设计与仿真分析 摘要:本论文先在UG中建立了模型;然后验证模具设计的合理性与否;指导和修正了浇注系统和冷却系统的设计;引入CAE的分......
探究中国环境决策费用效益分析的工具选择及应用
发布时间:2017-05-31
引言从经济学的角度看,环境,作为人类活动不可或缺的有限的资源,既可视为生产部门开展生产活动所必要的要素投入,也可当做消费部门的一种公共消费品。因此,相对于产生污染、损害环境质量的传统意义上的经济活动,环境保护是起到降低污染、减少环境损害作用的经济活动,其核心作用在于保护和提高环境自我修复能力,使环境质量维持在一个稳定状态。由于环境保护具有经济活动的属性,其相关决策的影响效果必然通过关联部门波及到企.........
新型墙体材料应用的必要性
发布时间:2013-12-18
新型墙体材料应用的必要性 新型墙体材料应用的必要性 新型墙体材料应用的必要性 关键词:新型墙体材料; 应用现状; 问题 引言 我国实心粘土砖的生产和应用已有两千多年的历史,千古华夏,秦砖汉瓦曾经有过历史的辉......
材料与人性化设计在餐饮空间中的应用
发布时间:2023-05-15
摘要:随着社会的进步,材料文化在人们的日常生活中表现的越来越重要,越来越引起人们的关注。材料的进步和发展给室内空间的营造带来了新的氛围,也给使用者和消费者带来了感官上的体验。 关键词:餐饮空间;材料;人性化 随着人......
简说《材料物理性能》课程教学方法探析
发布时间:2016-12-01
1 引言 《材料物理性能》课程的主要内容是物理性能,而内容的载体是材料,包括金属、无机非金属和高聚物三大类。随着工业经济的高度发展,过去单一性材料往往难于满足社会需求,导致材料已经向复合化、多功能化、低维化,甚至智能化方向发......
试论机械设计中的材料的选择和应用
发布时间:2017-01-15
摘 要:机械设计需要考虑的问题很多,是一个产品具有先进性、适应性的依据和基础。其材料的选择也是在机械设计环节需要重点考虑的问题之一,本文重点分析了材料选择的重要性,探讨了材料具体选择和应用,提出了经济性、集约性与使用性......
建筑新材料的应用及质量问题探析
发布时间:2015-09-10
摘要:进行建筑工程的施工时,科学合理地应用新工艺、新材料,能够大大提高施工效率和工程质量,但建筑新材料的应用会给施工带来新的难度,尤其是墙体保温隔热材料、节能门窗等的应用。文章分析了建筑工程节能施工中的主要问题,以引......
分析国内新型墙体材料的应用现状
发布时间:2022-07-22
随着我国的城乡建设迅速发展,对建筑材料的需求量大增,乡镇粘土砖厂得到空前的发展,成为我国砖瓦企业的主力军。生产实心粘土砖,每年大约.........
分析无机非金属材料的应用与发展
发布时间:2023-06-12
纵观我国的无机非金属材料发展,虽然速度迅猛,但由于起步较晚,所以在一些方面还存在一定的问题,无机非金属材料与金属材料、有机高分子材料是当下的三大材料,对于我国的工业及建筑业的发展意义非凡,因此,加大力度研制开发非金属材料是提高我国综合国力的有效途径。1无机非金属材料概念及特点无机非金属材料的前身是硅酸盐材料,是在上世纪40年代开始兴起的,在短短的几十年时间里,由于其各类新功能性产品的不断问世,且为.........
井下工具选优对采油工艺的功能之我见
发布时间:2023-04-26
摘 要:对于井下工具选优而言,一定要具备综合评定的目标,有效跟踪工具的使用效果,采集相应的数据且不断给予分析,从而选择出有效的井下工具。本文通过对井下工具选优给予分析,对井下工具试验工装设计与所能实验的性能指标。 关......
粘土耐火材料中氧化钙和氧化镁分析
发布时间:2023-03-22
粘土中SiO2、Al2O3含量较高,氧化钙和氧化镁的含量较低。由于试样中含二氧化硅和三氧化二铝含量较高,严重干扰氧化钙和氧化镁的分析。特当试液中三氧化二铝含量高时,用三乙醇胺掩蔽时效果较差,使氧化钙和氧化镁滴定终点难以观察,致使分析......
阅读材料在素质教育中的作用分析
发布时间:2023-01-30
当前教育改革的目标是将应试教育变为素质教育.工作在教育战线上的广大教师都积极投入了这场改革.我在初中物理教学实践中感到:教科书中的阅读材料内容丰富,涉及面广,是对学生进行素质教育的好教材.若把阅读材料的内容与教学过程融合起......
材料专业分析化学课程创新教学
发布时间:2015-09-10
摘 要 文章针对材料专业分析化学课程教学过程中存在的问题,根据课程内容及学科特点,从教学内容优化、教学方法改革及针对性地开设实验等几个方面对分析化学课程进行了教学改革探讨。把专业特点与课程内容有机结合,可增加学生学习的......
PA66/SEBS复合材料的制备与性能探究
发布时间:2023-01-28
聚酰胺66(PA66)因其众所周知的工程应用性而具有很大的商业价值。作为一种工程应用型材料,PA66具有很多优点,如良好的力学性能(包括强度和韧性)、耐热性、耐腐蚀性、自润滑性以及成型加工性。由于PA66的熔点、弹性模量较高,耐热性优良......
探析纳米材料在化工行业中的应用
发布时间:2023-06-01
探析纳米材料在化工行业中的应用 探析纳米材料在化工行业中的应用 探析纳米材料在化工行业中的应用 文 章 来自 教 育 网 摘要:充满生机的二十一世纪,以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命,节省资源、合理......
宝宝餐具:选择重点在材质
发布时间:2015-08-27
如何为宝宝选购安全、适用的餐具?给宝宝选购餐具,最好选择专用的儿童餐具,因为这些餐具是根据孩子的生理特点加以设计的,比较适合宝宝使用。 买餐具时,最好应带孩子一起去,因为这餐具是给孩子使用的,如果让他挑选了自己喜欢的......
石拱桥主拱圈内力对材料的敏感性分析
发布时间:2015-07-30
【摘要】笔者以云南S302大煤洞至镇雄公路改造工程中猫猫山中桥为依托工程,通过MIDAS CIVIL软件计算桥梁在不同标号等级的砂浆和粗料石组合下主拱圈的内力值,并对数据进行材料敏感性分析,得出该桥允许的材料组合方案,从而为以后改造......
探究化学化工材料的应用技术
发布时间:2022-12-10
伴随着当前社会经济建设的不断发展以及科学技术的飞速进步,化学化工材料与人类社会的关系也越来越密切。而自从可持续发展社会这一概念的提出,在应用化学化材料时也有了更加严格的要求。在当前,化学化工材料不仅要能够满足应用过程中的各项参数,同时也应当要减少对环境的破坏,研究并应用绿色型化学化工材料,这样一来才能在发展社会经济建设的同时,保障生态环境的可持续发展,为国民以及未来的子孙后代创造出更加良好的生存环.........
提高电能计量准确性的优化措施分析
发布时间:2023-05-25
【摘 要】近年来,我国电力事业得到了迅猛发展,极大的缓解了日益增长的用电需求,同时电能计量工作的难度也在不断增加。电能计量是供电企业用来进行经济核算的重要依据,计量的准确性不仅影响到供电企业的经济效益,也影响到用户的切......
分析铝基复合材料的研究现状及发展
发布时间:2017-06-19
一、铝基复合材料的研究现状(一)铝基复合材料的概述铝基复合材料是具有很大实用性的一种复合材料。纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料是根据增强体的不同而区别开的两种铝基复合材料。其增强相的形态通常为长纤维、短纤维、晶须以及颗粒四种。除了长纤维之外的另外三种增强相所组成的复合材料为非连续增强铝基复合材料;长纤维增强的铝基复合材料的优越性体现在纤维长度性能上。碳化硅铝基复合材料中最常见的增强相,强.........
清洁汽车燃料――LPG的应用可能性及投资回收分析(1)论文
发布时间:2023-03-07
进入21世纪,环境与发展问题受到国际社会的普遍关注,石油资源的日益短缺以及燃烧油品对环境造成的污染已成为许多国家调整能源政策的出发点,不少国家将液化石油气作为未来汽车的代用燃料。以清洁汽车燃料棗LPG为背景,系统分析了其应用......
橡胶和弹性体复合材料内聚元素的分析
发布时间:2023-05-07
0 前 言 在橡胶和弹性体产品的使用过程中,人们常常关注评估最终破损状态的负荷条件,量化这种状态的更为简单的方法,是以最大负荷区域或负荷点处的应力(或应变)进行判定。虽然这样的方法相对容易实施,但它们仅能获得破损过程的起始......
纳米材料的制备方法及应用
发布时间:2015-08-28
摘要:综述了纳米材料研究概况,对纳米材料的研究进展、制备方法、及其应用领域进行了介绍,并与传统材料进行比对,介绍了纳米材料的的优点。 关键词:纳米材料;制备方法;应用 德国科学家H.Gleiter教授最先提出纳米晶体材料这一概......
大豆蛋白高分子材料化学改性研究综述
发布时间:2022-12-01
摘 要:现阶段,资源消耗严重,在传统的高分子材料领域,使用之后很难降解,对环境也造成一定的污染,所以针对大豆蛋白高分子材料的制备的研究越来越多。纯天然的大豆蛋白作为高分子材料会有一定的缺陷,如力学性能和耐水性能都存在一......
优质声学装修材料简介
发布时间:2023-01-22
优质声学装修材料简介 德国多姿多彩天然木绒吸音板 全天然的原始材料:精选风干后的松木。 严格处理的木质纤维:由精选的松木加工成宽、长、短一致的木丝,木丝经过一系列的深化处理。 压制而成的纤维板:将天然......
新型碳纳米材料在电化学免疫传感器的应用分析
发布时间:2016-09-05
生物传感器(Biosensor)是最近十几年发展起来的分析检测方法,它是一门由生物、化学、物理、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术,将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合[1]。电化学免疫传......
世界高性能纤维及复合材料的最新发展与创新
发布时间:2015-09-10
摘要:当前世界高性能纤维与复合材料领域已形成美、日、欧盟、中和俄的五极格局,而新型发展国家也开始重视主要高性能纤维及其复合材料的发展。本文以聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)及复合材料(CFRP)、中间相沥青基碳纤维(MP-CF)、芳......